[發(fā)明專利]一種拒鹽的海綿基/廉價碳光熱復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用

在審

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• 申請日: 2022-09-21
• 公開（公告）號: CN115403095A
• 公開（公告）日: 2022-11-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王輝;董方園;卞兆勇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京林業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F103/08
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本發(fā)明公開了一種拒鹽的海綿基/廉價碳光熱復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用，屬于太陽能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明要解決目前光熱轉(zhuǎn)換材料制備成本高、難以批量制備以及容易產(chǎn)生鹽結(jié)晶降低使用時間的問題。本發(fā)明是以海綿類材料為基體，碳化后的農(nóng)業(yè)垃圾為光吸收體原材料，聚苯乙烯泡沫作為隔熱層，制備光熱轉(zhuǎn)換材料。本工藝的優(yōu)越之處是：材料成本低廉，制備過程簡易，可批量制備，還有著優(yōu)良的抗鹽結(jié)晶效果，可廣泛應(yīng)用于各種界面太陽能蒸汽發(fā)生器，對地表水、海水等蒸發(fā)冷凝后收集獲得淡水，或直接利用太陽能蒸汽進(jìn)行發(fā)電、滅菌，也具有較好的應(yīng)用前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于太陽能界面光熱轉(zhuǎn)換材料制備領(lǐng)域、太陽能界面海水淡化和太陽能蒸汽發(fā)電及滅菌領(lǐng)域；具體涉及一種拒鹽的海綿基/廉價碳光熱復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)

淡水資源緊缺是當(dāng)前世界面臨的一個嚴(yán)峻問題。尤其是人口數(shù)目的激增，淡水總量已經(jīng)供不應(yīng)求。目前獲得淡水的方式有：淡水運輸，污廢水處理和太陽能蒸汽。太陽能蒸汽技術(shù)是一種將太陽光輻射轉(zhuǎn)換為熱能的技術(shù)，光熱轉(zhuǎn)換材料是技術(shù)核心，主要應(yīng)用于海水淡化、蒸汽滅菌。這種淡水獲得方式不消耗常規(guī)能源、不受地域限制、不會污染環(huán)境，可解決日趨嚴(yán)重的能源短缺和淡水緊缺的難題，對響應(yīng)當(dāng)今可持續(xù)發(fā)展理念有著重大意義。

光熱轉(zhuǎn)換材料是太陽能蒸汽產(chǎn)生的關(guān)鍵，需具有高效的蒸汽速率和光熱轉(zhuǎn)換效率。周昱帆等發(fā)明的CuS/炭黑復(fù)合光熱轉(zhuǎn)換材料，對前驅(qū)體高溫高壓操作制備得到光熱轉(zhuǎn)換材料，生產(chǎn)成本低，然而對原料及反應(yīng)條件有一定的要求，也未對其隔熱及供水方式進(jìn)行設(shè)計(專利號110713203B)；王鈺等發(fā)明的一種Mxene/陶瓷纖維光熱轉(zhuǎn)換材料，以Mxene納米片為光熱轉(zhuǎn)換層，隔熱層則選取了具有保溫隔熱效果的陶瓷纖維，降低了導(dǎo)熱系數(shù)，卻由于成本問題難以大規(guī)模制備(專利號114656288U)；郭海峰等提供的一種光熱材料的制備方法，在經(jīng)添加粘結(jié)層具有三維孔結(jié)構(gòu)基體上涂覆光吸收材料并在結(jié)構(gòu)表面形成了納米凸起，從而具備了優(yōu)良光吸收性能，這種方式雖然工藝簡單，但是未對其抗鹽功能設(shè)計，難以進(jìn)行長期海水淡化(專利號111793243B)。

綜上所述，目前太陽能光熱轉(zhuǎn)換材料的制備與應(yīng)用均不能完全滿足以下要求：(1)為來源廣泛的原材料，低廉的成本和簡便的制備工藝；(2)具有高效光吸收效能，保證水源源不斷的運輸?shù)墓┧ǖ篮土己帽匦阅埽?3)具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性和重復(fù)使用性能；(4)具有抵抗鹽在蒸發(fā)表面結(jié)晶的屬性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的是現(xiàn)有光熱轉(zhuǎn)換材料原料來源單一、光熱轉(zhuǎn)換效率低及抗鹽結(jié)晶效果差等問題，提供了一種拒鹽的海綿基/廉價碳光熱復(fù)合材料的制備方法及應(yīng)用。所述的材料具有高效的光熱轉(zhuǎn)化效率，兼具供水和保溫的作用，可以實現(xiàn)高效持久的海水淡化，滿足用水需求。

為解決上述問題和實現(xiàn)本發(fā)明的目的，采用以下技術(shù)方案：

(1)以農(nóng)業(yè)垃圾為原材料，經(jīng)75wt％酒精和去離子水?dāng)?shù)次洗滌后瀝干水分，在鼓風(fēng)干燥箱中干燥。將干燥完成后的材料放進(jìn)高溫管式爐中在氬氣保護(hù)氣氛下碳化，在研缽中研成碳粉，過細(xì)篩網(wǎng)后留取篩下物。

(2)取一定厚度的海綿，以浸漬-干燥-交聯(lián)的方式將碳粉均勻摻雜在海綿中，以聚苯乙烯泡沫作為支撐層和隔熱層。對混合材料表面進(jìn)行陣列鉆孔，并對聚苯乙烯構(gòu)造數(shù)條水通道，組裝成光熱蒸發(fā)器。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，原材料包括一切農(nóng)業(yè)垃圾包括農(nóng)田和果園殘留物，如秸稈、殘株、雜草、落葉、果實外殼等，牲畜和家禽糞便，農(nóng)產(chǎn)品加工廢棄物。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，在鼓風(fēng)干燥箱中60℃～80℃下干燥20h～25h，鼓風(fēng)干燥箱升溫速率為5℃·min^-1～10℃·min^-1。

進(jìn)一步地，步驟(1)中，干燥完成后的材料放進(jìn)高溫管式爐中，在300℃～800℃的溫度下碳化1h～2h，高溫管式爐升溫速率為5℃·min^-1～20℃·min^-1。降溫獲得所需生物炭。