一种含金属纳米钛粉的PVDF膜、其制备方法及用途技术

本发明专利技术公开了一种含金属纳米钛粉的PVDF膜、其制备方法及用途，该制备方法包括以下步骤：步骤1：采用PVDF粉末制备PVDF有机溶液；步骤2：在PVDF有机溶液中添加金属纳米钛粉，并混合均匀；步骤3：将上述溶液均匀涂抹在平板玻璃表面上，形成一层薄膜；步骤4：将步骤3中涂有薄膜的平板玻璃放置在水中浸泡一段时间后，将薄膜取出并烘干，从而制得含金属纳米钛粉的PVDF膜。本发明专利技术所提出的含金属纳米钛粉末的PVDF膜的制备方法具有低成本、制备流程简单、光热转换效果强等优点，使得本发明专利技术适合在淡化海水、海水脱盐的领域内得到广阔的应用。

【技术实现步骤摘要】
一种含金属纳米钛粉的PVDF膜、其制备方法及用途
本专利技术涉及膜制备
，具体涉及一种含金属纳米钛粉的聚偏氟乙烯(PolyvinylideneFluoride，PVDF)膜、其制备方法及用途。
技术介绍
随着全球人口的不断增加、人类生活水平的逐步提高以及世界工业水平的快速发展，淡水资源的极度短缺影响着全球经济的发展和人类文明的进步。近年来工业蓬勃发展，人类对于淡水资源无节制的使用以及工业、生活废水的随意排放等问题，使得本来就极不平衡的淡水资源供需问题显得更加迫切。随着淡水资源的日渐枯竭，为满足人类对于淡水的需求，对海水(苦咸水)进行脱盐从而获得淡水的方法就成为解决淡水紧缺的重要解决方法，因而海水淡化技术的发展与应用就具有重大的战略意义和发展前景。海水淡化(海水脱盐)，是指将海水里面的有机/无机物质、溶解性金属盐、细菌和病毒以及各种杂质分离出来从而获得淡水的技术和过程。当下，海水淡化技术通常分为热法(蒸馏法)、薄膜法和化学生产法三大类，其中常用的方法是低多效蒸馏法、多级闪蒸法和反渗透薄膜法。其中，薄膜蒸馏技术具有操作温度低、设备要求低、理论上100％截留不挥发性组分等优点，是一种新型的将热能作为动力从而驱动溶液分离的物理过程，其原理是以具有疏水性表面的多孔薄膜充当媒介，当多孔薄膜两侧的蒸汽压形成一定压力差时，薄膜温度较高一侧的溶液中的挥发性组分就会以蒸汽分子的形式穿过多孔薄膜表面的微孔，然后在温度较低的一侧冷凝，从而实现液液分离的目的。太阳能(solarenergy)，顾名思义是指太阳的热辐射能(太阳以电磁波的形式向宇宙辐射的能量)。太阳光为人类提供了足够的可再生能源,有潜能转化为热能，并用于蒸汽生成、住宅供热、海水淡化、污水处理。但很可惜，由于当前技术与仪器的限制，人类当前对于太阳能的利用不足35％。所以在近些年，科研人员开始将工作重心逐渐放在了开发太阳能与探索低廉高效光热材料的领域。近几年来，科学家们逐渐将研究重心转移到通过光热转换效应来实现光蒸发水的相关领域中，例如：美国圣母大学可持续能源中心的TengfeiLuo教授课题组(ACSNano,2017,11,5510-5518)成功制备了功能化的石墨烯材料；上海交通大学邓涛课题组(AdvancedMaterials,2015,27,2768-2774)成功制备了含金复合纸薄膜(PGF)，将传统的薄膜蒸馏技术与光热转换结合在一起，利用吸收的太阳能，将其转换为热能，从而实现光蒸发水，淡化海水。但是石墨烯、贵金属(金、银)等价格昂贵，大大限制了其在海水淡化领域的应用，因此寻找一种成本低廉、具有较高水蒸发效率的光吸收材料，并将其应用于光吸收器的制备就成为当下科研人员需要去面对的一种挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种含金属纳米钛粉的PVDF膜、其制备方法及用途，通过将薄膜蒸馏技术和金属纳米钛粉的局域表面等离子共振效应的结合，实现光能与热能的转换，从而利用该PVDF复合膜实现低能耗、高效率、绿色环保的光蒸发水，从而达到淡化海水的目的，在一定的程度上有效地解决了淡水资源短缺的问题。为达到上述目的，本专利技术提供了一种含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其包括以下步骤：步骤1：采用PVDF粉末制备PVDF有机溶液；步骤2：在PVDF有机溶液中添加金属纳米钛粉，并混合均匀；步骤3：将上述溶液均匀涂抹在平板玻璃表面上，形成一层薄膜；步骤4：将步骤3中涂有薄膜的平板玻璃放置在水中浸泡一段时间后，将薄膜取出并烘干，从而制得含金属纳米钛粉的PVDF膜(Ti/PVDF膜)。上述的含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其中，步骤1中，采用PVDF制备PVDF有机溶液的具体方法为：将PVDF粉末溶解于有机溶剂中并搅拌混合均匀。上述的含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其中，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。本专利技术还提供了一种含金属纳米钛粉的PVDF膜，其中，所述含金属纳米钛粉的PVDF膜使用上述的方法制成；并且，所述含金属纳米钛粉的PVDF膜用于海水淡化。上述的含金属纳米钛粉的PVDF膜，其中，所述含金属纳米钛粉的PVDF膜的厚度为50-500μm。上述的含金属纳米钛粉的PVDF膜，其中，以重量百分数计，所述含金属纳米钛粉的PVDF膜中金属纳米钛粉的含量范围为14～65％。本专利技术还提供了一种海水淡化方法，其中，所述方法使用上述的含金属纳米钛粉的PVDF膜，并包括以下步骤：将含金属纳米钛粉的PVDF膜覆盖在海水表面，使用太阳光照射含金属纳米钛粉的PVDF膜，盐类物质被截留在含金属纳米钛粉的PVDF膜的一侧，受热的水分以水蒸汽的形式从含金属纳米钛粉的PVDF膜的孔隙中挥发出去，从而实现淡化海水。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：金属纳米钛粉颗粒表面的局域表面等离子共振效应以及纳米尺寸的钛粉本身的特性，使其能够在紫外区、可见光区以及近红外区具有很好的光吸收效应。因此，将金属纳米钛粉与PVDF膜复合，使制备出的含金属纳米钛粉末的PVDF膜能够将吸收的太阳能转变为热能，使得海水受热蒸发，从而实现光蒸发水，进而实现海水淡化。本专利技术提供的含金属纳米钛粉末的PVDF膜，通过利用简便的流程将金属纳米钛粉末与PVDF膜相结合，使得复合后的含金属纳米钛粉末的PVDF膜能够充分吸收太阳光辐射，并将光能充分转换为热能，从而节约了淡化海水所需成本与能源的消耗，提高了对环境的保护性，对海水淡化的工艺与流程进行了一定的简化。同时，本专利技术的含金属纳米钛粉末的PVDF膜制备工艺相较于传统工艺简便许多，降低了海水淡化工艺对仪器设备的要求，并且成本低廉、环保性能高，适合在光蒸发水、淡化海水领域内得到应用。附图说明图1为纯PVDF膜的实物照片；图2为本专利技术制备出的含金属纳米钛粉的PVDF膜的实物照片；图3为含金属纳米钛粉的PVDF膜的光学显微镜照片；图4为含10mg金属纳米钛粉的PVDF膜的SEM照片；图5为本专利技术所添加使用的金属纳米钛粉的SEM的照片；图6为图5的局部放大示意图；图7为本专利技术所添加使用的金属纳米钛粉水溶液的紫外可见吸光光谱；图8为本专利技术实施例1-6制备的含金属纳米钛粉的PVDF膜的光蒸发水性能折线图；图9为本专利技术实施例1-6制备的含金属纳米钛粉的PVDF膜的光蒸发水性能柱状图；图10为本专利技术实施例1-6制备的含金属纳米钛粉的PVDF膜的光蒸发水实验的水蒸发速率与水蒸发效率图；图11为在相同太阳光(1Sun)辐射下本专利技术实施例5制备的含金属纳米钛粉的PVDF膜与10mg金属纳米钛粉水溶液的光蒸发水性能折线图；图12为在相同太阳光(1Sun)辐射下本专利技术实施例5制备的含金属纳米钛粉的PVDF膜与10mg金属纳米钛粉水溶液的光蒸发水性能柱状图；图13为在相同太阳光(1Sun)辐射下本专利技术实施例5制备的10mg-Ti/PVDF膜与10mg金属纳米钛粉水溶液的光蒸发水性能实验的水蒸发速率与水蒸发效率图；图14为在不同太阳光强度辐射下本专利技术实施例5制备的10mg-Ti/PVDF膜的光蒸发水性能实验的水蒸发速率与水蒸发效率图。具体实施方式以下结合附图通过具体实施例对本专利技术作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本专利技术，并不是对本专利技术保护范围的限制。本专利技术提供了一种含金属纳米本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用PVDF粉末制备PVDF有机溶液；步骤2：在PVDF有机溶液中添加金属纳米钛粉，并混合均匀；步骤3：将上述溶液均匀涂抹在平板玻璃表面上，形成一层薄膜；步骤4：将步骤3中涂有薄膜的平板玻璃放置在水中浸泡一段时间后，将薄膜取出并烘干，从而制得含金属纳米钛粉的PVDF膜。

【技术特征摘要】
1.一种含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：采用PVDF粉末制备PVDF有机溶液；步骤2：在PVDF有机溶液中添加金属纳米钛粉，并混合均匀；步骤3：将上述溶液均匀涂抹在平板玻璃表面上，形成一层薄膜；步骤4：将步骤3中涂有薄膜的平板玻璃放置在水中浸泡一段时间后，将薄膜取出并烘干，从而制得含金属纳米钛粉的PVDF膜。2.如权利要求1所述的含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其特征在于，步骤1中，采用PVDF制备PVDF有机溶液的具体方法为：将PVDF粉末溶解于有机溶剂中并搅拌混合均匀。3.如权利要求2所述的含金属纳米钛粉的PVDF膜的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺或N-甲基吡咯烷酮。4.一种含金属纳米钛粉的PVDF膜，其特征在于，所述含金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹胜佳，张玉良，陶富军，尹宽，王斌斌，李丽，
申请(专利权)人：上海海事大学，
类型：发明
国别省市：上海,31