石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。该制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到大规模氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。该石墨烯太阳能水清洁泡沫的制备方法简单，该石墨烯太阳能水清洁泡沫可以利用太阳光辐射将污水中的水分蒸发，制备得到的水符合饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％、细菌去除率不低于99.9％。

Graphene solar water clean foam and preparation method and use thereof

The invention discloses a graphene solar water clean foam and a preparation method and application thereof. The methods for preparing the clean foam of the graphene solar water include: (1) the graphite powder is oxidized and stripped to get the aqueous solution of graphene oxide; (2) the aqueous solution of the graphene oxide is mixed with the low solidifying point solvent to get the mixed solution; (3) the mixed solution is freeze-dried to obtain the solution. Large scale graphene oxide foam is used; and (4) the graphene oxide foam is reduced to obtain the graphene solar water clean foam. The preparation method of the clean foam of the graphene solar water is simple. The clean foam of the graphene solar water can evaporate the water in the sewage by solar radiation. The prepared water is in accordance with the standard of drinking water. The removal rate of ion is not less than 99.5%, and the removal rate of bacteria is not lower than 99.9%.

【技术实现步骤摘要】
石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途
本专利技术涉及功能材料领域，具体而言，本专利技术涉及石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。
技术介绍
太阳能作为清洁能源在作物生长、能量转化以及人类生产生活中发挥着不可替代的作用，对太阳能的利用具有重大的社会经济价值。特别是利用太阳能在材料上转化为热量，能够极大的加速水分的蒸发，实现从海水等水体中获得淡水资源。目前此类材料有，金属复合膜、高分子复合膜、以及多种不同材料的组合材料等。而这些材料体积密度大，使得其单位质量材料的水清洁能力不足，并且在一些特殊环境(例如酸性、碱性、有机物、重金属污水等)中容易收到破坏。石墨烯是一种单原子厚度二维平面结构材料，其具有高的比表面积、优异的电导率、稳定的结构以及良好的光热作用，被广泛应用在能源存储与转化、传感器件等，表现出了巨大的潜在应用价值。然而，石墨烯在污水净化处理方面的应用仍有待进一步研究。
技术实现思路
本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的一个目的在于提出石墨烯太阳能水清洁泡沫及其制备方法和用途。该石墨烯太阳能水清洁泡沫的制备方法简单，该石墨烯太阳能水清洁泡沫可以利用太阳光辐射将污水中的水分蒸发，制备得到的水符合饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％、细菌去除率不低于99.9％。在本专利技术的第一方面，本专利技术提出了一种制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法。根据本专利技术的实施例，该方法包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。由此，根据本专利技术实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫，在全波段太阳光谱(250–2500nm)的吸收率不低于99％，具有更高的光热转化效率和更低的热导率，能够更好地将太阳光辐射能转化为热量，进而将该石墨烯太阳能水清洁泡沫应用在污水净化处理中，制备得到的水能够达到世界卫生组织和美国环境保护署规定的饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％，细菌去除率不低于99.9％。同时，该制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法简单易行，合成技术成熟，可大批量生产。另外，根据本专利技术上述实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，步骤(1)中，所述石墨粉的粒径为800～12000目，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为2～20mg·mL-1。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂为选自甲醇、乙醇、丙醇和丙酮中的至少之一。在本专利技术的一些实施例中，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂与所述氧化石墨烯水溶液的体积比为1:(50～200)。在本专利技术的一些实施例中，步骤(3)中，所述冷冻干燥处理进一步包括：将所述混合溶液冷冻成块后，置于冷冻干燥机中冷冻干燥12～72h。在本专利技术的一些实施例中，步骤(4)中，所述还原处理可以采用高温加热还原法、激光照射还原法或还原性试剂熏蒸还原法。在本专利技术的一些实施例中，所述高温加热还原法包括：将所述氧化石墨烯泡沫在惰性气体氛围下，在200～1000℃下退火处理2～4h。在本专利技术的一些实施例中，所述激光照射还原法包括：采用功率不低于1W的激光器照射所述氧化石墨烯泡沫1～5s。在本专利技术的一些实施例中，所述还原性试剂熏蒸还原法包括：将水合肼、氢碘酸或维生素C溶液加热至80～95℃，以便得到还原性蒸汽，利用所述还原性蒸汽将所述氧化石墨烯泡沫熏蒸1～3h。在本专利技术的第二方面，本专利技术提出了一种石墨烯太阳能水清洁泡沫。根据本专利技术的实施例，该石墨烯太阳能水清洁泡沫是采用上述实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法制备得到的。根据本专利技术实施例的石墨烯太阳能水清洁泡沫，在全波段太阳光谱的吸收率不低于98％，具有更高的光热转化效率和更低的热导率，能够更好地将太阳光辐射能转化为热量，进而将该石墨烯太阳能水清洁泡沫应用在污水净化处理中，在1～10个太阳光辐射下，能够将水以蒸汽的形式提纯，水蒸发量为1.55～1.80kg·m-2·h-1，单位质量的石墨烯太阳能水清洁泡沫水的制备量为1.0～2.7kg·m-2·h-1·g-1，制备得到的水能够达到世界卫生组织和美国环境保护署规定的饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％，细菌去除率不低于99.9％。同时，该石墨烯太阳能水清洁泡沫的制备方法简单易行，合成技术成熟，可大批量生产。另外，根据本专利技术上述实施例的石墨烯太阳能水清洁泡沫还可以具有如下附加的技术特征：在本专利技术的一些实施例中，所述石墨烯太阳能水清洁泡沫的密度为1～30mg·cm-3，热导率为0.0075～0.4625W·m-1·K-1，吸光率不低于99％，光热转化效率不低于90.2％。在本专利技术的第三方面，本专利技术提出了上述实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫或上述实施例的石墨烯太阳能水清洁泡沫在污水净化处理中的用途。根据本专利技术实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫，或者根据本专利技术实施例的石墨烯太阳能水清洁泡沫，在全波段太阳光谱的吸收率(250–2500nm)不低于99％，具有更高的光热转化效率和更低的热导率，能够更好地将太阳光辐射能转化为热量，进而将上述石墨烯太阳能水清洁泡沫应用在污水净化处理中，制备得到的水能够达到世界卫生组织和美国环境保护署规定的饮用水标准，其中离子去除率不低于99.5％，细菌去除率不低于99.9％。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术一个实施例的制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法流程示意图；图2是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫照片；图3是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫的扫描电子显微镜(SEM)图；图4是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫在太阳光全光谱的吸收光谱图；图5是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫在强度为1kW·m-2下的太阳能水蒸发速率曲线图；图6是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫进行太阳能海水清洁后所得清洁水中五种离子的离子去除率图；图7是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫用于酸溶液太阳能水清洁后所得清洁水中H+离子去除率图；图8是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫用于碱溶液太阳能水清洁后所得水中OH-离子去除率图；图9是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫用于重金属溶液太阳能水清洁后所得水中离子去除率图；图10是对比例制备得到的石墨烯泡沫1单元SEM照片；图11是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫单元SEM照片；图12是对比例制备得到的石墨烯泡沫1的SEM照片；图13是本专利技术实施例1制备得到的石墨烯太阳能水清洁泡沫和对比例制备得到的石墨烯泡沫1在强度为1kW·m-2下的太阳能水蒸发速率曲线图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法，其特征在于，包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。

【技术特征摘要】
1.一种制备石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法，其特征在于，包括：(1)将石墨粉进行氧化剥离处理，以便得到氧化石墨烯水溶液；(2)将所述氧化石墨烯水溶液与低凝固点溶剂混合，以便得到混合溶液；(3)将所述混合溶液进行冷冻干燥处理，以便得到氧化石墨烯泡沫；以及(4)将所述氧化石墨烯泡沫进行还原处理，以便得到所述石墨烯太阳能水清洁泡沫。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述石墨粉的粒径为800～12000目，所述氧化石墨烯水溶液的浓度为2～20mg·mL-1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂为选自甲醇、乙醇、丙醇和丙酮中的至少之一。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述低凝固点溶剂与所述氧化石墨烯水溶液的体积比为1:(50～200)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述冷冻干燥处理进一步包括：将所述混合溶液冷冻成块后，置于冷冻干燥机中冷冻干燥12～72h。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，所述还原处理可...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲良体，程虎虎，张盼盼，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11