[發(fā)明專利]碳納米管基單向?qū)窆鉄崮ぁ⒅苽浞椒ê椭频玫奶?yáng)能界面蒸發(fā)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210246924.4
• 申請(qǐng)日: 2022-03-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114619748B
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-06-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐康康;侯怡君;齊琨;周玉嫚;何建新;佑曉露;陳晨;吳俊妍;李靜博;周美玲;馬紀(jì)鋒;宋玉堂;任宇紅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中原工學(xué)院
• 主分類號(hào): B32B27/40
• 分類號(hào): B32B27/40;B32B27/02;B32B23/02;B32B23/08;B32B23/10;B32B9/02;B32B9/04;B32B9/00;B32B38/08;B32B38/16;C02F1/14;D01D5/00;D06M11/74;D06M101/06
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 孫詩(shī)雨

本發(fā)明提供了一種碳納米管基單向?qū)窆鉄崮?、制備方法和制得的太?yáng)能界面蒸發(fā)裝置。該單向?qū)窆鉄崮な抢媒n法將肝素鈉分散的羧基化碳納米管墨水整理到纖維素纖維無(wú)紡布上，得到碳納米管基無(wú)紡布，然后通過(guò)靜電紡絲技術(shù)在碳納米管基無(wú)紡布表面噴覆一層聚氨酯納米纖維，構(gòu)筑出具有單向?qū)窆δ艿墓鉄崮?，進(jìn)一步結(jié)合支撐層、引流層以及隔熱層自上而下組裝成新型太陽(yáng)能界面蒸發(fā)裝置。本發(fā)明制備的光熱膜具有優(yōu)異的單向?qū)裥阅?，并基于此設(shè)計(jì)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)裝置，相較于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能界面蒸發(fā)裝置，本發(fā)明的太陽(yáng)能界面蒸發(fā)裝置因單向?qū)窆鉄崮さ拇嬖诙哂懈叩恼舭l(fā)速率和良好的環(huán)保性，可用于海水淡化、廢水處理等領(lǐng)域，具有潛在的市場(chǎng)前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于節(jié)能環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及一種碳納米管基單向?qū)窆鉄崮ぜ疤?yáng)能界面蒸發(fā)裝置。

背景技術(shù)

隨著全球人口數(shù)量的增加以及人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)清潔水的需求越來(lái)越大，但各種生活污水、工業(yè)廢水的直接排放，嚴(yán)重污染水源，這也導(dǎo)致清潔水資源嚴(yán)重短缺，預(yù)計(jì)2025年全球?qū)⒂?0億人口缺水。近年來(lái)，太陽(yáng)能作為一種清潔、可再生的綠色能源，已被廣泛用于光催化、光熱轉(zhuǎn)化等環(huán)保領(lǐng)域，其中基于界面光熱轉(zhuǎn)化原理凈化污水技術(shù)因其低成本、低維護(hù)且環(huán)境友好而被重點(diǎn)關(guān)注。

界面太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)體系的光熱效率是影響水源凈化的關(guān)鍵因素。近幾年，人們主要從兩個(gè)方面提高界面太陽(yáng)能蒸發(fā)效率。一是采用具有較高光學(xué)寬帶吸收和太陽(yáng)熱能轉(zhuǎn)換的先進(jìn)光熱材料；另一個(gè)是構(gòu)建與設(shè)計(jì)合適的熱量管理系統(tǒng)來(lái)降低熱量散失。由于水的蒸發(fā)是一個(gè)表面主導(dǎo)的液體-蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程，只有極薄的表面水層可以轉(zhuǎn)化為蒸汽，而加熱大量的水會(huì)造成大量能量的浪費(fèi)，因此，合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于提高太陽(yáng)能界面光熱轉(zhuǎn)化效率具有重要意義。

當(dāng)羧基化碳納米管用于太陽(yáng)能光熱蒸發(fā)體系時(shí)，可以通過(guò)將光能轉(zhuǎn)化成熱能促進(jìn)水分的蒸發(fā)；還可以通過(guò)與水分子產(chǎn)生相互作用來(lái)改變水的相變行為，即通過(guò)氫鍵將水分子限制在納米尺寸的孔中，這種限制作用導(dǎo)致表面驅(qū)動(dòng)的相變，從而改變相界，即改變水分子之間的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，使得水分子間的作用力減弱，降低蒸發(fā)潛熱；此外，碳納米管作為一維納米材料，具有較高的長(zhǎng)徑比，更重要的是，羧基化碳納米管也具有良好的親水性，較容易形成具有吸濕功能的碳納米管基無(wú)紡布材料，進(jìn)一步結(jié)合疏水性聚氨酯納米纖維膜可構(gòu)建出具有單向?qū)窆δ艿墓鉄岵牧?，可以明顯改善水分子的滲透通量，實(shí)現(xiàn)了水快速傳輸?shù)耐瑫r(shí)避免反滲。

雖然羧基化碳納米管具有一定的親水性，但因其表面能大、粒子間具有較強(qiáng)的吸附力、表面分子及原子間有很大的靜電力和范德華力作用，π-π鍵間的相互作用也導(dǎo)致其很難在水中均勻分散，這也會(huì)嚴(yán)重影響其在無(wú)紡布上的均勻性。因此，如果能找到合適的材料將碳納米管均勻穩(wěn)定分散，同時(shí)又不會(huì)對(duì)水體引入有害物質(zhì)，將極大地拓寬碳納米管墨水在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用。

肝素鈉是一種黏多糖類物質(zhì)，系由豬、牛、羊的腸黏膜中提取的硫酸氨基葡萄糖的鈉鹽，在人體內(nèi)系由肥大細(xì)胞分泌而自然存在于血液中。在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn)，肝素鈉在水溶液中呈明顯的負(fù)電荷，類似于表面活性劑的功能，但其本身又具有很好的環(huán)保性能，將其與碳納米管在水中共混分散可以發(fā)現(xiàn)其具有良好的分散穩(wěn)定性和環(huán)保性能，肝素鈉的排放不會(huì)對(duì)水體造成污染。

因此，本發(fā)明是基于羧基化碳納米管和肝素鈉的親水性，以纖維素纖維無(wú)紡布為基底，結(jié)合靜電紡絲技術(shù)，嘗試制備具有單向?qū)窆δ艿墓鉄崮?，進(jìn)一步結(jié)合支撐層、引流層以及隔熱層，構(gòu)建出具有單向?qū)窆δ艿奶?yáng)能界面蒸發(fā)裝置。

發(fā)明內(nèi)容