[發明專利]一種三維一體光熱轉換材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202110463440.0
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113173616B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 崔洪芝;魏娜;趙明崗;宮李科;徐瑞琪;李琪
• 申請（專利權）人: 中國海洋大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C01B32/186;C01G39/02;C23C16/26;C23C18/12;C02F103/08
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 段毅凡

本發明公開了一種三維一體光熱轉換材料及其制備方法，它是在預處理的泡沫鎳基體上通過CVD方法制備出泡沫鎳石墨烯材料，然后在通過水熱制備出Ni?G?MoO3?x，CVD所需氣體為氬氣、高純氫氣和高純甲烷；材料的性能參數為：厚度0.5mm，一個光強下的蒸發速率為1.50kg/m2h，效率為95.8％，循環穩定性36h以上，親疏水性為超親水性。本發明通過CVD和氧化過程將石墨烯，氧化鉬與多孔泡沫鎳結合，保證了材料具有較強的界面結合力，在一步水熱過后就具備了超親水性，能夠保證材料的多孔吸水能力，同時石墨烯在覆蓋泡沫鎳表面后對整體材料在海洋環境中的應用起到保護作用，增加材料的使用壽命。

技術領域

本發明涉及一種光熱轉換材料及制備方法，屬于海水淡化領域。具體來講就是公開了一種利用CVD和水熱方法獲得Ni-G-MoO3-x這種具有異質結構的光熱轉換材料及制備方法，該材料具有效率好，高親水性的特點。

背景技術

隨著世界人口的不斷增加和淡水資源的日益稀少，水資源短缺被認為是世界上最嚴峻的挑戰之一。太陽能海水淡化技術利用太陽能這一豐富環保的能源，似乎成為了緩解淡水資源短缺的有效方法。隨著這方面研究逐漸取得進展，通過空氣-水界面局部加熱的太陽能海水淡化技術被提出并受到越來越多的關注，因為他可以顯著的提高太陽能的利用率，進而提高太陽能海水淡化效率。在這一體系中，作為實現太陽能高效脫鹽的關鍵是制備出一種具有寬帶光吸收和有效光熱轉換能力的吸光材料。而利用太陽能的光熱轉換材料在現實海水淡化中尤其是針對處于電力供應不足地區的淡化具有廣闊的應用前景。

中國專利申請號CN202010130184.9，公開了一種基于黑磷納米片的太陽能海水淡化材料的制備方法，將絕熱多孔材料浸泡在硝酸溶液中以除去表面雜質，再浸入到水溶性聚合物膠黏劑與黑磷納米片的混合溶液中，取出后進行熱交聯處理，即可得到海水淡化材料。該方法不會破壞黑磷晶格結構，構造方便，工藝簡單，且吸收光譜范圍廣，光熱轉化效率高，能夠充分利用太陽能，實現高效海水淡化，可以直接應用于大規模工業化生產及市場推廣。但是它是通過水溶性聚合物膠黏劑使黑磷納米片和絕熱多孔基體結合的，無法保證均勻性和較強的界面結合力，導致材料使用壽命不高。

中國專利申請號CN201911352337.8公開了一種基于PVA水凝膠的光熱蒸發材料及其制備和應用，固化制備過程環保無污染、簡單易行，制備成本低廉，所得的水凝膠可以作為一種理想的光熱蒸發、太陽能海水淡化材料。該材料僅利用了石墨烯和碳納米管的吸光性能，未能充分利用石墨烯耐蝕等其他特性，且制備復雜，需要反復冷凍回溫才能保證材料的多孔吸水能力，不利于大規模制備及應用。

中國專利公開號CN201810168853.4公開了一種高氮含量的碳泡沫材料及其制備方法和應用，以具有超高氮含量的三聚氰胺泡沫為原材料，經高溫碳化后得到的產品具有孔隙率高、重量輕、機械強度高、成本低等優點；同時，還具有合適的孔徑大小及低導熱系數特性，光熱轉換效率高、聚光集熱性能佳，使其在太陽能海水淡化材料領域有著廣闊的應用前景。但是碳化材料本身塑性差，在實際應用中使用困難，無法便攜快速的運輸和應用

另外，采取以上不同的方法，雖然可以有效獲得淡水資源，但是使用硝酸，三聚氰胺等危險藥品，化學品制備海水淡化材料需要嚴格的管理和安全保障，危險系數大。水凝膠本身因為制備過程中不能控制孔隙的分布，導致內部孔隙分布不均勻，所以光熱轉換速率低，為達到高產出就必須制備大面積的氣凝膠材料，這就要求大量的經濟和技術投入。而采用高溫碳化技術制備的碳泡沫材料塑性低，易被破壞，在大規模的實際應用中，無法便攜，經濟的獲得淡水資源，因此無法更好的應用于海水淡化領域。迄今為止，使用三維一體式光熱轉換材料制得蒸發器，并將其應用在海水淡化領域，還尚未得到大規模研究。