[發明專利]一種光熱復合薄膜材料及仿生浮萍式海水淡化裝置

在審

• 申請號: 202011250133.6
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112960718A
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發明（設計）人: 唐少春;周閱微;張榮;王亞婷
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;F24S70/10;C02F103/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種光熱復合薄膜材料及仿生浮萍式海水淡化裝置，所設計的海水淡化裝置具有自漂浮、親水性和低熱導率等特征，且其頂層的功能復合材料為CoO@CNTF，具有優異的光熱轉換性能。其特征在于，利用電化學產生的氧氣氣泡將CNTF撐開；所述薄膜浸入鈷鹽溶液、有機配體2?甲基咪唑和表面活性劑十六烷基三甲基溴化銨的混合溶液中，經水熱反應制得MOF前驅體@CNTF；最終經高溫碳化處理得到CoO@CNTF。本發明涉及的光熱復合薄膜材料具有優異的光熱轉換、柔性和穩定性等特性，其仿生浮萍式海水淡化裝置的設計能有效提高對全光譜太陽光的吸收能力，進而提高海水淡化效率，且適合低成本規?；a。

技術領域

本發明屬于光熱轉換及太陽能海水淡化領域，具體涉及一種光熱復合薄膜材料及仿生浮萍式海水淡化裝置。

背景技術

地球上的水資源總量較大，但僅有不到3％的淡水可供人類生產和生活，且大部分淡水存在開采困難和污染嚴重等問題。目前海水淡化技術是公認的能有效解決淡水危機的方法之一?；诠庾V利用技術的光熱轉換材料可吸收全光譜的太陽光，并將太陽能轉換成熱能以應用于海水淡化中。除此之外，低熱損失、高光熱轉換、強吸水傳輸也是實現高效太陽能驅動海水淡化的必要條件。

目前可應用于海水淡化領域的光熱轉換材料主要有金屬納米材料、有機聚合物、無機半導體和碳材料。其中存在金屬納米材料價格昂貴、有機聚合物穩定性較差、無機半導體制備價格較高且難以規?；苽涞葐栴}。因此，制備價格低廉、綜合性能優異的具有全光譜吸收能力的光熱轉換材料仍是目前主要的研究熱點之一。

發明內容

本發明的目的是獲得一種光熱復合薄膜材料及仿生浮萍式海水淡化裝置。通過材料自組裝得到海水淡化裝置，所述的材料具有高光吸收、光熱轉換、穩定性和海水淡化特性，具有一定的創新性，可適用于光熱轉換及太陽能海水淡化領域。

為實現以上目的，本發明采用了如下技術方案：

步驟1，將碳納米管薄膜(CNTF)浸入濃酸溶液(濃硫酸與濃硝酸體積比為1∶1)進行表面預處理，用去離子水沖洗至中性，烘干備用；

步驟2，將酸化好的CNTF固定在正極，鉑片為負極，對其進行撐開并負載氧氣；

步驟3，將步驟2得到的材料浸入鈷鹽溶液、二-甲基咪唑和十六烷基三甲基溴化銨的混合溶液中；

步驟4，將步驟3得到的材料進行水熱反應，反應結束后冷卻至室溫，制得MOF前驅體@CNTF；

步驟5，將步驟4得到的MOF前驅體@CNTF置于氬氣中碳化，得到CoO@CNTF；

步驟6，裁剪三聚氰胺泡沫和聚苯乙烯泡沫，通過組裝得到仿生浮萍結構，將步驟5得到的CoO@CNTF置于三聚氰胺泡沫表面，并放到裝滿海水或污水的燒杯中；將燒杯置于分析天平上，調節太陽光模擬器AM1.5G的光照強度為0.1～1.0W/cm²，并進行淡化測試；將天平與電腦終端連接，實時監測海水或污水的失重數據。

優選的，步驟1中CNTF在濃酸溶液中的浸泡時間為4～10小時。

優選的，步驟2中所用的電解液是0.1～5mol/L稀硝酸，所用的電壓為5～20V，通電時間為10～60s。

優選的，步驟3中鈷鹽溶液和所述有機配體的溶劑為去離子水，所用鈷鹽是六水合硝酸鈷，鈷鹽和有機配體的溶劑比例為1∶1～1∶10。

優選的，步驟4中水熱反應的溫度為60～150℃，反應時間是2～10h。

優選的，步驟5中的碳化溫度為400～1000℃，升溫速率是2～10℃/min。

優選的，一種仿生浮萍式海水淡化裝置，上層為光熱功能膜、中間層使用三聚氰胺泡沫作為吸水通道，底部為自漂浮型聚苯乙烯泡沫。

有益效果：