[發明專利]一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量制備方法

在審

• 申請號: 202210760381.8
• 申請日: 2022-06-30
• 公開（公告）號: CN115161880A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 覃小紅;代宏宇;王黎明;張弘楠;崔憲峰;李洪昌;俞建勇
• 申請（專利權）人: 東華大學;山東天風新材料有限公司
• 主分類號: D04H1/728
• 分類號: D04H1/728;D04H1/4374;D04H1/43;D04H1/4282;D01F1/10;D01D5/00
• 代理公司: 上海泰能知識產權代理事務所(普通合伙) 31233
• 代理人: 楊琴

本發明涉及一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量制備方法。該制備方法包括：將摻雜碳基光熱材料的聚丙烯腈混合紡絲液無針靜電紡絲，得到摻雜碳基光熱材料的聚丙烯腈納米纖維膜；取該纖維膜卷繞在單針頭靜電紡絲裝置的滾筒上，在其上進行高流動射出型聚甲基丙烯酸甲酯紡絲液的單針頭靜電紡絲，得到雙層親?疏水纖維膜；最后以疏水層在外側的雙層親?疏水纖維膜作為接受基底，將摻雜碳基光熱材料的聚丙烯腈混合紡絲液無針靜電紡絲。該方法能夠實現光熱轉換材料的均勻分布，使蒸發面增加，有效促進蒸發時的蒸汽逸散，并能實現水的供應量調控，有效提升光熱水蒸發速率。

技術領域

本發明屬于光熱水蒸發技術領域，特別涉及一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量制備方法。

背景技術

地球上豐富的水資源中96.5％都分布在海洋，不能直接應用。淡水數量少和工農業廢水排放引起的淡水資源短缺成為目前亟待解決的問題，急需高效的清潔水提取技術，海水淡化和廢水處理再利用是目前解決該缺水問題最有效的途徑。

為解決淡水資源緊缺這一難題，熱蒸餾、多效閃蒸、反式滲透、膜過濾、電滲透和光催化等方式被用來生產清潔水，但以上技術都需要由不可再生且會污染環境的化石燃料提供能量，設備占地面積大、成本高。與上述技術相比，太陽能蒸餾海水技術具有不消耗化石能源、不受位置條件限制、無污染、安全可靠等優點。早期的太陽能水蒸發技術利用形式多樣的太陽能集熱器，通過增強光照提高蒸汽生成效率，但此類設備龐大，限制了它的大范圍應用。新興的太陽能界面光熱轉換系統，其可將熱量全部用于水蒸發，改善了液體表面的熱定位，在較低的太陽輻射下能實現約90％的蒸發效率。

通過新型太陽能界面光熱蒸汽轉換技術的引入，光熱水蒸發速率與蒸汽轉換效率不斷提升，太陽能水蒸發器件在海水淡化和污水處理等方面展露出了非常好的應用前景，同時進一步推動了不同光熱材料和基材組成的界面光熱蒸發器件的發展。

紡織纖維材料在光熱轉換材料結構設計、水分傳輸和熱量分布管理等方面具有獨特的優勢。當將聚合物纖維直徑從微米尺度降至亞微米尺度或納米尺度時，會表現出大的比表面積，便于對其進行表面功能化；而微米級的纖維形成的縫隙和孔洞大，透氣性優異，微米和納米級纖維在光熱水蒸發領域應用各有優勢，除了材料的結構特征，其親疏水性能對于水蒸發也至關重要，材料的親水性過于優異會導致蒸發時水分累積，降低蒸發速率，親水性能差不能及時供給蒸發所需的水分，因此合理配置親疏水性能使水的蒸發和供給達到平衡，能進一步提高蒸發器的水蒸發性能。

碳基光熱材料如碳納米管等具有全光譜吸收能力和優異的熱轉換特性，合理地將其均勻分布固著在納米纖維集合體表面有利于大幅提升材料的光熱轉換能力。而納米纖維構建的毛細通道有利于蒸發時水分的縱向傳輸供給和橫向擴散。

現有的具備親疏水復合層的界面光熱蒸發器的制備方法復雜、僅限于實驗室水平，不能批量制備應用，因此，開發碳基親疏水夾層復合光熱纖維膜的批量制備方法對推動光熱器件的產業化應用具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量制備方法，以克服現有技術中光熱水蒸發器件制備方法復雜、不能產業化應用、光熱材料分布不均勻、蒸發器水分的傳輸和供給不能調控、光熱水蒸發效率低下的缺陷，本發明實現親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量化制備。

本發明提供一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜，包括：依次連接的摻雜碳基光熱材料的聚丙烯腈納米纖維膜作為親水蒸發頂層、蓬松透氣的聚甲基丙烯酸甲酯微米纖維膜作為疏水中間層、摻雜碳基光熱材料的聚丙烯腈納米纖維膜作為吸水蒸發底層。

優選地，所述碳基光熱材料為碳納米管(CNTs)。

優選地，所述聚甲基丙烯酸甲酯為高流動射出型材料。

本發明還提供一種親疏水夾層結構復合光熱纖維膜的批量制備方法，包括：