[發(fā)明專利]具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料及其制備方法和應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110583265.9
• 申請日: 2021-05-27
• 公開（公告）號: CN113372620B
• 公開（公告）日: 2022-05-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金夢甜;蔡一嘯;王華平;陳仕艷;屈向陽;鄭海林
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學
• 主分類號: C08L1/02
• 分類號: C08L1/02;C08K3/04;C08J5/18;C12P19/04;C12N1/20;C12R1/01
• 代理公司: 上海統(tǒng)攝知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31303
• 代理人: 杜亞

1.一種具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料的應(yīng)用，其特征在于，將具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料、細菌纖維素膜和聚苯乙烯泡沫自上而下順序組裝在一起構(gòu)成太陽能界面海水蒸發(fā)器；

具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料的制備方法：將木醋桿菌原菌液、前驅(qū)體CNT水溶液和前驅(qū)體GO水溶液加入HS營養(yǎng)液中進行接種，得到細菌纖維素復合膜后，對其中的GO進行還原，得到具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料；

制備方法的具體步驟如下：

（1）分別配制前驅(qū)體CNT水溶液、前驅(qū)體GO水溶液和HS營養(yǎng)液；

（2）原位培養(yǎng)制備細菌纖維素復合膜；

將木醋桿菌原菌液、前驅(qū)體CNT水溶液和前驅(qū)體GO水溶液加入HS營養(yǎng)液中進行接種，在28~30°C 的溫度條件下靜態(tài)培養(yǎng)7~14天，得到細菌纖維素復合膜；木醋桿菌原菌液、前驅(qū)體CNT水溶液、前驅(qū)體GO水溶液和HS營養(yǎng)液的體積比為1.5~1.75:0.5~0.75:0.5~0.75:8.9~9.5；木醋桿菌原菌液的濃度為3.5×10⁵~4×10⁵cfu/mL；

（3）后處理去除細菌纖維素復合膜中的PVP、HS營養(yǎng)液和木醋桿菌；

（4）還原；

將經(jīng)過后處理的細菌纖維素復合膜與濃度為3~10wt%的抗壞血酸溶液混合，在60~80℃的溫度條件下反應(yīng)7~9h后，用去離子水水洗凈化，制得具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，前驅(qū)體CNT水溶液的配制過程為：取MWCNT加入去離子水中，攪拌，再加入PVP，攪拌，在25~30°C的溫度條件下用細胞粉碎機以450~500w的功率超聲反應(yīng)1.5~2h，得到均勻分散的前驅(qū)體CNT水溶液；MWCNT、去離子水和PVP的質(zhì)量體積比為0.4g:50mL:10~15g。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，前驅(qū)體GO水溶液的配制過程為：取GO加入去離子水中，攪拌，再加入PVP，攪拌，在25~30°C的溫度條件下用細胞粉碎機以450~500w的功率超聲反應(yīng)1.5~2h，得到均勻分散的前驅(qū)體GO水溶液；GO、去離子水和PVP的質(zhì)量體積比為0.4g:50mL:10~15g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，HS營養(yǎng)液由40~60g/L葡萄糖、3~8g/L酵母提取物、3~8g/L蛋白胨、1~4g/L Na₂HPO₄、0.5~2g/L KH₂PO₄、0.5~2g/L檸檬酸和余量的超純水組成；

HS營養(yǎng)液的配制過程為：按比例將葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、Na₂HPO₄、KH₂PO₄和檸檬酸加入超純水中攪拌均勻后，在溫度為110~130°C且壓力為0.1~0.3MPa的條件下用高壓滅菌器對其進行高溫滅菌30~50min，無菌冷卻至20~28°C，得到HS營養(yǎng)液。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用，其特征在于，具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料是由細菌纖維素膜以及分布在其中的rGO和CNT組成，rGO和CNT構(gòu)成異質(zhì)結(jié)構(gòu)，即CNT原位生長在rGO的表面形成“人工褶皺”結(jié)構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，細菌纖維素膜中的纖維的直徑為20~30nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料中rGO的含量為10~11wt%，CNT的含量為10~11wt%；rGO的片徑為0.5~5μm，厚度為1~3nm；CNT的直徑為5~15nm，長度為0.5~2μm。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于，具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料的厚度為1.5~2.5mm，孔隙率為95~98%，光吸收率為96~99.8%；在輻射強度為1kWm^-2的模擬太陽輻射下，加入具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料后水的自然蒸發(fā)速率為1.4~1.9kgm^-2h^-1，具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料的光熱轉(zhuǎn)化效率為70~95%；采用紅外熱像儀照射由具有納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的光熱轉(zhuǎn)換材料與聚乙烯泡沫組成的雙層結(jié)構(gòu)1h后，界面處的溫度由25~28℃上升至40~60℃，照射的強度為1kWm^-2，溫度為20~30°C，濕度為50~60%。