碳纤维光热转换材料及其在纯化回收多介质溶剂中的用途制造技术

本发明专利技术公开了一种碳纤维光热转换材料及其在纯化回收多介质溶剂中的用途。所述碳纤维光热转换材料包括碳纤维，所述碳纤维表面原位生长有连续的水热碳层。所述用途包括：将多介质溶剂体系与碳纤维光热转换材料接触，并以设定光线照射碳纤维光热转换材料，使碳纤维光热转换材料进行光热转换并产生热能，从而促使多介质溶剂体系中的至少部分溶剂受热蒸发，实现多介质溶剂体系的纯化回收。本发明专利技术的高效碳纤维光热转换材料具有高比表面积、高粗糙度和大量的官能团，在光热转换应用中具有高效的太阳能转化效率，不仅可用于太阳能高效脱盐、快速水蒸发，而且在污水介质、海水、有机溶剂纯化、油水分离等多介质溶剂体系中仍具有高效、稳定的分离性能。

Carbon fiber photothermal conversion material and its application in purification and recovery of multi-media solvent

【技术实现步骤摘要】
碳纤维光热转换材料及其在纯化回收多介质溶剂中的用途
本专利技术涉及一种多介质溶剂纯化回收方法，具体涉及一种采用高效碳纤维作为光热转换材料，通过太阳能溶剂蒸发纯化回收溶剂的方法，属于材料化学和太阳能转换

技术介绍
太阳能作为一种清洁的可再生绿色能源成为近年来能源利用的焦点，太阳能光热转换膜蒸馏技术被认为是一种经济和有效的解决方案。而目前以蒸馏法为主的太阳能溶剂纯化技术普遍存在光热转换效率低和稳定性差，即盐分析出导致蒸发装置老化、耐有机溶剂差等问题，因此对光热转换技术的研究大多数集中在海水淡化、污水处理等方面。有机溶剂在生活和生产中广泛应用的有机化合物，分子量不大，它存在于涂料、粘合剂、漆和清洁剂中。有机溶剂种类繁多，使用广泛且用量巨大，有机溶剂不经处理就排入环境，不但有毒副作用，还会在大气的对流层产生酸烟雾、光化学烟雾等，在大气的平流层消耗臭氧，最终会危害人类和动植物的生命安全。现有的有机溶剂纯化回收处理方法无法精处理或精处理效率非常低，没有经济效益，不符合低碳的发展趋势。研发耐有机溶剂、耐高浓度盐腐蚀、高效光热转换材料及光热转换装置，并广泛应用于多种溶剂介质的纯化回收，打破本领域技术壁垒，将切实有力地推动国家绿色、可持续发展进程，具有深远的战略意义和良好的社会效益。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种碳纤维光热转换材料及其制备方法，从而克服现有技术的不足。本专利技术的另一目的在于提供所述碳纤维光热转换材料于纯化回收多介质溶剂体系中的用途。本专利技术的又一目的在于提供一种碳纤维光热转换装置。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种碳纤维光热转换材料的制备方法，其包括：使包含有碳纤维和0.01～10wt％碳源的水热反应液于温度为150～300℃、压力为0.6～5MPa的条件下水热反应1～24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层。进一步地，所述碳源包括水溶性糖类物质、水溶性多糖类物质和易水解多糖类物质中的任意一种或两种以上的组合。本专利技术实施例还提供了一种碳纤维光热转换材料，其包括碳纤维，所述碳纤维表面原位生长有连续的水热碳层。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的碳纤维光热转换材料或前述的碳纤维光热转换材料于纯化回收多介质溶剂体系中的用途。在一些优选实施例中，所述的用途包括：将多介质溶剂体系与碳纤维光热转换材料接触，并以设定的光线照射碳纤维光热转换材料，使碳纤维光热转换材料进行光热转换并产生热能，从而促使多介质溶剂体系中的至少部分溶剂受热蒸发，实现多介质溶剂体系的纯化回收。本专利技术实施例还提供了一种碳纤维光热转换装置，其包括由前述方法制备的碳纤维光热转换材料或前述的碳纤维光热转换材料。在一些优选实施例中，所述的碳纤维光热转换装置包括光热转换膜、液体容器以及冷凝回收单元，所述光热转换膜由所述碳纤维光热转换材料编制形成，当所述液体容器盛装有多介质溶剂体系时，至少是所述光热转换膜的局部区域浮于所述多介质溶剂体系的液面上，且在以设定的光线照射碳纤维光热转换材料时，所述碳纤维光热转换材料能进行光热转换而促使多介质溶剂体系中的至少部分溶剂受热蒸发，所述冷凝回收单元用于将该被蒸发的至少部分溶剂冷凝回收。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：本专利技术提供的高效碳纤维光热转换材料具有高比表面积、高粗糙度和大量的官能团，其在光热转换应用中，具有高效的太阳能转化效率，不仅可用于太阳能高效脱盐、快速水蒸发，而且因高效碳纤维光热转换材料的具有高强度、高化学和结构稳定性、耐有机溶剂等优点，在污水介质、海水、有机溶剂纯化、油水分离等多介质溶剂体系中仍具有高效、稳定的分离性能。同时，本专利技术提供的多介质溶剂纯化回收方法简单，蒸发效率高，绿色无污染；原材料易得，非常适合工业化生产；碳纤维光热转换装置简单，易于放大。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案之中高效碳纤维光热转换装置的结构示意图。图2a是本专利技术实施例1中的碳纤维的扫描电镜图。图2b是本专利技术实施例1中覆盖水热碳层的碳纤维的扫描电镜图。图3是本专利技术实施例1中高效碳纤维光热转换装置中染色溶剂蒸发前后染料的紫外吸收谱图。图4是本专利技术实施例2中高效碳纤维光热转换装置的实物图。附图标记说明：1-光热转换膜，2-PS泡沫，3-混合溶液容器，4-倾斜冷凝面板，5-冷凝箱体，6-冷凝液出口。具体实施方式如前所述，鉴于现有技术的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，提出了本专利技术的技术方案，其主要是提供一种高效碳纤维光热转换材料及光热转换装置，以及一种多介质纯化回收方法，此方法为采用高效碳纤维光热转换材料及光热转换装置对包括污水介质、海水、油水乳液体系、印染废溶剂、混合溶剂体系等多介质溶剂体系进行纯化回收。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术实施例的一个方面提供了一种碳纤维光热转换材料的制备方法，其包括：使包含有碳纤维和0.01～10wt％碳源的水热反应液于温度为150～300℃、压力为0.6～5MPa的条件下水热反应1～24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层。其中，反应釜压力为0.6～5MPa、温度为150～300℃。进一步地，所述碳源包括天然物质碳源：如水溶性糖类物质、水溶性多糖类物质和易水解多糖类物质等中的任意一种或两种以上的组合，例如，可以优选为葡萄糖、蔗糖、羧甲基纤维素、果糖、麦芽糖等，但不限于此。本专利技术实施例的另一个方面还提供了一种碳纤维光热转换材料，其包括碳纤维，所述碳纤维表面原位生长有连续的水热碳层。进一步地，所述水热碳层表面具有羰基、醌基和羟基中的任意一种或两种以上的组合的官能团，所述水热碳层的表面粗糙度为5～100nm，所述水热碳层的比表面积为1～5m2/g。其中，所述水热碳层具有高比表面积、高粗糙度和大量的官能团，在光热转换应用中，具有高效的太阳能转化效率，不仅可用于太阳能高效脱盐、快速水蒸发，而且因高效碳纤维的高强度、高化学和结构稳定性、耐有机溶剂等优点，在污水介质、海水、有机溶剂纯化、油水分离等多介质溶剂体系中仍具有高效、稳定的分离性能。本专利技术实施例的另一个方面还提供了由前述方法制备的碳纤维光热转换材料或前述的碳纤维光热转换材料于纯化回收多介质溶剂体系中的用途。在一些优选实施例中，所述的用途，即一种多介质溶剂纯化回收的方法包括：将多介质溶剂体系与碳纤维光热转换材料接触，并以设定的光线照射碳纤维光热转换材料，使碳纤维光热转换材料进行光热转换并产生热能，从而促使多介质溶剂体系中的至少部分溶剂受热蒸发，实现多本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碳纤维光热转换材料的制备方法，其特征在于包括：使包含有碳纤维和0.01～10wt％碳源的水热反应液于温度为150～300℃、压力为0.6～5MPa的条件下水热反应1～24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层；优选的，所述碳源包括水溶性糖类物质、水溶性多糖类物质和易水解多糖类物质中的任意一种或两种以上的组合。/n

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维光热转换材料的制备方法，其特征在于包括：使包含有碳纤维和0.01～10wt％碳源的水热反应液于温度为150～300℃、压力为0.6～5MPa的条件下水热反应1～24h，从而在碳纤维表面原位生成连续的水热碳层；优选的，所述碳源包括水溶性糖类物质、水溶性多糖类物质和易水解多糖类物质中的任意一种或两种以上的组合。


2.一种碳纤维光热转换材料，其特征在于包括碳纤维，所述碳纤维表面原位生长有连续的水热碳层；优选的，所述水热碳层表面所含的官能团包括羰基、醌基和羟基中的任意一种或两种以上的组合，所述水热碳层的表面粗糙度为5～100nm，所述水热碳层的比表面积为1～5m2/g。


3.由权利要求1所述方法制备的碳纤维光热转换材料或权利要求2所述的碳纤维光热转换材料于纯化回收多介质溶剂体系中的用途。


4.根据权利要求3所述的用途，其特征在于包括：将多介质溶剂体系与碳纤维光热转换材料接触，并以设定的光线照射碳纤维光热转换材料，使碳纤维光热转换材料进行光热转换并产生热能，从而促使多介质溶剂体系中的至少部分溶剂受热蒸发，实现多介质溶剂体系的纯化回收。


5.根据权利要求4所述的用途，其特征在于：所述设定的光线为太阳光；和/或，所述多介质溶剂体系包含至少一种挥发性溶剂与至少一种非挥发或难挥发性物质溶质的组合或两种以上挥发性不同的溶剂的组合；和/或，所述碳纤维光热转换材料被编织为膜状。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘富，韩秋，李田田，林海波，方齐乐，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33