[發明專利]石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110252831.8
• 申請日: 2021-03-08
• 公開（公告）號: CN112934131B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 胡進波;于朝陽;賀萌瑤;劉貢鋼;萇姍姍;張翔;劉元;李賢軍;李婷;薛志成;周強;戴德洲
• 申請（專利權）人: 中南林業科技大學
• 主分類號: B01J13/00
• 分類號: B01J13/00;C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 張麗娟

本發明公開了一種石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料，包括生物質纖維基底和包覆在生物質纖維基底上的石墨烯層，所述生物質纖維基底呈管狀，石墨烯層的石墨烯呈片狀。本發明還公開了前述石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料的制備方法，將生物質原料水熱處理后提取纖維，以生物質纖維為基底，負載鐵離子和石墨烯，冷凍干燥后得到。本發明具有原料來源豐富、易制備加工、綠色環保的優點。

技術領域

本發明涉及能源與生物質材料領域，尤其涉及一種石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料及其制備方法和應用。

背景技術

隨著現代工業的快速發展，世界對能源的消耗和需求越來越大，能源短缺的問題日益突出，同時，我們也面臨著越來越嚴重的水污染和水資源短缺問題。有效利用清潔且豐富的太陽能，將海水資源淡化再用或者將工業廢水清潔化是解決水資源短缺的一種很有前途的方法。傳統的太陽能蒸發技術由于工藝復雜、成本高等缺點，限制了其廣泛應用；近年來，科研人員一直在尋找綠色、易制取、價格低廉、環境友好的太陽能界面光熱轉化材料。

常見的吸收太陽能的材料為貴金屬氧化物、硫化物等與非貴金屬的納米材料，制備手段較為復雜，納米纖維素基的氣凝膠光熱轉化材料的研究報道與應用已經出現，但是當前納米纖維素的制取工藝復雜，特別是大規模制備很難工業化。

木纖維細胞具有中空結構，其具有優異的毛細管效應，便于進行高效水傳輸；木質資源豐富，其纖維分離技術簡單，而且纖維獲取對原材料的要求低，甚至潔凈的農林廢棄物就可以作為原料。但是，木纖維的光吸收效率和光熱轉化率低，使得木纖維并不能作為良好的氣凝膠界面光熱轉化材料使用，另一方面直接使用未處理的木纖維制備氣凝膠界面光熱轉化材料，由于木纖維易吸水特性比重增加，且相互之間沒有較強的相互作用，在使用時不能長時間穩定漂浮在液面上，氣凝膠塊體在長期使用后易松散而失去固有形態。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種原料來源豐富、綠色環保的石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料及其制備方法和應用。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料，包括生物質纖維基底和包覆在生物質纖維基底上的石墨烯層，所述生物質纖維基底為呈管狀的木纖維或竹纖維，石墨烯層的石墨烯呈片狀，所述生物質纖維至少一部分未炭化。

作為對上述技術方案的進一步改進：

所述石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料包括雙層氣凝膠，上層氣凝膠的生物質纖維為炭化生物質纖維，下層氣凝膠的生物質纖維為未炭化生物質纖維。

所述石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料為表面具有疏水功能的氣凝膠。

作為一個總的發明構思，本發明還提供一種石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料的制備方法，包括以下步驟：

S1、從生物質原料中提取生物質纖維；所述生物質纖維為木纖維或竹纖維；

S2、將生物質纖維分散浸漬于金屬鹽溶液中，生物質纖維與金屬離子充分結合后，抽濾洗滌，得金屬離子修飾生物質纖維；

S3、將步驟S2所得金屬離子修飾生物質纖維置于氧化石墨烯水溶液中，攪拌，得氧化石墨烯包覆生物質纖維；

S4、將步驟S3所得氧化石墨烯包覆生物質纖維和還原劑溶液混合，靜置反應后，抽濾，得石墨烯包覆生物質纖維；

S5、將步驟S4所得石墨烯包覆生物質纖維在60～90℃水浴加熱，形成水凝膠，經冷凍干燥后得到石墨烯包覆生物質纖維氣凝膠界面光熱轉化材料。

作為對上述技術方案的進一步改進：