[發明專利]一種具有高效光熱效應的聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠的制備方法

有效

• 申請號: 202110149474.2
• 申請日: 2021-02-03
• 公開（公告）號: CN112851941B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發明（設計）人: 謝鶴樓;蘭凱;吳伯熙
• 申請（專利權）人: 湘潭大學
• 主分類號: C08G73/12
• 分類號: C08G73/12;C08K3/04;C08J9/28;C08L79/08
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本發明公開了一種具有高效太陽光光熱效應的聚酰亞胺碳納米管(PI/CNT)復合氣凝膠的制備方法。我們通過將聚酰胺酸(PAA)與適宜比例的碳納米管(CNT)混溶于水后，經冷凍?干燥，程序升溫熱亞胺化后制備了具有高效太陽光光熱效應的聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠。該方法制備得到的復合氣凝膠具有優異的太陽光光熱性能，無需其他能耗，僅在太陽光照射下即可獲得顯著升溫，而且其具有極佳的熱穩定性及力學性能，故而可作為光熱材料應用于海水淡化，污水處理等技術領域。

技術領域

本發明公開了一種具有高效太陽光光熱效應的復合氣凝膠的制備方法，屬于材料技術領域，特別涉及一種通過聚酰亞胺和碳納米管復合制備具有高效太陽光光熱效應氣凝膠的方法。

背景技術

隨著世界人口增長和現代化進程加快，世界能耗急劇增加，為了應對能源不足所帶來的挑戰，研究者們致力于開發各種環境友好材料。太陽光作為大自然取之無盡用之不竭的寶貴資源，在綠色節能領域得到了廣泛研究。具有高效太陽光熱效應的材料在無需外界能耗的條件下，僅憑太陽光照射即可獲得顯著的升溫，在海水淡化、光熱儲能等眾多領域有著廣泛的應用，具有重要的學術及實用價值，符合可持續發展要求。

碳納米管具有優異的近紅外光熱性能，有極佳的太陽光吸收率，且光熱轉換效率高，已經被廣泛應用于太陽能電池、智能傳感器以及探測設備等眾多領域。聚酰亞胺是一種具有較好力學性能、優異熱穩定性的高分子材料。通過合理的分子設計，也可以實現具有光熱效應聚酰亞胺的制備，本發明通過將其與碳納米管進行復合，制備了具有高效太陽光熱效應的復合氣凝膠，該復合材料不僅具備了優異的光熱性能，同時具有較好的熱穩定性和力學性能，故而擁有極高的應用價值。該制備方法僅通過簡單的溶解與凍干過程，即將碳納米管和聚酰亞胺的優勢得到了充分結合，顯著提高了太陽光光熱效率，十分適用于太陽能水蒸發領域，極大地提高了能源利用率。

發明內容

本發明旨在提供一種具有高效太陽光光熱效應的聚酰亞胺碳納米管(PI/CNT)復合氣凝膠的制備方法。該聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠由式Ⅰ所示的聚酰亞胺(PI)與碳納米管(CNT)復合制得，其中，所述的碳納米管的表面羧基百分含量為1％～5％。本發明的特點在于具有光熱效應的二胺單體的引入，使得此類聚酰亞胺也具備一定的光熱效應，該類聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠的成功制備，賦予這類材料較好的光熱性能、熱穩定性以及優異的力學性能，從而實現其在海水淡化，污水處理等領域的應用。

本發明的技術方案為：

一種基于聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠的制備方法，其中，其結構式如式Ⅰ所示：

所述式Ⅰ中，R₁為式Ⅱ中的一種，R₂為式Ⅲ中的一種：

值得說明的是，上述結構中的游離“－”，均表示連接端。

上述的聚酰亞胺碳納米管復合氣凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)利用二酐和二胺制備聚酰胺酸(PAA)，所述的PAA結構如式Ⅳ所示

R₁為式Ⅱ中的一種，R₂為式Ⅲ中的一種；

(2)將所述PAA、CNT、三乙胺(TEA)溶于去離子水中，形成復合溶液；

(3)利用冷凍-干燥的方法，將PAA/CNT復合溶液通過冷凍，再利用凍干機干燥除水，形成PAA/CNT氣凝膠；

(4)將所述的PAA/CNT氣凝膠熱亞胺化形成PI/CNT復合氣凝膠。

進一步地，步驟(1)中，制備PAA包括如下幾個步驟：