[發明專利]一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠及其制備與應用

在審

• 申請號: 202211325914.6
• 申請日: 2022-10-27
• 公開（公告）號: CN115594879A
• 公開（公告）日: 2023-01-13
• 發明（設計）人: 鄭大鋒;陳石林;楊東杰;譚振榮;岑秋蘭
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08J9/26
• 分類號: C08J9/26;C08L5/08;C08L97/00;C08K3/08;C08K3/04;B01J13/00;C02F1/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 殷妹

本發明公開了一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠及其制備與應用。本發明先將殼聚糖、木質素和納米碳粉均勻分散在堿尿素混合溶液中，經冷凍?解凍循環處理后，得到均相殼聚糖/木質素/納米碳粉混合溶液；再加入交聯劑，反應得到生物質基復合水凝膠，將該水凝膠浸泡在金屬前驅體溶液一段時間后，水洗再經過冷凍干燥得到上述的納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠光熱材料。本發明制備的氣凝膠可以通過調節生物質的比例控制孔徑大小，加入的納米碳粉和表面還原的納米金屬粒子可以協同增強復合氣凝膠的光吸收性能，進而提升海水淡化性能。

技術領域

本發明屬于光熱材料制備領域，具體涉及一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠及其制備與應用。

背景技術

水是生命之源，是地球上最寶貴、最不可替代的自然資源。由于工業化進程加快、人口密度快速增長和水污染問題的加劇，淡水資源的短缺給人類的生存和社會的可持續發展帶來了巨大的挑戰。為了解決淡水資源短缺的問題，研究人員將注意力轉向由淡化海水得到干凈的飲用水。然而，傳統的工業海水淡化技術，包括反滲透、多效蒸餾和電滲析等方法，往往需要復雜的基礎設施、集中安裝和高能耗，使它們不適合在缺水且沒有安裝電網的偏遠地區使用。最近，可再生能源，特別是太陽能的使用受到了極大的關注，有望作為不可再生化石能源的理想替代品。太陽能因其在豐富程度、可持續性、對環境的影響微乎其微以及不受地理位置限制等優點都使得其他不可再生的化石能源相形見絀。太陽能界面蒸發已被公認為一種可持續的淡水生產策略，以緩解淡水資源短缺的問題。太陽能界面蒸發系統將光熱材料限制在氣-液界面上，可以最大限度地降低熱損失，增強光熱轉換效應并進一步提高海水淡化性能。

殼聚糖是由甲殼素脫乙酰化而來的一種天然高分子材料，主要存在于蝦、蟹等甲殼類動物的外殼中。殼聚糖是一種天然聚陽離子電解質，具有優異的生物活性和機械穩定性，是制備氣凝膠的理想原材料。殼聚糖通常溶于稀酸溶液，分子鏈上的氨基在酸性條件下會發生質子化從而帶有大量正電荷，一旦與帶負電荷的物質混合時，由于正負電荷之間的強靜電作用，會產生非均相的絮凝。

木質素作為自然界中含量最多的芳香族聚合物，每年由制漿造紙以及生物乙醇工業產生大量的木質素副產物。目前木質素利用率低，絕大多數被作為低級燃料焚燒或者直接排入海洋，不僅給自然生態環境造成嚴重污染，還造成資源的浪費。木質素富含酚羥基、醇羥基、醛基、甲氧基等多種活性基團，使得木質素可以作為金屬納米粒子的還原劑。金屬納米粒子具有等離激元共振增強效應能提高復合材料的光吸收性能，且木質素分子的強共軛和π-π堆積可以促進非輻射遷移引發光熱轉換效應。

目前利用光熱轉換材料進行海水淡化還存在一些問題：蒸發器具有脆性骨架機械強度低；材料成本高、制備工藝復雜；單一材料的光熱轉換效率低，造成能量損失；結晶鹽聚集堵塞在材料表面，破壞材料的長期穩定性使用。因此，有必要設計一種工藝簡單、成本低廉、光熱性能優異的太陽能界面蒸發器。

發明內容

為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠的制備方法。

本發明方法基于殼聚糖在堿尿素溶劑體系呈電中性可以有效避免靜電作用，以殼聚糖和帶負電荷的木質素為原料，以堿/尿素為溶劑體系，納米碳粉和金屬納米粒子作為光熱劑，通過簡單冷凍干燥獲得光熱生物質復合氣凝膠。本發明殼聚糖和木質素都是生物質資源，產量豐富且來源廣泛，制備方法工藝簡單，易于大規模生產應用，納米碳粉和金屬納米粒子具有協同作用，能進一步提升復合材料的光吸收能力，加速水蒸發，提升海水淡化性能，得到的生物質復合氣凝膠具有優異的光熱轉換性能，在太陽能利用、海水淡化等領域具備良好的應用前景。

本申請另一目的在于提供上述方法制得的一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠。

本發明的再一目的在于提供上述一種納米金屬增強光熱效應的生物質基復合氣凝膠的應用。

本發明目的通過以下技術方案實現：