[發明專利]一種光熱轉換材料及其在海水淡化及鹽分回收中的應用

在審

• 申請號: 202110437524.7
• 申請日: 2021-04-22
• 公開（公告）號: CN113184940A
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 杜明亮;應良日;朱罕;陸雙龍;段芳
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 林娟

本發明公開了一種光熱轉換材料及其在海水淡化及鹽分回收中的應用，屬于材料化學和太陽能轉換技術領域。本發明所述光熱轉換膜材料包括玻璃纖維膜，所述玻璃纖維表面依次原位生長有致密的聚苯胺層和多孔蜂窩狀的鈷鎳硫化物。將含有不同鹽濃度的模擬海水與金屬硫化物基光熱轉換膜材料接觸，并以設定光線照射光熱轉換材料，使金屬硫化物基光熱轉換材料進行光熱轉換并產生熱能，從而促使海水中的水分蒸發，鹽結晶以鹽環的形式沉積在光熱膜表面，實現持續高效的海水淡化處理及鹽分回收。本發明的雙金屬硫化物光熱轉換膜材料具有高比表面積、高吸光率和高耐候性，具有高效的太陽能轉化效率，獨特的結構設計可以實現長效的太陽能脫鹽。

技術領域

本發明涉及一種光熱轉換材料及其在海水淡化及鹽分回收中的應用，屬于材料化學和太陽能轉換技術領域。

背景技術

隨著日益嚴重的環境污染以及其后變化導致的水短缺，伴隨創新、協調、開放、綠色、共享五大發展理念在全世界的不斷深入，如何更好地實現淡水資源供應及能源充分利用已成為人們亟待解決的難題，如何改善能源結構和充分利用綠色能源已經成為世界各國的發展戰略目標。因此，開發和利用清潔、可再生的新能源成為人們亟待解決的問題。

太陽能水蒸發就是將太陽能的能量最大可能地轉化成熱能，將轉換來的熱能用于加熱水體，從而產生水蒸氣。但在實際應用過程中，太陽能水蒸發效率一直是能量利用的軟肋。造成太陽能水蒸發效率低下主要有以下幾個因素：1)太陽光分為紫外-可見-紅外光波段，然而水體自身僅能吸收大于1400nm的近紅外光波段，對于紫外與可見光區水體自身卻沒有任何的吸收。傳統的光熱材料雖然能夠吸收大陽光進行海水淡化，但是傳統的光熱材料在進行海水淡化過程中，析出的結晶鹽會堆積在材料表面并嚴重影響材料進行持續的水蒸發。

金屬硫化物對全太陽光譜都具有很好的光吸收能力，據報道硫化銅的光熱轉換效率僅僅低于金納米粒子，同時還可以對硫化物結構設計，最大化提高對光的吸收能力。但是所制備的材料機械強度較低，成本高昂。研發耐候性強、耐高濃度鹽腐蝕、高效光熱轉換材料及光熱轉換裝置，并有效解決在光鹽脫鹽過程中的效率下降問題，將切實有力地推動綠色、可持續發展進程，具有深遠的意義和良好的社會效益。

發明內容

為了克服上述問題，本發明提供了一種玻纖膜光熱轉換材料及其制備方法和應用，玻纖膜光熱轉換材料制備方法簡單且低成本，玻纖膜光熱轉換材料用于海水淡化過程中具有良好的耐鹽性以及長程脫鹽穩定性。

本發明首先提供了一種玻璃纖維膜光熱轉換材料，所述光熱轉換材料包括玻璃纖維膜，所述玻璃纖維膜自下而上依次負載聚苯胺層和蜂窩狀硫化鈷鎳納米片。

在本發明的一種實施方式中，所述玻璃纖維膜包括商用玻璃纖維膜或工業用玻璃纖維布。

本發明還提供了上述玻璃纖維膜光熱轉換材料的制備方法，所述方法包括以下步驟：

步驟(1)：洗凈的玻璃纖維膜在含有苯胺單體的酸性溶液中反應，引發劑為過硫酸銨，得到負載有聚苯胺層的玻璃纖維膜；

步驟(2)：將步驟(1)得到的負載有聚苯胺層的玻璃纖維膜在包含有氯化鈷、氯化鎳和尿素的乙醇溶液中進行水熱反應，反應溫度為100～130℃，反應時間為6～12h，生成負載片狀鈷鎳前驅體的玻璃纖維膜材料；

步驟(3)：將干燥后的步驟(2)得到的負載片狀鈷鎳前驅體的玻璃纖維膜材料進行硫化反應，反應溫度為250～300℃，反應時間為3～5h。

在本發明的一種實施方式中，步驟(1)中所述反應是在0～5℃下反應2～6h。

在本發明的一種實施方式中，步驟(1)中所述含有苯胺單體的酸性溶液為濃度為0.4～1wt％苯胺單體的0.5～2M鹽酸溶液。

在本發明的一種實施方式中，步驟(1)中，引發劑過硫酸銨的濃度為2～5wt％，滴加量為10～20mL。