能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法，制备方法为：将氧化石墨烯溶液的pH调节为7～13，得到溶液A；配置聚合物电解质溶液，得到溶液B；以溶液A：溶液B为3:1～3:12的浓度比，将溶液B逐滴滴加至溶液A中，得到带电氧化石墨烯复合物溶液；将经前处理后洁净干燥的三聚氰胺泡沫浸入带电氧化石墨烯复合物溶液中，使其充分吸收带电氧化石墨烯复合物溶液；将吸附饱和的三聚氰胺泡沫置于60～200℃的烘箱中热处理6～24小时，清洗干燥后得到三维光热转换材料。本发明专利技术的材料光热转换率高，性能稳定性好，弹性好易裁剪，可多次循环使用，且制备流程简单，合成成本低，适用范围广，可用于低到高浓度的海水淡化及复合污染水体的净化等。合污染水体的净化等。合污染水体的净化等。

【技术实现步骤摘要】
能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法


[0001]本专利技术属于海水淡化和污水净化领域，具体涉及一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法。

技术介绍

[0002]随着人口的增长和社会的发展，能源的短缺和水资源的匮乏问题严重威胁人类的生存和发展。太阳能蒸发技术能够以可持续的太阳光为驱动力，借助光热转化体这一核心部件，以其转化的热能实现高效的水蒸发。近年来，已报道了多种光热转化体，例如以等离子体共振为发热原理的贵金属，以光生载流子复合产生热为原理的半导体和以分子骨架振动、转动为产热机理的碳质材料等。然而，贵金属光热转化体对光的吸收范围难以调控且成本较高，提高半导体光热转化体需要精细复杂的调控技术。基于此，碳质材料成为当前最具潜力的光热转化体。
[0003]海水淡化是当前光热转化的重要应用领域。
[0004]目前限制碳质材料用于高效海水淡化的瓶颈在于，随着海水淡化的持续进行，氯化钠等盐分易形成结晶在光吸收体表面析出，影响其对光能的吸收，进而大大降低其光热转化效率。因此迫切需要一种高效可行的策略赋予光吸收体优异的抗盐结晶特性。
[0005]已有研究表明，亲水光吸收能够迅速溶解、稀释由于蒸发富集在吸收体表面的盐离子，但是由于光吸收体亲水，大量转化的热量会被周围的水分带走通过传导、对流等形式散失到体相水和材料空隙中。为此，需要设置一种可行的方法减少此部分能量的散失。
[0006]公告号为CN 109603596 A的专利技术专利，公开了“一种金属有机框架材料光热海水淡化膜”，该专利技术中光热转化体由光热转化层、阻盐层、浮力层三层构成，具有很好的光热转化速率和海水淡化性能，材料稳定性好。然而，专利技术中所述的光热转化体厚度太小，难以阻止界面产生热量的传导散失，这会使光热转化效率不高，且金属有机框架制备流程复杂，成本较高。
[0007]公告号为CN 107739066 A的专利技术专利，公开了“用于海水淡化及净水处理的石墨烯光热转化材料制备方法”，该专利技术将石墨烯粉体、链状分子结构的聚合物、溶剂三种原料制成浆料、烘干、高温热处理得到了一种具有良好机械强度的光热转化材料，经过高温碳化，此材料具有良好的光热转化性能，聚合物泡沫的多孔结构具有优异的吸水性能，将此种光热应用于海水淡化，其具有优异的光热蒸水效率。此种光热转化材料适用于海水的快速蒸馏淡化。然而，此种光热转化材料合成过程需要大量能量输入，不符合可持续发展的基本要求，并且没有考虑对高浓度盐水的淡化处理。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料及装置和方法。该三维光热转换材料兼顾高效光热转化效率及对高浓度盐溶液的处理能力，一方面，其丰富、相互连通的热绝缘多孔网络有利于水分的分布和蒸汽
的输送、有效减少热量的损失，从而实现高效的光热转化；另一方面，对其表面进行改性，可以适用于低浓度到高浓度海水及污水处理。此外，以商业三聚氰胺为光热转化材料的支撑体，能够极大地减少氧化石墨烯的用量，降低材料制备成本。同时，制备过程简单，无需高温处理，环境友好。
[0009]本专利技术所采用的具体技术方案如下：
[0010]一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料的制备方法，其具体如下：
[0011]S1：将氧化石墨烯溶液的pH调节为7～13，得到溶液A；配置聚合物电解质溶液，得到溶液B；
[0012]S2：以溶液A：溶液B为3:1～3:12的浓度比，将溶液B逐滴滴加至溶液A中，通过超声使其充分反应，得到带电氧化石墨烯复合物溶液；
[0013]S3：将经前处理后洁净干燥的三聚氰胺泡沫浸入带电氧化石墨烯复合物溶液中，通过将三聚氰胺泡沫浸渍和挤压使其充分吸收带电氧化石墨烯复合物溶液；将吸附饱和的三聚氰胺泡沫置于60～200℃的烘箱中热处理6～24小时，清洗干燥后得到三维光热转换材料。
[0014]作为优选，所述S1中氧化石墨烯溶液的浓度为3mg/mL。
[0015]作为优选，所述S1中氧化石墨烯溶液通过氢氧化钠溶液调节pH值至10～12，pH值优选为12。
[0016]作为优选，所述聚合物电解质为聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯胺盐酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酸或海藻酸钠中的一种，优选为聚乙烯亚胺。
[0017]作为优选，所述S2中溶液A和溶液B的混合浓度比为3:9。
[0018]作为优选，所述S3中三聚氰胺泡沫的前处理过程具体如下：将三聚氰胺泡沫依次用去离子水和无水乙醇清洗，重复若干次，随后置于100℃的烘箱中干燥。
[0019]本专利技术的第二目的在于提供一种根据上述任一所述制备方法制得的三维光热转换材料。
[0020]本专利技术的第三目的在于提供一种能高效处理盐水和废水的光热转化装置，其包括如第二目的所述的三维光热转换材料、吸水层、热绝缘体和反应器；
[0021]所述反应器包括均为透明的第一壳体和第二壳体，第一壳体套设于顶部开设孔洞的第二壳体外部，且两者之间形成冷凝腔；
[0022]所述第二壳体底部用于容纳盐水或废水，所述热绝缘体设置于第二壳体内的水容纳区域上方，热绝缘体上设有吸水层，吸水层的底端延伸至所述水容纳区域中；所述三维光热转换材料接触式置于吸水层上，以吸收吸水层中的水分并将其加热蒸发至所述冷凝腔中；所述三维光热转换材料与所述水容纳区域之间由热绝缘体阻隔，减少热交换。
[0023]作为第三目的的优选，所述吸水层为无纺布，热绝缘体为聚苯乙烯泡沫，第一壳体和第二壳体均为石英材质。
[0024]本专利技术的第四目的在于提供一种基于第三目的所述光热转化装置处理盐水或废水的方法，其具体如下：
[0025]向光热转化装置的水容纳区域中加入待处理的盐水或废水，随后将光热转化装置置于光源下；
[0026]当光照射到三维光热转换材料时，三聚氰胺泡沫中交互联通的多孔结构使光发生
多散射效应，部分光能被覆盖于三聚氰胺泡沫表面以单层或寡层形式存在的氧化石墨烯吸收，其余的光透射到三维光热转换材料内部，进行多次散射后被吸收；氧化石墨烯吸收光能后产生热量，热量被热绝缘体和聚合物电解质限定在氧化石墨烯表面，以减少热量的损失；
[0027]盐水或废水通过吸水层与三维光热转换材料接触并以薄膜形式附着在三聚氰胺泡沫上，氧化石墨烯产生的热量迅速传递给周围的水分子，以薄膜形式存在的水分子迅速吸收热量并形成蒸汽，从三聚氰胺泡沫的孔道中蒸发并从第二壳体顶部的孔洞中溢出；蒸汽在遇到第一壳体常温的顶部时冷凝成液体，顺着第一壳体的内壁流至底部，实现盐水或废水的净化，得到纯净水。
[0028]本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
[0029]1)本专利技术所制备的三维光热转化材料在光照条件下的光热转化速率分别为纯水、三聚氰胺泡沫的4.30倍、1.27倍。
[0030]2)由于本专利技术所制备的三维光热转化材料具有优异的水分散性能、独特的微观热限域效应、多维连通孔结本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种能高效处理盐水和废水的三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，具体如下：S1：将氧化石墨烯溶液的pH调节为7～13，得到溶液A；配置聚合物电解质溶液，得到溶液B；S2：以溶液A：溶液B为3:1～3:12的浓度比，将溶液B逐滴滴加至溶液A中，通过超声使其充分反应，得到带电氧化石墨烯复合物溶液；S3：将经前处理后洁净干燥的三聚氰胺泡沫浸入带电氧化石墨烯复合物溶液中，通过将三聚氰胺泡沫浸渍和挤压使其充分吸收带电氧化石墨烯复合物溶液；将吸附饱和的三聚氰胺泡沫置于60～200℃的烘箱中热处理6～24小时，清洗干燥后得到三维光热转换材料。2.根据权利要求1所述三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，所述S1中氧化石墨烯溶液的浓度为3mg/mL。3.根据权利要求1所述三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，所述S1中氧化石墨烯溶液通过氢氧化钠溶液调节pH值至10～12，pH值优选为12。4.根据权利要求1所述三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，所述聚合物电解质为聚乙烯亚胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、聚丙烯胺盐酸盐、聚苯乙烯磺酸盐、聚丙烯酸或海藻酸钠中的一种，优选为聚乙烯亚胺。5.根据权利要求1所述三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，所述S2中溶液A和溶液B的混合浓度比为3:9。6.根据权利要求1所述三维光热转换材料的制备方法，其特征在于，所述S3中三聚氰胺泡沫的前处理过程具体如下：将三聚氰胺泡沫依次用去离子水和无水乙醇清洗，重复若干次，随后置于100℃的烘箱中干燥。7.一种根据权利要求1～6任一所述制备方法制得的三维光热转换材料。8.一种能高效处理盐水和废水的光热转化装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的三维光热转换材料(1)、吸水层(2)、热绝缘体(3)和反应器；所述反应器包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝梁，杨芷，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：