[發(fā)明專利]用于光蒸發(fā)海水脫鹽的異面復(fù)合膜及其制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310441638.8
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116555242A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郭海鮮;包紅亮;趙靜;張淮浩
• 申請（專利權(quán)）人: 揚州大學(xué)
• 主分類號: C12N11/14
• 分類號: C12N11/14;C02F3/34;C02F1/04;C02F1/14;C12N1/14;C02F103/08
• 代理公司: 南京理工大學(xué)專利中心 32203
• 代理人: 劉海霞

本發(fā)明公開了一種用于光蒸發(fā)海水脫鹽的異面復(fù)合膜及其制備方法。所述方法先將霉菌菌絲培育出厚度可控的生物質(zhì)膜，再通過冷凍干燥、碳化處理獲得具有一定韌性的碳膜，之后將碳膜與菌種一起培育，菌絲在碳膜一側(cè)快速生長，使得兩者緊密結(jié)合形成異面膜，最后對碳膜一側(cè)進行疏水處理，獲得異面復(fù)合膜。本發(fā)明的異面復(fù)合膜應(yīng)用于海水的蒸發(fā)過程中，干燥疏水的碳膜作為光熱轉(zhuǎn)換界面，持續(xù)穩(wěn)定的供熱，菌絲膜具有的天然毛細管結(jié)構(gòu)保證了水分快速傳遞至蒸發(fā)界面，并獲得穩(wěn)定的熱轉(zhuǎn)換，同時菌絲膜具有隔熱效果，將阻止熱量流失。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光蒸發(fā)海水脫鹽技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于光蒸發(fā)海水脫鹽的異面復(fù)合膜及其制備方法。

背景技術(shù)

由于人口的快速增長和環(huán)境污染的加劇，水危機成為一個緊迫問題。其中，利用太陽能從海水資源中獲取干凈的淡水資源是當(dāng)下有效的發(fā)展策略之一。太陽能具有綠色可再生等優(yōu)勢，為水蒸發(fā)提供了免費的熱源。同時，水源中的重金屬離子、有機染料等污染物并不能隨著蒸發(fā)而脫離原水樣，因此，太陽能蒸發(fā)脫鹽是獲取清潔淡水資源的有效途徑。自然水蒸發(fā)屬于一種界面機制，僅發(fā)生在空氣-水界面處。但由于水本身是一種弱光吸收劑，導(dǎo)致升溫難度大，實際蒸發(fā)率低。因此，需要在其界面處添加光熱轉(zhuǎn)換材料，提高太陽能轉(zhuǎn)換效率。

隨著納米科技的發(fā)展，越來越多的納米材料被制備出來并具有較高的應(yīng)用潛力。但是，其中大多需要使用較為復(fù)雜的制備工藝和嚴苛的制備條件，如Miao等人(Appl.Therm.Eng.,2019,2,1255-1264)采用相轉(zhuǎn)化法制備了碳納米管膜，Zhao等人(Nat.Nano.,2018,4,489-495)展示了分層納米結(jié)構(gòu)凝膠(HNG)結(jié)構(gòu)以及Zhang等人(ACSNano,2017,11,5087-5093)報道合成了垂直排列的石墨烯薄膜(VA-GSM)用于光蒸發(fā)。

自然界中許多生物在低能耗和無干預(yù)的條件下，自發(fā)的形成了豐富且復(fù)雜的納米結(jié)構(gòu)。這種自下而上的生物自組裝納米技術(shù)可以實現(xiàn)同時構(gòu)筑跨不同維度的結(jié)構(gòu)，從而提供了在單個材料中集成多種功能和屬性的可能性。作為常見的絲狀微生物，霉菌具有生命能力強、極易形成厘米級的長菌絲等優(yōu)勢。在低能耗、低成本的條件下，通過改變生長時間和培養(yǎng)液等條件，可控制菌絲彼此自組裝，從而實現(xiàn)宏觀3D結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種用于光蒸發(fā)海水脫鹽的異面復(fù)合膜及其制備方法。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案是：

用于光蒸發(fā)海水脫鹽的異面復(fù)合膜的制備方法，包括以下步驟：

將霉菌初步培育出白色菌絲后，轉(zhuǎn)移至葡萄糖肉湯培養(yǎng)液中繼續(xù)培養(yǎng)至形成菌絲膜，菌絲膜經(jīng)清洗、冷凍干燥后碳化獲得碳膜，再將碳膜置于生長中的菌絲上，繼續(xù)培育，直至兩者完全結(jié)合形成一面為碳膜一面為菌絲膜的復(fù)合膜，最后對碳膜面噴涂全氟癸基三乙氧基硅烷溶液，干燥，獲得親疏水性相異的異面復(fù)合膜。

進一步地，上述制備方法的具體步驟如下：

(1)在活化液中加入霉菌粉，初步培育出白色菌絲后將白色菌絲轉(zhuǎn)移至葡萄糖肉湯培養(yǎng)液中，繼續(xù)培養(yǎng)至形成菌絲膜；

(2)將菌絲膜取出，清洗，冷凍干燥，在500～700℃下碳化，獲得碳膜；

(3)將碳膜置于已在葡萄糖肉湯培養(yǎng)液中生長的菌絲上，繼續(xù)培育至碳膜的一面均勻生長菌絲膜的復(fù)合膜；

(4)將復(fù)合膜取出，清洗，冷凍干燥，然后對復(fù)合膜的碳膜面噴涂全氟癸基三乙氧基硅烷(FAS)溶液，真空干燥，獲得親疏水性相異的異面復(fù)合膜。

優(yōu)選地，步驟(1)或(3)中，培育條件為：恒溫為28±2℃、相對濕度為60％。

優(yōu)選地，步驟(1)中，初步培育時間為48h，繼續(xù)培養(yǎng)時間為72h。