可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料的制备方法，包括以下步骤：S1，hummers法制备氧化石墨烯；S2，定向排列氧化石墨烯基多孔光热材料的制备；S3，亲水疏油氧化石墨烯基多孔光热材料的制备。本发明专利技术首先以定向冷冻和简单碳化为主要手段，介绍了可高效产生太阳能蒸汽并具有对齐通道和疏油性的氧化石墨烯基多孔光热材料的合成方法。其次介绍了其在海水淡化和(含油或含染料)废水净化处理方面的应用。本发明专利技术的氧化石墨烯基多孔光热材料具有较高的太阳能转换效率、优异的耐盐和抗污性能，在未来的海水淡化和(含油、含染料)废水净化处理方面具有一定的实际应用价值。值。值。

【技术实现步骤摘要】
可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料及其制备方法和应用，本专利技术还涉及该材料在海水淡化和(含油、含染料)废水净化处理方面的应用。

技术介绍

[0002]如今，全球变暖和工业污染越来越严重，传统的海水淡化技术，如反渗透(RO)、微滤、超滤、多效蒸馏、多级闪蒸、吸附等，具有低效率、高成本、冗余操作和巨大能耗的局限性，这加剧了温室效应和环境污染，从而阻碍了它们的大规模应用。因此，通过更实际的方式使用清洁能源作为投入来有效生产淡水是刻不容缓的。太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。最近，太阳能蒸汽淡化(SSG)由于其高蒸发率和太阳能转换效率、简单易操作以及仅使用清洁的太阳能辐射作为能量输入而受到越来越多的关注。与使用太阳能辐射作为热源的普通水蒸发相比，普通水蒸发具有由于大部分太阳能无效转换成大量水或损失到外部环境中而导致转换效率低的缺点，SSG的高太阳能转换效率归因于其独特的界面蒸发方式，即太阳辐射仅被收集并位于水
‑
空气界面，加热薄的空气
‑
水表层，从而可以有效地减少热量损失。基于这些优点，SSG被认为是淡水脱盐和生产的最有效的方法之一。SSG产生的理想界面加热装置具有以下优点：宽的太阳能吸收范围、高的光热转换效率、低的热导率、定向的孔隙和用于水分子传输的丰富的孔隙率。迄今为止，用于高效太阳能界面蒸发的材料包括碳基材料、共轭微孔聚合物、复合材料、生物质材料和金属纳米材料。众所周知，石油在水中无处不在，大多数光热材料是亲水亲油的。一旦油污染了孔隙，水分子就不能正常输送到样品表面，大大降低了光热材料的光热转换效率。幸运的是，疏油和亲水性材料的研发解决了这些问题，进一步构建了疏油性能。光热材料在太阳能界面蒸发方面的实际应用，特别是在含油废水领域，扩大了界面蒸发的应用范围。因此，开发探究新型高性能光热材料将成为今后研究的主要方向。

技术实现思路

[0003]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了可高效产生太阳能蒸汽并具有对齐通道和疏油性的氧化石墨烯基多孔光热材料及其制备方法，和其在海水淡化和(含油、含染料)废水净化处理方面的应用。
[0004]本专利技术提供可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料的制备方法，包括以下步骤：
[0005]S1，hummers法制备氧化石墨烯；
[0006]S2，定向排列氧化石墨烯基多孔光热材料的制备：将氧化石墨烯和聚乙烯醇用去离子水分别分散或溶解后混合均匀，氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为0.5
‑
1.5:1，采用超声的方法去除气泡，之后将混合物匀速放入液氮中进行冷冻，得到固化产物，然后将固化产物在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到氧化石墨烯前体，将氧化石墨烯前体进行碳化，得到
定向排列氧化石墨烯基多孔光热材料，命名为GO
‑
1；
[0007]S3，亲水疏油氧化石墨烯基多孔光热材料的制备：将GO
‑
1浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，得到PDDA改性的GO
‑
1；将PDDA改性的GO
‑
1先后用海藻酸钠盐溶液和氯化钙溶液浸泡，获得Ca
2+
/藻酸盐水凝胶涂层；然后将Ca
2+
/藻酸盐水凝胶涂层的表面浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵中，最后浸入全氟辛酸钠中进行疏油改性，取出后干燥得到亲水疏油氧化石墨烯基多孔光热材料。
[0008]作为优选，步骤S2中，所述氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为1:1。
[0009]作为优选，步骤S2中，将混合物匀速放入液氮中进行冷冻时，速度为3
‑
5mm/min。
[0010]作为优选，步骤S2中，所述冷冻干燥具体为：
‑
50℃冷冻干燥3天。
[0011]作为优选，步骤S2中，所述碳化具体为：将氧化石墨烯前体匀速升温至200℃碳化2h，然后匀速冷却。
[0012]作为优选，步骤S2中，所述碳化具体为：将氧化石墨烯前体以2℃/min的速率匀速升温至200℃碳化2h，然后以2℃/min的速率匀速冷却。
[0013]步骤S3中，将GO
‑
1浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中的时间为18
‑
22min；将将PDDA改性的GO
‑
1浸泡在海藻酸钠盐溶液中的时间为2min，在氯化钙溶液中浸泡的时间为18
‑
22min；将Ca
2+
/藻酸盐水凝胶涂层的表面浸入PDDA溶液中的时间为2min，浸入全氟辛酸钠溶液中的时间为18
‑
22min。
[0014]本专利技术还提供可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料，是应用上述的方法制备得到的。
[0015]本专利技术还提供上述的可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料在海水淡化或在含油含染料废水净化处理中的应用。
[0016]作为优选，是将可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料置于海水或含油含染料废水中，进行阳光照射。
[0017]本专利技术首先以定向冷冻和简单碳化为主要手段，介绍了可高效产生太阳能蒸汽并具有对齐通道和疏油性的氧化石墨烯基多孔光热材料的合成方法。其次介绍了其在海水淡化和(含油或含染料)废水净化处理方面的应用。此外，本专利技术通过液氮定向冷冻获得有序结构，使材料具有良好的耐盐性，然后通过表面疏油改性制备疏油层，增加了材料的疏油性。超疏油性和高效的耐盐性使其表现出优异的太阳能蒸汽淡化性能。通过对其应用的研究，初步认为本专利技术中合成的可高效产生太阳能蒸汽并具有对齐通道和疏油性的氧化石墨烯基多孔光热材料具有较高的太阳能转换效率、优异的耐盐和抗污性能，在未来的海水淡化和(含油、含染料)废水净化处理方面具有一定的实际应用价值。
附图说明
[0018]附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：
[0019]图1为本专利技术的可高效产生太阳能蒸汽并具有对齐通道和疏油性的氧化石墨烯基多孔光热材料的制备路线图。
[0020]图2中，a，d为GO
‑
1的光学照片，b，c，e，f为GO
‑
1和GO
‑
2的扫描电子显微镜图。
[0021]图3中，a为GO
‑
1的压汞/挤压曲线图，b为GO
‑
1的大孔直径分布图。
[0022]图4为GO
‑
1、GO
‑
2在纯水中的润湿性及接触角和在含红油
‑
O染料的正十六烷中的疏油性及接触角。
[0023]图5中，a为在一个太阳，不含光热物质的纯水条件下，GO
‑
1在纯水中，GO
‑
2在20％氯化钠中，GO...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，hummers法制备氧化石墨烯；S2，定向排列氧化石墨烯基多孔光热材料的制备：将氧化石墨烯和聚乙烯醇用去离子水分别分散或溶解后混合均匀，氧化石墨烯和聚乙烯醇的质量比为0.5
‑
1.5:1，采用超声的方法去除气泡，之后将混合物匀速放入液氮中进行冷冻，得到固化产物，然后将固化产物在冷冻干燥机中进行冷冻干燥，得到氧化石墨烯前体，将氧化石墨烯前体进行碳化，得到定向排列氧化石墨烯基多孔光热材料，命名为GO
‑
1；S3，亲水疏油氧化石墨烯基多孔光热材料的制备：将GO
‑
1浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵溶液中，得到PDDA改性的GO
‑
1；将PDDA改性的GO
‑
1先后用海藻酸钠盐溶液和氯化钙溶液浸泡，获得Ca
2+
/藻酸盐水凝胶涂层；然后将Ca
2+
/藻酸盐水凝胶涂层的表面浸入聚二烯丙基二甲基氯化铵中，最后浸入全氟辛酸钠中进行疏油改性，取出后干燥得到亲水疏油氧化石墨烯基多孔光热材料。2.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：哈斯其美格，陈丽华，张禹晗，肖朝虎，苏小平，郭玉萍，
申请(专利权)人：西北民族大学，
类型：发明
国别省市：