一种高效光热蒸发材料及其制备方法
技术领域
本发明属于光热材料工程
技术领域
，涉及一种高效光热蒸发材料及其制备方法。背景技术
淡水资源短缺是全球亟待解决的一大问题，利用可持续能源生产淡水是一个极具潜力的发展方向。太阳能是一种丰富、清洁的可再生能源，在海水淡化、废水处理及产能领域应用广泛。因此，利用太阳光驱动的水蒸发技术进行海水淡化被认为是生产淡水的一种经济有效的方式。传统的太阳能海水淡化技术如蒸馏法、电渗析法、反渗透法、离子交换法等均取得了一定的成就，但由于它们仍具有设备成本高、太阳能利用效率较低的缺点，限制了传统太阳能海水淡化装置的推广应用。界面蒸发技术作为新型太阳能蒸汽产生技术的一种，具有设备简单、成本低廉、高效利用太阳光的优点，相对于传统太阳能海水淡化技术展现出很大的经济优势。光热蒸发材料作为界面蒸发技术的核心组成部分，吸引学者们不断对其进行优化设计。因此，亟需开发一种制备工艺简单、成本低、可规模化生产的高效光热蒸发材料。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明提供了一种高效光热蒸发材料及其制备方法。选用具有准定向纤维结构的醋酸纤维素基烟头滤嘴作为基体材料，可以同时起到降低生产成本，降低热传导损失和促进水分向蒸发表面的水传输的作用；通过PVA的引入使光热材料牢固的负载在基体上，改善了光热蒸发材料的稳定性和耐水性。本发明制备工艺简单，绿色环保，成本低廉，可规模化制备。
本发明公开了一种高效光热蒸发材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）配制粘接剂溶液；
（2）将所述的粘接剂负载到具有准定向纤维结构的三维基体上，在基体上形成粘接层；
（3）在所述的粘接层上负载光热材料，得到所述的高效光热蒸发材料。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（1）中，选用PVA水溶液作为粘接剂，所述PVA溶液制备方法为：将PVA加入到水中，在80~100℃的水浴温度下恒温搅拌至溶解。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（1）中，所述的PVA分子量范围为10000-1000000，所述PVA水溶液浓度为1~5mg/mL。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（2）中，所述在基体上形成粘接层的制备方法为：将基体浸渍到所述PVA粘接剂溶液中10~60s，取出并转移到50℃~70℃的烘箱中干燥处理3~8h，以在基体材料上形成粘接层。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（2）中，所述的准定向纤维结构的三维基体采用醋酸纤维素基烟头滤嘴。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（3）中，所述在所述粘接层上负载光热材料，得到所述的高效光热蒸发材料，包括：配制光热材料水分散液，在所述粘接层上涂覆所述光热材料水分散液10~60s，经50℃~70℃的烘箱干燥3~12h，得到所述的高效光热蒸发材料。
在本发明的优选的实施方案中，步骤（3）中，所述光热材料选用MXene Ti3C2纳米片、氧化石墨烯纳米片、二硫化钼纳米片中的一种，所述光热材料水分散液的浓度为1~50mg/mL。
一种高效光热蒸发材料，采用上述高效光热蒸发材料的制备方法制得。
本发明的有益效果在于：
（1）本发明制备的高效光热蒸发材料具有连通的三维孔道结构，有利于蒸发过程中水分的输送，丰富的孔道结构有利于太阳光的吸收，实现高效的光热蒸发性能。
（2）本发明制备方法简单、操作简便，原料易得、成本低廉，制备过程绿色环保，可规模化制备。
附图说明
以下结合附图对本发明作进一步说明，附图仅对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。
图1为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料的扫描电子显微镜图片；
图2为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料水接触角图；
图3是实施例1得到的一种高效光热蒸发材料的紫外-可见-近红外光谱图，其中图3a为反射率，图3b为透过率；
图4为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料在一个太阳光强度(1kW/m2)下的蒸发速率曲线。
具体实施方式
以下，结合附图将对本发明的较佳实施方式作出详细的说明，显然，所描述的实施例是本发明的部分而非全部实施例。应当指出，本领域的相关技术人员可以容易地理解本发明的设计原理，因此在未经创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都是本发明所保护的范围。
实施例1
本发明的实施方式提供了一种高效光热蒸发材料的制备方法。所述方法包括如下步骤：
（1）称取300mg PVA粉末颗粒，加入到100mL的水中，在80℃的水浴温度下恒温搅拌1h；
（2）将醋酸纤维素基烟头滤嘴在步骤（1）中得到的PVA溶液中浸渍30s后取出，随后转移到60℃的烘箱中干燥处理3h；
（3）将步骤（2）中得到的烟头滤嘴在5mg/mL的MXene Ti3C2水分散液中浸渍30s后取出，转移至60℃的烘箱中干燥处理12h。
图1为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料的扫描电子显微镜图片。从图1可以看出，本实施例得到的高效光热蒸发材料表面出现了大小不一的孔道，为水分的输送和蒸汽的逸出提供了良好的途径。
图2为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料水接触角图。从图2可以看出，本实施例得到的高效光热蒸发材料具有优异的亲水性能，能够在蒸发过程中实现充足的水分供给。
图3是实施例1得到的一种高效光热蒸发材料的紫外-可见-近红外光谱图，其中图3a为反射率，图3b为透过率。从图3可以看出，本实施例得到的高效光热蒸发材料在广泛的太阳光谱范围内表现出很低的反射率和透射率，计算得到吸收率高达95%。
图4为实施例1得到的一种高效光热蒸发材料在一个太阳光强度(1kW/m2)下的蒸发速率曲线。从图4可以看出，本实施例得到的高效光热蒸发材料实现了高达3.10kg m-2 h-1的蒸发速率。
实施例2
本发明的实施方式提供了一种高效光热蒸发材料的制备方法。所述方法包括如下步骤：
（1）称取200mg PVA粉末颗粒，加入到100mL的水中，在90℃的水浴温度下恒温搅拌2h；
（2）将醋酸纤维素基烟头滤嘴在步骤（1）中得到的PVA溶液中浸渍60s后取出，随后转移到50℃的烘箱中干燥处理5h；
（3）将步骤（2）中得到的烟头滤嘴在3mg/mL的氧化石墨烯水分散液中浸渍60s后取出，转移至50℃的烘箱中干燥处理12h。
实施例3
本发明的实施方式提供了一种高效光热蒸发材料的制备方法。所述方法包括如下步骤：
（1）称取100mg PVA粉末颗粒，加入到100mL的水中，在80℃的水浴温度下恒温搅拌1h；
（2）将醋酸纤维素基烟头滤嘴在步骤（1）中得到的PVA溶液中浸渍40s后取出，随后转移到70℃的烘箱中干燥处理3h；
（3）将步骤（2）中得到的烟头滤嘴在6mg/mL的二硫化钼水分散液中浸渍40s后取出，转移至70℃的烘箱中干燥处理8h。
上文对本发明进行了示例性的描述，但本发明并不仅限于此，对于对本领域知识有一定掌握的人员，可以容易地实现各种变型和改进。因此凡未脱离本发明的制备思路和原理的前提下做的改进或修改，均在本发明的保护范围内。
