[發(fā)明專利]一種球型泡沫碳蒸發(fā)器及其制備方法和應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-01-29
• 公開（公告）號(hào): CN116553666A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李朝林;吳昱亮;王文輝
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)（深圳）
• 主分類號(hào): C02F1/14
• 分類號(hào): C02F1/14;C02F103/08
• 代理公司: 廣州容大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44326
• 代理人: 何雪霞

本發(fā)明涉及太陽能海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球型泡沫碳蒸發(fā)器及其制備方法和應(yīng)用。所述制備方法為將面粉和膨松劑混合發(fā)酵，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的材料；將具有多孔結(jié)構(gòu)的材料裝入球型模具中，經(jīng)固型、高溫碳化后制成球型泡沫碳蒸發(fā)器。本發(fā)明制備球型泡沫碳蒸發(fā)器的原料綠色環(huán)保、價(jià)格低廉，制備方法簡單、無污染，可以大規(guī)模生產(chǎn)；獲得的球型泡沫碳蒸發(fā)器具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)，表現(xiàn)出高效的光熱轉(zhuǎn)換性能；本發(fā)明獨(dú)特的球型結(jié)構(gòu)由于在蒸發(fā)過程中頂部表面結(jié)晶顆粒較多，重心發(fā)生變化后觸發(fā)自旋轉(zhuǎn)，重置泡沫碳蒸發(fā)器的蒸發(fā)面，從而達(dá)到自動(dòng)除鹽的功能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及太陽能海水淡化技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種球型泡沫碳蒸發(fā)器及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展和人口的持續(xù)增長，淡水資源短缺正成為人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重大威脅。地球上具有豐富的海水儲(chǔ)量，因此利用海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水成為了解決淡水危機(jī)的有效途徑。但是現(xiàn)如今的多級(jí)閃蒸，反滲透，電滲析等海水淡化技術(shù)需要消耗大量能源，并且產(chǎn)生大量碳足跡，不是滿足可持續(xù)性的最佳策略。受自然蒸發(fā)的啟示，利用可再生太陽能驅(qū)動(dòng)海水淡化的太陽能蒸發(fā)技術(shù)具有高效，環(huán)保低碳的優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出了廣闊的應(yīng)用前景，引起了廣泛的關(guān)注。

在過去幾年里，研究人員精心設(shè)計(jì)了許多優(yōu)異的光熱材料和裝置，以提高太陽能利用率和淡水產(chǎn)量，實(shí)現(xiàn)了較高的蒸發(fā)效率，但仍然存在一些限制太陽能蒸發(fā)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵問題。比如貴金屬納米顆粒，石墨烯，聚合物，半導(dǎo)體等常用的光熱材料涉及到原料昂貴、制備方法復(fù)雜等問題。此外，蒸發(fā)過程中在光熱材料表面產(chǎn)生的鹽顆粒會(huì)阻礙入射光的吸收并且降低材料的水汽傳輸性能，從而導(dǎo)致光熱蒸發(fā)器的蒸發(fā)效率和持續(xù)運(yùn)行能力顯著下降。雖然采用機(jī)械管理或水沖洗等后處理程序可以除去積累的鹽分，但這些操作增加了光熱蒸發(fā)系統(tǒng)的操作復(fù)雜性和運(yùn)行成本。

因此，設(shè)計(jì)出成本低廉、制備簡單的高效光熱蒸發(fā)器具有十分重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，有必要針對(duì)上述的問題，提供一種球型泡沫碳蒸發(fā)器及其制備方法和應(yīng)用，制備的球型泡沫碳蒸發(fā)器可實(shí)現(xiàn)自主清潔、連續(xù)運(yùn)行，能夠高效的進(jìn)行海水淡化以及水處理零排放。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下的技術(shù)方案：

第一方面，本發(fā)明提供一種球型泡沫碳蒸發(fā)器的制備方法，將面粉和膨松劑混合發(fā)酵，形成具有多孔結(jié)構(gòu)的材料；將具有多孔結(jié)構(gòu)的材料裝入球型模具中，經(jīng)固型、高溫碳化后制成球型泡沫碳蒸發(fā)器。

進(jìn)一步的，所述制備方法的具體步驟如下：

步驟1：將膨松劑添加至溫水中，攪拌至完全溶解；

步驟2：向步驟1中添加面粉混合，使其發(fā)酵形成具有多孔結(jié)構(gòu)的材料；

步驟3：將具有多孔結(jié)構(gòu)的材料裝入球型模具中，在烘箱中干燥，并焙烤成球型前驅(qū)體；

步驟4：將球型前驅(qū)體移至馬弗爐中，高溫?zé)峤馓蓟?/p>

進(jìn)一步的，所述膨松劑為酵母、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀、碳酸氫銨、酒石酸氫鉀、硫酸鋁鉀、磷酸氫鈣、硫酸鋁銨、葡萄糖酸-δ-內(nèi)酯中的一種或多種。

進(jìn)一步的，步驟1中所述溫水的溫度為30-45℃。

進(jìn)一步的，步驟1中所述膨松劑與溫水的比例為1:30-50(g/mL)。

進(jìn)一步的，步驟2中添加的面粉與步驟1中膨松劑的比例為50-100:1。

進(jìn)一步的，步驟3中球型模具的直徑為2-6cm。

進(jìn)一步的，步驟3中烘箱溫度為100-150℃，烘烤時(shí)間為20-40min；

進(jìn)一步的，步驟4中馬弗爐溫度為200～1200℃，熱解碳化時(shí)間為2-8h；