一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用技术

本申请公开了一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用，特别涉及光热转换过程，并将光热转化过程应用于海水脱盐，属于太阳能综合利用领域。本申请选取TiO2和铝粉作为原材料，通过混合碰撞作用使得两者反应得到高效吸收太阳光的材料，并且制备的材料的太阳光吸收效率能达90％以上，所制备的自漂浮的多孔薄膜脱盐效率达77％以上，被脱盐的海水盐度急剧降低。

Aluminum titanium oxide solar light absorbing material, preparation method and application thereof

The application discloses an aluminum titanium oxide solar absorption material, a preparation method and application thereof, in particular relating to a photothermal conversion process, and applying the photothermal conversion process to desalination of seawater, belonging to the field of comprehensive utilization of solar energy. In this paper, titanium dioxide and aluminium powder are selected as raw materials, and the material can absorb sunlight efficiently by mixing collision. The solar absorption efficiency of the prepared material can reach more than 90%, the desalination efficiency of the self-floating porous film can reach more than 77%, and the salinity of the desalinated seawater can be reduced sharply.

【技术实现步骤摘要】
一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用
本申请涉及一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用，特别涉及光热转换过程，并将光热转化过程应用于海水脱盐，属于太阳能综合利用领域。
技术介绍
太阳能辐照毫无疑问是世界上一个清洁、取之不尽和可持续利用的能源，但如何高效获取和转换太阳能仍然是面临的一个主要问题。目前，已经开发了多种方法来收获和转换太阳能，包括光伏，人工光合作用和光热转换。通常情况下，光热转换是直接或间接获取太阳能的有效形式。在许多情况下，光热转换引起水蒸发更是太阳能重要的应用之一。如今，因人口增长、工业污染和气候变化造成的淡水稀缺已成为许多国家的严重问题。满足日益增长的淡水需求的解决方案是海水淡化和废水再利用。目前，商用的海水淡化技术是多级闪蒸(MSF)脱盐和反渗透脱盐(RO)工艺(Desalination,2008.221(1-3):p.47-69.)。相比之下，RO过程消耗的电能比MSF过程少，可以产生更多的淡水，RO过程将有更大的发展。然而，RO过程还有一些不足和限制，首先需要大量的电力，从而排放更多的温室气体，其次对海洋生物的生存也构成威胁，而且也难以应用到偏远的农村。由上所述，将光热效应应用于海水脱盐成为一个新型的节能环保的脱盐技术。一般来说，用于光热脱盐工艺理想的光热材料应具有以下特点：1)它们必须具有在太阳光谱(250-2500nm)的全范围内具有高效的吸收光的能力，2)它们必须有低的红外(IR)辐射能力，即通过对流和辐射向环境辐射热量的能力弱，确保最大的光热转换效率，3)原料储量丰富，无毒，易于获得，而且制备工艺要简单，经济，环保，可实现大规模生产。目前，有许多研究专注于光热海水脱盐，并有效的提升了光热海水脱盐效率。如有研究报道利用多孔阳极氧化铝(AAO)模板物理气相沉积铝纳米颗粒作为光热薄膜，可实现1个太阳光下(1000W·m-2)蒸发效率可达58％，海水样品盐度可降低4个数量级(NaturePhotonics,2016.10(6):p.393-398.)。另有研究通过还原TiO2制备黑色钛氧化物用于光热海水脱盐，其效率可达70.9％，可使得海水盐度显著降低(ACSAppl.Mater.Interfaces,2016.8(46):p.31716-31721.)。很多研究通过金属(如镁和铝)热还原TiO2制备黑色二氧化钛，来提升TiO2的光吸收性能并将其用于光热海水脱盐领域。但后续的酸处理过程只留下黑色TiO2成分，其余被酸移除的成分则既未被充分利用，同时造成环境污染。除此之外，新型的碳材料和贵金属应用到光热海水脱盐领域，脱盐效率得到有效的提升(Nat.Commun.,2014.5:p.4449.Sci.Adv.,2016.2(4):p.e1501227.)。然而，从规模化生产角度目前的许多研究还存在诸如，原料昂贵，制备工艺复杂且成本高昂和环境不友好等方面的制约而难以商业化。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种铝钛氧化物太阳光吸收材料，该材料可高效吸收太阳光和高效光热转化率。所述铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于，由含有铝和TiO2的原料制备得到；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料中Al元素摩尔数与(Al元素与Ti元素摩尔数之和)的比值为：Al/(Al+Ti)＝0.05～0.95：1。优选地，所述铝钛氧化物太阳光吸收材料中Al元素摩尔数与(Al元素与Ti元素摩尔数之和)的比值为：Al/(Al+Ti)＝0.1～0.9：1。优选地，当太阳光密度为1000W·m-2，所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的光热脱盐效率≥75％；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的太阳光吸收效率≥90％。根据本申请的另一个方面，提供了一种铝钛氧化物太阳光吸收材料的制备方法，该方法的原材料廉价，方法简易、环保。所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的制备方法，其特征在于，将含有铝和TiO2的原料通过碰撞反应制备得到。优选地，至少包括以下步骤：将含有铝粉和TiO2粉的原料研磨不少于1小时，即得所述铝钛氧化物太阳光吸收材料。优选地，所述含有铝粉和TiO2粉的原料研磨时间为1～20h。优选地，所述研磨的方式为在球磨机中球磨；所述球磨的参数为：筒体转速为100～600r/min；球料质量比为：6～50；平均球径为：1～10mm；进料粒径为：30nm～74mm；出料粒径为：80nm～1.5μm。优选地，所述筒体转速为200～600r/min。优选地，所述球料质量比为：8～40。进一步优选地，所述球料质量比为：12.5。优选地，所述平均球径为：5～10mm。进一步优选地，所述平均球径为：8mm。优选地，所述进料粒径为：50nm～65mm。优选地，所述出料粒径为：100nm～1.3μm。优选地，所述TiO2的粒径为30～50nm。优选地，所述铝粉的粒径为1μm～74mm。优选地，所述含有铝和TiO2的原料中，TiO2与铝粉的质量比为27～0.3：1。进一步优选地，所述含有铝和TiO2的原料中，TiO2与铝粉的质量比范围上限选自27:1、25:1、20:1、15:1、11.5:1、10:1、7:1、5:1，下限选自4.4:1、4:1、3:1、2.9:1、2:1、1.7:1、1.5:1、1:1、0.7:1、0.3:1。根据一种具体的实施方式，所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的制备方法，包括如下步骤：称取以某一质量比(如5:3)的TiO2粉末和铝粉，将其混合后倒入球磨罐中，球磨1h以上即得Al-Ti-O粉体。或以Al/(Al+TiO2)摩尔比为0.1-0.9称取TiO2粉体和铝粉，将其混合后倒入球磨罐中，球磨1h以上得Al-Ti-O粉体。根据本申请的又一个方面，提供了一种多孔薄膜，该薄膜具有良好的太阳光吸收性能，和高的光热转化效率，且性能稳定，在水中可自漂浮。可实现海水高效脱盐。所述多孔薄膜，其特征在于，由含有铝钛氧化物太阳光吸收材料和聚合物的原料成膜得到；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料选自上述的铝钛氧化物太阳光吸收材料、根据上述方法制备得到的铝钛氧化物太阳光吸收材料中的至少一种。优选地，所述聚合物是聚偏二氟乙烯(简称为PVDF)。优选地，所述原料由铝钛氧化物太阳光吸收材料和质量浓度为1％～15％的PVDF的N,N-二甲基甲酰胺(简称DMF)溶液混合得到；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料与PVDF的质量比为1～10：1。优选地，所述铝钛氧化物太阳光吸收材料与PVDF的质量比为1～9：1。优选地，所述多孔薄膜厚度为30～300μm。更优选地，所述多孔薄膜厚度为30～100μm。优选地，所述多孔薄膜的上表面孔径为50～2000nm，下表面孔径为10～100nm。进一步优选地，所述多孔薄膜的上表面孔径为500～2000nm，下表面孔径为40～100nm。优选地，PVDF的DMF溶液的配置方法为将PVDF粉体溶于DMF中搅拌24h以上形成透明溶液。优选地，所述多孔薄膜可自漂浮在水面。根据本申请的又一个方面，提供了一种多孔薄膜的制备方法，该方法原料易得、廉价，工艺简单、环保、易于工业化。所述制备多孔薄膜的方法，其特征在于，至少包括以下步骤；将含有铝钛氧化物太阳光吸收材料和聚合物的原料涂布在平面上后，浸入水中不少于1min成膜，即得所述多孔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于，由含有铝和TiO2的原料制备得到；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料中Al元素摩尔数与(Al元素与Ti元素摩尔数之和)的比值为：Al/(Al+Ti)＝0.05～0.95：1。

【技术特征摘要】
1.一种铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于，由含有铝和TiO2的原料制备得到；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料中Al元素摩尔数与(Al元素与Ti元素摩尔数之和)的比值为：Al/(Al+Ti)＝0.05～0.95：1。2.根据权利要求1所述的铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于，当太阳光密度为1000W·m-2，所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的光热脱盐效率≥75％；所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的太阳光吸收效率≥90％。3.权利要求1或2所述铝钛氧化物太阳光吸收材料的制备方法，其特征在于，将含有铝和TiO2的原料通过碰撞反应制备得到。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，至少包括以下步骤：将含有铝粉和TiO2粉的原料研磨不少于1小时，即得所述铝钛氧化物太阳光吸收材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述研磨的方式为在球磨机中球磨；所述球磨的参数为：筒体转速为100～600r/min；球料质量比为：6～50；平均球径为：1～10mm；进料粒径为：30nm～74mm；出料粒径为：80nm～1.5μm。6.一种多孔薄膜，其特征在于，由含有铝钛氧化物太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：温珍海，易罗财，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35