一种基于荷叶制备光热转换材料的方法技术

一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，属于太阳能光热转换材料制备技术领域。包括：1)取新鲜的荷叶叶片，清洗，晾干；2)将上步处理后的荷叶叶片在﹣18～﹣24℃下冷冻12～24h，得到冷冻样品A；3)将冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为6～10Pa、温度为﹣30～﹣50℃的条件下干燥48～72h，得到干燥的样品B；4)将样品B在氮气气氛、温度为500～700℃条件下碳化4～6h，得到碳化荷叶。本发明专利技术基于荷叶制备光热转换材料的方法，具有制备成本低、重复性好、工艺简单和可实现大规模生产等优点，且得到的碳化荷叶具有亲水性、传输水通道、吸收光热强等性能，可应用于太阳能水蒸发领域。

【技术实现步骤摘要】
一种基于荷叶制备光热转换材料的方法
本专利技术属于太阳能光热转换材料制备
，具体涉及一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，以及将其应用于新型水蒸气产生装置。
技术介绍
随着科技的不断进步，环境污染和能源短缺问题日益突出，研究开发新型的绿色环保材料来获得所需资源，是解决环境和能源问题的重要途径。众所周知，太阳光是世界上最充足的资源，原则上可以满足全球能源需求，比如太阳能蒸汽发电和太阳能水蒸发。太阳能水蒸发技术通过利用丰富的可再生能源而被证明是一种很有前途的纯净水技术，并被认为高度有助于使用可持续能源进行水净化。海水是目前最大的水资源库，但不能直接饮用或利用。目前，海水淡化技术主要包括多级闪蒸和反渗透技术。多级闪蒸技术利用多个闪蒸室串联，使得室内压力逐级降低，海水逐级降温，连续产出淡化水；但是其工程投资高，为反渗透法的2倍，动力消耗大，设备的操作弹性小，是设计值的80％～110％，不适应于造水量要求可变的场合。反渗透技术将海水经高压泵增压后，进入膜脱盐设备，产出的中间淡水产品进入后处理设施，精制成终产品淡水，但是反渗透膜的寿命较短，并且容易受到污染。这些方法已经在很多地区实现了工业化应用，但其都要严重依赖并消耗大量的燃料或电力，严重限制了太阳能海水淡化的推广应用。据估计，每天生产100000m3的淡化水，每年需要消耗原油130万吨，由此而引起的是地球的温室效应、空气污染等环境问题和化石能源枯竭的问题。此外，对于无可靠能源供应的海岛地区，淡水供应更加重要。因此，如果能利用太阳能进行海水淡化，并且将生活中容易获得的生物材料用于太阳能光热转换，将会大大降低成本并快速推广应用于海水淡化等方面。荷叶广泛分布于世界各地，能大量快速繁殖，且大面积覆盖水面；同时，其叶片表面覆盖微米级的丘状结构和纳米尺度的毛发状结构，造成荷叶表面的疏水性。到目前为止，还未有荷叶应用于水蒸发的任何报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
存在的缺陷，提出一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，以及得到的光热转换材料在水蒸气产生装置中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，具体包括以下步骤：步骤1、取新鲜的荷叶叶片，然后放置于去离子水中超声清洗，自然晾干；步骤2、将步骤1清洗晾干后的荷叶叶片放入冰箱冷冻室中，在﹣18～﹣24℃下冷冻12～24h，得到冷冻样品A；步骤3、将步骤2得到的冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为6～10Pa、温度为﹣30～﹣50℃的条件下干燥48～72h，得到干燥的样品B；步骤4、将步骤3得到的样品B置于管式炉内，在氮气气氛、温度为500～700℃的条件下碳化4～6h，使其碳化，得到黑色的碳化荷叶，即为所述光热转换材料。目前，太阳能水蒸气产生设备是通过聚光罩反射平行太阳光，凸透镜将太阳光聚焦到加热灌上，使加热灌内的低沸点液体达到沸腾状态，进而产生水蒸气，对设备要求较高。基于此，本专利技术提供了一种新型的水蒸气产生装置，包括依次位于水之上的隔热层、供水层和光热转换层，其中，顶层的光热转换层有效吸收光并将光转化为热，中间的供水层进行水的传输与储存，底层的隔热层通常具有较低的导热系数，可有效减少水的热损失，进而改善太阳能蒸汽发电的整体效率，其特征在于，所述光热转换层采用上述方法制备得到的碳化荷叶。进一步地，所述供水层可以为滤纸、无尘纸等；所述隔热层可以为聚苯乙烯泡沫、聚氨酯泡沫、聚乙烯泡沫塑料等。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术提供了一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，采用真空冷冻干燥技术，具有制备成本低、重复性好、工艺简单和可实现大规模生产等优点。2、本专利技术方法得到的碳化荷叶具有亲水性，有利于水的传输和蒸汽的逸出，同时碳化后的黑色荷叶还可以增大对光的吸收，具有亲水性、传输水通道、吸收光热强等性能，可应用于太阳能水蒸发领域。3、本专利技术方法得到的碳化荷叶可作为光热转换材料应用于新型水蒸气产生装置中，将碳化荷叶优异的物理化学性能和具有三层结构的水蒸气产生装置有机结合在一起，碳化荷叶具有亲水性、水传输通道和较强的光吸收强度，应用于水蒸气产生装置中可以进一步提高太阳能水蒸发转换效率，减少成本，在海水淡化、热转换和太阳能发电等方面有着广泛的应用前景。附图说明图1为新鲜荷叶、干燥荷叶和碳化荷叶的接触角测试图；图2为干燥荷叶和碳化荷叶的SEM图；其中，(a)、(b)和(c)为干燥荷叶的SEM；(d)、(e)和(f)为碳化荷叶的SEM图；图3为新鲜荷叶与碳化荷叶的原理图(a)，以及新鲜荷叶、干燥荷叶和碳化荷叶的拉曼测试曲线(b)；图4为实施例得到的水蒸气产生装置的示意图，以及有无碳化荷叶时进行光照的温度与重量变化曲线；其中，(a)为实施例得到的水蒸气产生装置示意图，(b)为有/无碳化荷叶时，实施例得到的水蒸气产生装置在光照下表面温度随时间的变化曲线，(c)为有/无碳化荷叶时，实施例得到的水蒸气产生装置在光照下水的重量随时间的变化曲线。具体实施方式下面结合附图和实施例，详述本专利技术的技术方案。一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，具体包括以下步骤：步骤1、取一定量新鲜的荷叶叶片，然后放置于去离子水中进行超声清洗，时间为10～20min，超声频率为50～60Hz；超声完成后，自然晾干，并选取表面平整、形状均一的荷叶叶片待用，选取的荷叶叶片的厚度为0.5～1mm，直径为2～4cm；步骤2、将步骤1选取待用的荷叶叶片放入冰箱冷冻室中，在﹣18～﹣24℃下冷冻12～24h，得到冷冻样品A；步骤3、将步骤2得到的冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为6～10Pa、温度为﹣30～﹣50℃的条件下干燥48～72h，得到干燥的样品B；步骤4、将步骤3得到的样品B置于管式炉内，在氮气气氛下以2～4℃/min的升温速率升温至500～700℃，并在500～700℃下保温4～6h，使其碳化，得到黑色的碳化荷叶，即为所述光热转换材料。上述方法得到的碳化荷叶可作为光热转换材料应用于水蒸气产生装置中，所述水蒸气产生装置的顶层为光热转换层，利用碳化荷叶进行光的吸收与转换，中层为供水层，采用滤纸等材料进行水的传输与储存，底层为隔热层，采用泡沫等实现支撑与热隔离，进而减少在光照条件下的热损失。实施例一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，具体包括以下步骤：步骤1、取一定量新鲜的荷叶叶片，然后放置于去离子水中进行超声清洗，时间为15min，超声频率为50Hz；超声完成后，自然晾干，并选取表面平整、形状均一的荷叶叶片待用，选取的荷叶叶片的厚度为0.5mm左右，直径为2.5cm左右；步骤2、将步骤1选取待用的荷叶叶片放入冰箱冷冻室中，在﹣18℃下冷冻24h，得到冷冻样品A；步骤3、将步骤2得到的冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为8Pa、温度为﹣45℃的条件下干燥72h，得到干燥的荷叶样品B；步骤4、将步骤3得到的样品B置于管式炉内，在氮气气氛下以2℃/min的升温速率升温至500℃，并在500℃下保温6h，使其碳化，得到黑色的碳化荷叶，即为所述光热转换材料。图1为实施例步骤1选取待用的新鲜荷叶、步骤3得到的干燥荷叶和步骤4得到的碳化荷叶的接触角测试图；由图1可知，新鲜荷叶与干燥荷叶表面的接触角大小变化不大本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、取新鲜的荷叶叶片，清洗，自然晾干；步骤2、将步骤1清洗晾干后的荷叶叶片放入冰箱冷冻室中，在﹣18～﹣24℃下冷冻12～24h，得到冷冻样品A；步骤3、将步骤2得到的冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为6～10Pa、温度为﹣30～﹣50℃的条件下干燥48～72h，得到干燥的样品B；步骤4、将步骤3得到的样品B置于管式炉内，在氮气气氛、温度为500～700℃的条件下碳化4～6h，得到黑色的碳化荷叶，即为所述光热转换材料。

【技术特征摘要】
1.一种基于荷叶制备光热转换材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、取新鲜的荷叶叶片，清洗，自然晾干；步骤2、将步骤1清洗晾干后的荷叶叶片放入冰箱冷冻室中，在﹣18～﹣24℃下冷冻12～24h，得到冷冻样品A；步骤3、将步骤2得到的冷冻样品A放入真空冷冻干燥箱中，在真空度为6～10Pa、温度为﹣30～﹣50℃的条件下干燥48～72h，得到干燥的样品B；步骤4、将步骤3得到的样...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖宇龙，陈佳惠，王晓艺，邓鹏，袁博韬，张岱南，向全军，文天龙，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51