一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜及其制备方法及应用技术

本发明专利技术公布了一种具有光热转化水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜，它是以磷基石墨烯和甲壳素为原料，经过在碱溶体系统中将磷基石墨烯与甲壳素进行包裹结合，并经过冻融技术溶解，将带负电的磷基石墨烯与正电甲壳素紧密融合，再刮制成膜，该技术首次将生物材料甲壳素引入光热水处理领域，所制备凝胶光热膜具有高效的光热水蒸发性能，可以实现海水淡化和污水处理。

【技术实现步骤摘要】
一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜及其制备方法及应用
本专利技术涉及光热薄膜领域，具体涉及一种具有光热水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜及其制备方法和。
技术介绍
水资源是人类生活和自然发展的基础元素。水资源的短缺与污染对人类生存，人类健康，社会和经济的发展有着极大影响。在世界上，各类疾病中有大约10％是由于饮水不卫生而导致，每年因饮水不健康而死亡的人数超千万。水资源不仅对人类的生活和健康息息相关，同时对工业生产也有着极大影响，随着对水质要求的不断提高，水处理技术显得尤为关键，传统的水处理技术过程复杂，成本较高，激发了新的水处理技术不断发展。膜技术作为水处理领域高新技术具有很多优势，膜技术具有占地少，处理工艺简单，出水水质好，不需要助剂等优势，逐渐应用在各种水处理工艺过程中。普通膜技术应用在水处理中为压力驱动膜过程，因此能耗相对较大，近年来，太阳光驱动水蒸发相关技术的出现为水处理提供了新的思路。因此，开发具有高效太阳能光热转化性能的膜材料尤为关键。这种新一代的膜材料应用到太阳光驱动蒸发体系中可以提高光热水蒸发效率，有望替代传统膜，应用于污水处理和海水淡化。
技术实现思路
针对上述
技术介绍
中提到的的技术问题，本专利技术目的在于提供一种具有光热转化水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法及应用领域，该凝胶光热膜具有互穿网络结构，可以由毛细管力将水吸收并分散在膜表面。本专利技术第一个方面提供一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，以磷基石墨烯和甲壳素为原料，在碱溶体系中磷基石墨烯与甲壳素包裹结合，经过冷冻-解冻过程溶解，将带负电的磷基石墨烯与带正电的甲壳素紧密融合，再刮制/涂覆/喷淋成膜，即得。该技术首次将生物材料甲壳素引入光热水处理领域，所制备凝胶光热膜具有高效的光热水蒸发性能，可以实现海水淡化和污水处理。需要说明的是，本专利技术所使用的磷基石墨烯原料是以授权专利号为CN110117006B，专利名称为“一种高效环保制备石墨烯材料的方法”制备得到的。具体的，本专利技术提供一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)、将甲壳素和磷基石墨烯混合在碱溶体系中，搅拌获得悬浮溶液，然后将悬浮液冷冻；2)、在室温下将冷冻的固体完全解冻并搅拌形成均匀得到解冻悬浮液，将悬浮液离心除去气泡和杂质，获得磷基甲壳素溶液；3)、将步骤2)得到的磷基甲壳素溶液倒在基底上刮制/涂覆/喷淋成膜制成水凝胶薄膜；4)、将步骤3)制成的含有基底的水凝胶薄膜转移到热水中浸泡，水凝胶薄膜就从玻璃板上脱离，然后捞膜得到磷基石墨烯甲壳素光热膜。在本专利技术的技术方案中，步骤1)中，所述甲壳素、磷基石墨烯和碱溶体系三者之间的质量比为(1％～8％)：(0.01％～1.6％)：(5％～41％)。在本专利技术的技术方案中，步骤1)中，所述碱溶体系为碱溶液，所述碱溶液中氢氧化钾占碱溶液总重量的2％-15％，氢氧化锂占碱溶液总重量的1％-6％，尿素占碱溶液总重量的2％-20％，余量为水。在本专利技术的技术方案中，步骤2)中，所述的冷冻是将悬浮液在-80℃冷冻2h以上；离心条件为0-5℃以400-10000rpm离心3-15分钟。在本专利技术的技术方案中，步骤3)中，所述基底选自玻璃板或者PET、PTFE、PP、PVC塑料底板中的一种，所述水凝胶薄膜的厚度为0.1～10mm。在本专利技术的技术方案中，步骤4)中，热水的温度为4～80℃，浸泡时间为1～2000分钟。本专利技术第二个方面是提供上述任意制备方法制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜；优选的，所述磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜为具有膜孔通透互穿毛细网络的结构。本专利技术第三个方面是提供上述任意制备方法制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜在海水淡化和污水处理领域的应用。具体的，磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜在海水淡化和污水处理领域的应用，光热水处理的实施包括以下步骤：1)、将磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜置于圆形泡沫层上得到磷基石墨烯甲壳素光热膜/泡沫层组合件；2)、再将磷基石墨烯甲壳素光热膜/泡沫层组合件置于需要淡化的海水或需要处理的污水的水面上：3)、最后在模拟太阳光下进行海水蒸发或污水净化。在本专利技术的技术方案中，所述污水包括污水油水混合物、染料废水。本专利技术所构思的技术方案与现有的技术相比，具有以下有益效果：本专利技术公布了一种具有光热转化水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜，它是以磷基石墨烯和甲壳素为原料，经过在碱溶体系统中将磷基石墨烯与甲壳素进行包裹结合，并经过冻融技术溶解，将带负电的磷基石墨烯与带正电的甲壳素紧密融合，再刮制成膜，该技术首次将生物材料甲壳素引入光热水处理领域，所制备凝胶光热膜具有高效的光热水蒸发性能，可以实现海水淡化和污水处理。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的扫描电子显微镜照片图。图2为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜在不同太阳光下的光热蒸发效率对比图。图3为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜去除海水中离子前后的浓度图。图4为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜去除油水混合物样品前后对比图。图5为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜去除染料样品前后对比图。图6为本专利技术实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜照片图。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步地详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法；下述实施例中所用的试剂与材料等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。需要说明的是，下述实施例中，所使用的磷基石墨烯原料是以授权专利号为CN110117006B，专利名称为“一种高效环保制备石墨烯材料的方法”制备得到的。实施例1本实施例磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，包括以下步骤：1)、称取氢氧化钾7g，氢氧化锂8g，尿素8g，水71.5g配制成碱溶体系溶液，称取5g甲壳素和0.5g磷基石墨烯混合在碱溶体系溶液中，搅拌获得悬浮溶液，然后将悬浮液转移至-80℃的冰箱中保存直至冷冻。2)、将冷冻固体完全解冻并在室温下搅拌以形成相对均匀的悬浮液。将悬浮液在5℃以10000rpm离心5分钟以除去气泡和杂质，以获得磷基甲壳素溶液。3)、将步骤(2)得到的磷基甲壳素溶液倒在玻璃板上刮制成膜并制成约1mm厚度的水凝胶。4)、将具有水凝胶的玻璃板立即转移到40℃的热水中浸泡30分钟以将薄膜溶液转化成磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜。应用：将实施例1制备得到的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜在污水处理领域的应用。光热水处理的实施包括以下步骤：1)取洁净的500mL的烧杯，向烧杯中分别倒入400mL海水、油水混合物或染料废水中；2)然后将磷基石墨烯甲壳素光热膜置于约2cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，其特征在于，以磷基石墨烯和甲壳素为原料，在碱溶体系中磷基石墨烯与甲壳素包裹结合，经过冷冻-解冻过程溶解，将带负电的磷基石墨烯与带正电的甲壳素紧密融合，再刮制/涂覆/喷淋成膜，即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，其特征在于，以磷基石墨烯和甲壳素为原料，在碱溶体系中磷基石墨烯与甲壳素包裹结合，经过冷冻-解冻过程溶解，将带负电的磷基石墨烯与带正电的甲壳素紧密融合，再刮制/涂覆/喷淋成膜，即得。


2.根据权利要求1所述的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)、将甲壳素和磷基石墨烯混合在碱溶体系中，搅拌获得悬浮溶液，然后将悬浮液冷冻；
2)、在室温下将冷冻的固体完全解冻并搅拌形成均匀得到解冻悬浮液，将悬浮液离心除去气泡和杂质，获得磷基甲壳素溶液；
3)、将步骤2)得到的磷基甲壳素溶液倒在基底上刮制/涂覆/喷淋成膜制成水凝胶薄膜；
4)、将步骤3)制成的含有基底的水凝胶薄膜转移到热水中浸泡，水凝胶薄膜就从玻璃板上脱离，然后捞膜得到磷基石墨烯甲壳素光热膜。


3.根据权利要求1所述的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述甲壳素、磷基石墨烯和碱溶体系三者之间的质量比为(1％～8％)：(0.01％～1.6％)：(5％～41％)。


4.根据权利要求1所述的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述碱溶体系为碱溶液，所述碱溶液中氢氧化钾占碱溶液总重量的2％-15％，氢氧化锂占碱溶液总重量的1％-6％，尿素占碱溶液总重量的2％-20％，余量为水。


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【专利技术属性】
技术研发人员：喻学锋，万鹏，黄浩，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：广东;44