用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的制备方法技术

技术编号:19212303 阅读:4 留言:0更新日期:2018-10-20 05:37
本发明专利技术提供一种用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的制备方法,所述方法包括:在多孔片状载体上,在氧化剂和溶剂的存在下或者在氧化剂与溶剂形成的溶液存在下,在‑5℃至5℃的温度下使吡咯发生聚合反应,然后干燥,由此形成所需的二维导电高分子太阳光吸收体。根据本发明专利技术的方法制备的二维导电高分子太阳光吸收体,尤其是多层二维导电高分子太阳光吸收体,具有良好的太阳光捕捉能力、卓越的水蒸气蒸发能力以及优秀的稳定性和柔韧性。此外,根据本发明专利技术的方法制备的二维导电高分子太阳光吸收体在海水淡化及污水处理方面具有突出的工业化前景。

【技术实现步骤摘要】
用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的制备方法
本专利技术涉及太阳能水蒸气蒸发
,具体而言,本专利技术提供一种用于高效太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的制备方法。
技术介绍
水是生命之源,是一切生命体赖以生存和发展的基础。虽然地表面积的71%都被水覆盖,但这些主要都是盐水,淡水含量只占到2.5%。而这些淡水主要都以冰川和地下水的形式出现,所有的湖泊,河流和沼泽地加起来只占地球总淡水储量的0.3%。而我国更是一个严重缺水的国家。我国的淡水资源总量为28000亿立方米,占全球水资源的6%,名列世界第四位。但是,我国的人均水资源量只有2300立方米,仅为世界平均水平的1/4,是全球人均水资源最贫乏的国家之一。除了固有的水资源储量不足外,随着人口不断增长和经济快速发展所带来的严重的水资源污染也加剧了我国的水资源匮乏。我国浅层地下水资源污染比较普遍,大约有50%的地区遭到一定程度的污染,约一半城市市区的地下水污染比较严重。在我国面临如此严峻的水资源危机的今天,如何快速有效的进行海水淡化以及污水处理是目前亟需解决的问题。另一方面,太阳能作为新型清洁能源而引起越来越多的关注。相比于传统的化石能源,因其具有储备量大,无污染等优点,而被广泛应用于太阳能发电,太阳能热水器以及太阳能海水淡化。传统的太阳能海水淡化是通过直接加热大块水体来驱动海水发生相变过程,即产生蒸发与冷凝。然而该过程不仅存在着大量的能量损失,而且加热未参与相变的海水也导致了能量浪费,导致这种太阳能海水淡化的蒸发效率一直都偏低,远远不能满足人们的需求。为了减少能量损失并提高蒸发效率,人们开始对界面太阳能水蒸气蒸发进行探索。界面太阳能水蒸气蒸发通过漂浮在水面上的,能够有效实现局部的太阳光捕捉。这使得太阳能加热只发生在水体表面,不仅大大减少了体系的能量损失,同时避免了加热大块水体,使蒸发效率保持在非常高的水平。英国《自然·通讯》(NatureCommunications,2015年第5卷第4449页)报道了使用剥离石墨和碳泡沫双层结构的,实现了在1000W/m2(即太阳光到达地球表面的功率)的光强下64%的蒸发效率,以及10000W/m2的光强下85%的蒸发效率,比起传统的太阳能海水淡化的蒸发效率有着巨大的提高。现在已报道的太阳能水蒸气蒸发的可以根据使用材料分为两大类别,一类是通过将碳材料诸如氧化石墨烯,还原氧化石墨烯,碳纳米管等制成气凝胶得到。这类制作工艺复杂,难以大规模应用。另一类是将金属纳米粒子比如金,铝,钯等通过物理气相沉积到多孔载体上得到。这类因使用贵金属而导致成本高昂,而且其自身的柔韧性很差,很难实现大规模商业化使用。另一方面,二维材料因其优秀的物理性质和光学性质而越来越被广泛应用在各个领域,并展现出了优秀的光学吸收和光热转换性能。因而,将传统的三维材料二维化成为解决时下诸多问题有效的手段。因此,开发出一种制备具有高太阳能水蒸气蒸发性能且低成本的二维材料的方法具有重要的意义。
技术实现思路
从以上阐述的技术问题出发,本专利技术的目的是提供一种利用廉价且来源广泛的原料来制备用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的方法。本专利技术人经过深入细致的研究,完成了本专利技术。在本专利技术的一个方面,提供了一种制备用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的制备方法,所述方法包括:在多孔片状载体上,在氧化剂和溶剂存在下或者在氧化剂与溶剂形成的溶液存在下,在-5℃至5℃的温度下使吡咯发生聚合反应,然后干燥,由此形成所需的二维导电高分子太阳光吸收体。根据本专利技术的某些优选实施方案,通过将所述氧化剂和溶剂或所述氧化剂与溶剂形成的溶液加载到所述多孔片状载体上,然后再将吡咯滴加到所述多孔片状载体上来进行所述聚合反应。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述氧化剂选自过硫酸铵和氯化铁中的一种或多种。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述溶剂选自水、盐酸和硫酸中的一种或多种。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述多孔片状载体选自纸基片材、纺织物片材、无纺织物片材和多孔聚合物片材中的一种或多种。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述纸基片材是无尘纸、纯棉纸巾和定性滤纸中的一种或多种。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述聚合反应进行1-5分钟。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述方法还包括以所获得的二维导电高分子太阳光吸收体为基底,并且在所述基底上,将所述聚合反应和烘干的步骤重复进行一次或多次,由此获得多层二维导电高分子太阳光吸收体。根据本专利技术的某些优选实施方案,所述多层二维导电高分子太阳光吸收体为2-9层。与本领域中的现有技术相比,本专利技术的优点在于:1.根据本专利技术的二维导电高分子太阳光吸收体制备方法简单,原材料来源广、安全且廉价,适合大规模生产。2.根据本专利技术的二维导电高分子太阳光吸收体太阳光吸收效率可达到95%,在1000W/m2的光强下73.4%的蒸发效率,相较于传统球状导电高分子在诸如光学吸收和光热转换性能方面有巨大提升。3.根据本专利技术的结构层数可调控的多层二维导电高分子太阳光吸收体有着随层数变化的蒸发效率,例如在四层二维导电高分子太阳光吸收体时,可高达90.2%。4.根据本专利技术的结构层数可调控的多层二维导电高分子太阳光吸收体具有优异的稳定性和柔韧性,例如在经过1000次的弯折和揉捏后仍能保持良好的蒸发效率。5.相对于传统的膜分离或蒸馏过程,根据本专利技术的方法制备的多层二维导电高分子太阳光吸收体还在海水淡化及污水处理方面具有明显更优异的海水淡化和去污净水的效果。附图说明图1a显示了根据本专利技术的实施例1-5制备的单层或多层二维导电高分子太阳光吸收体在地表太阳辐射光谱范围内(295-2500nm)的光透过率的曲线图,其中单独的无尘纸作为对照(即聚吡咯高分子层数为0);图1b显示了根据本专利技术的实施例1-5制备的单层或多层二维导电高分子太阳光吸收体在地表太阳辐射光谱范围内(295-2500nm)的光反射率的曲线图,其中单独的无尘纸作为对照(即聚吡咯高分子层数为0);图2a显示了根据本专利技术的实施例1-5制备的单层或多层二维导电高分子太阳光吸收体在测试水蒸汽蒸发实验中在1小时内在1000W/m2太阳光照射下的温度升高的曲线图,其中单独的无尘纸作为对照(即聚吡咯高分子层数为0);图2b显示了根据本专利技术的实施例1-5制备的单层或多层二维导电高分子太阳光吸收体在测试水蒸汽蒸发实验中在1小时内在1000W/m2太阳光照射下的水蒸发速率以及相应水蒸发效率的曲线图,其中单独的无尘纸作为对照(即聚吡咯高分子层数为0);图3a显示了根据本专利技术的实施例3制备的4层二维导电高分子太阳光吸收体在测试柔韧性实验中进行弯折和揉捏并释放的过程示意图;图3b显示了根据本专利技术的实施例3制备的4层二维导电高分子太阳光吸收体在进行0至1000次弯折和释放后的温度升高和水蒸发量变化结果的曲线图;图3c显示了根据本专利技术的实施例3制备的4层二维导电高分子太阳光吸收体在进行0至1000次揉捏和释放后的温度升高和水蒸发量变化结果的曲线图;图4a显示了在测试海水淡化实验中利用本专利技术的实施例3制备的4层二维导电高分子太阳光吸收体在对海水进行淡化前后的海水中主要离子(即Na+、Ca2+、Mg2+、K+和B3+)浓度的变化的柱状本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种制备用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的方法,所述方法包括:在多孔片状载体上,在氧化剂和溶剂存在下或者在氧化剂与溶剂形成的溶液存在下,在‑5℃至5℃的温度下使吡咯发生聚合反应,然后干燥,由此形成所需的二维导电高分子太阳光吸收体。

【技术特征摘要】
1.一种制备用于太阳能水蒸气蒸发的二维导电高分子太阳光吸收体的方法,所述方法包括:在多孔片状载体上,在氧化剂和溶剂存在下或者在氧化剂与溶剂形成的溶液存在下,在-5℃至5℃的温度下使吡咯发生聚合反应,然后干燥,由此形成所需的二维导电高分子太阳光吸收体。2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过将所述氧化剂和溶剂或所述氧化剂与溶剂形成的溶液加载到所述多孔片状载体上,然后再将吡咯滴加到所述多孔片状载体上来进行所述聚合反应。3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述氧化剂选自过硫酸铵和氯化铁中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述溶剂选自水、盐酸和硫酸中的一种或多...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐航勋王绪
申请(专利权)人:中国科学技术大学
类型:发明
国别省市:安徽,34

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