一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料及其制备方法、蒸汽生成器与应用技术

本发明专利技术属于光热转换材料制备技术领域，具体公开一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料及其制备方法、蒸汽生成器与应用。所述光热转换材料由高硅氧玻璃纤布基体以及包覆在该纤维布表面的碳质层组成。所述制备方法包括如下步骤：（1）在隔氧条件下，用携带有碳质前驱体的气流吹扫高硅氧玻璃纤维，从而使碳质前驱体附着在高硅氧玻璃纤维表面，得光热转换材料前驱体。（2）在气流吹扫的同时对所述光热转换材料前驱体碳化处理，即得。本发明专利技术通过简单化学沉积的方法制备了碳材料包覆的高硅氧纤维光热转换材料，氧化硅和碳复合材料不但表现出对酸、碱以及生物污染的高稳定性，同时具有良好的水蒸发性能，拓宽了光热盐水淡化以及污水淡化的使用范围。化的使用范围。化的使用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料及其制备方法、蒸汽生成器与应用


[0001]本专利技术属于光热转换材料制备
，具体涉及一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料及其制备方法、蒸汽生成器与应用。

技术介绍

[0002]公开该
技术介绍
部分的信息旨在增加对本专利技术总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
[0003]淡水短缺是人类社会特别是发展中国家和偏远地区需要紧急解决的问题之一。而海水淡化是临海和岛屿国家解决淡水紧缺的策略之一。迄今为止，各种方法例如反渗透过滤，膜蒸发等技术已被应用于海水淡化。最近开发利用太阳能绿色低能耗海水淡化成为研究热点。通过光热材料有效地将太阳光转化为热能，将海水蒸发后冷凝为液体制备淡水，该技术具有非常低的成本。例如，公布号CN111336699B的专利通过将亚麻纤维编织成网状结构，经过蜡烛灰和聚氨酯分散喷涂后制备了一种亚麻纤维基光热转换材料。
[0004]到目前为止，已经开发了多种材料作为太阳能蒸汽发电的光热转换材料，如碳基材料、金属纳米颗粒、气凝胶和多孔聚合物。光热转换材料的研究主要围绕下面几个方面：第一，宽波段的太阳光谱吸收，实现高的太阳
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热转换效率。第二，能够在蒸发区域局部加热，使热量损失最小。第三，允许通过毛细效应持续供水，以实现持续蒸发。需要强调的是，除了高的光热转换性能，光热转换材料的稳定性和宽的适用范围是这类材料真正实现产业化应用所必需。然而，现有的这几类光热转换材料仍然存在以下方面的问题：例如，碳材料具有较高的稳定性，但是碳材料机械性能较差。而有机高分子聚吡咯、聚苯胺等材料的抗生物污染性较差。金属基材料在高盐度水中容易受到腐蚀。

技术实现思路

[0005]针对上述的问题，提高光热转换材料的稳定性、机械强度，如强酸强碱耐腐蚀性，高盐度溶液抗侵蚀性，抗生物污染的性能，材料的拉伸强度和抗摩擦等，是光热转换材料真正实现产业化应用所必须解决的问题。为实现上述目的，本专利技术提供一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料及其制备方法、蒸汽生成器与应用，其具体技术方案如下所述：在本专利技术的第一方面，提供一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料，其包括高硅氧玻璃纤维基体以及包覆在该基体表面的碳质层。
[0006]进一步地，所述基体为高硅氧玻璃纤维编织而成的纤维布，所述碳质层覆盖在该纤维布的表面，形成柔性的平面光热转换材料。
[0007]进一步地，所述纤维布厚度0.06~3mm，优选地，所述高硅氧玻璃纤维的氧化硅含量>92wt%。
[0008]进一步地，所述纤维布的编织类型包括二维平纹编织、二维斜纹编织、二维缎纹编织等中的任意一种。
[0009]进一步地，所述高硅氧玻璃纤维束的原丝数量在1K~12K之间可选，如1 K、3 K、6K、12K等中的任意一种。
[0010]在本专利技术的第二方面，提供一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的制备方法，包括如下步骤：（1）在隔氧条件下，用携带有碳质前驱体的气流吹扫高硅氧玻璃纤维，从而使碳质前驱体附着在高硅氧玻璃纤维表面，得光热转换材料前驱体。
[0011]（2）在气流吹扫同时对所述光热转换材料前驱体进行碳化处理，即得。
[0012]进一步地，步骤（1）中，所述碳质前驱体包括芳香族聚合物，优选地，所述芳香族聚合物包括苯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯基咪唑、乙烯基咪唑共聚物等中的至少一种。这些芳香族聚合物的分解温度较低，经过加热处理后挥发成气态物质，随气流吹扫后可以均匀地附着在高硅氧玻璃纤维的表面。
[0013]进一步地，步骤（1）中，所述气流包括氮气、惰性气体等中的任一种，所述高硅氧玻璃纤维位于所述气流中，从而同时创造了隔氧条件。
[0014]进一步地，步骤（1）中，所述吹扫的工艺为：气体流速在5~30mL/min，并吹扫至碳化处理结束。
[0015]进一步地，步骤（2）中，所述碳化处理在所述5~30mL/min的气流吹扫速率条件下进行。
[0016]进一步地，步骤（2）中，所述碳化处理的温度为600~1000℃，时间为1~20小时。经过高温焙烧后，附着在高硅氧玻璃纤维的表面的碳质前驱体形成碳质层，即为碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料。
[0017]在本专利技术的第三方面，提供一种蒸汽生成器，其包括漂浮层、吸水层和光热转换层。其中：所述吸水层固定在漂浮层上，且吸水层至少延伸至漂浮层的下表面处，所述光热转换层固定在吸水层上，且所述光热转换层的材质为本专利技术提供的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料。
[0018]进一步地，所述漂浮层的材质包括泡沫、憎水性木块、中空的塑料等中的任意一种，其主要作用是作为负载物将水层和光热转换层漂浮在待淡化的水面上。
[0019]进一步地，所述吸水层包括无纺布、海绵、聚乙烯醇等中的任意一种。所述吸水层的主要作用是将待淡化的水吸引至光热转换层处，再利用光热转换层产生的热量进行蒸发，实现水的淡化。
[0020]在本专利技术的第四方面，提供所述碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料、蒸汽生成器在海洋工程等领域中的应用，如将该材料制成海水淡化装置进行海水淡化。
[0021]相较于现有技术，本专利技术具有以下方面的有益效果：（1）本专利技术通过简单化学沉积的方法制备了碳材料包覆的高硅氧纤维光热转换材料，氧化硅和碳复合材料不但表现出对酸、碱以及生物污染的高稳定性，同时具有良好的水蒸发性能，拓宽了光热盐水淡化以及污水淡化的使用范围。
[0022]（2）硅氧玻璃纤维主要成分为高氧硅（SiO2），其具有高热稳定性（连续耐温温度可达1000℃）和化学稳定性（优异的耐盐水腐蚀性和抗生物污染性）；同时高硅氧纤维布具有非常强的拉伸强度和耐摩擦性。而碳同样具有高耐盐水腐蚀性和抗生物污染性，同时碳具有强吸光性，具备高效的太阳
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热转换效率。因此，将硅氧玻璃纤维和碳材料相结合后，能够
有效发挥基体的机械强度优势和碳包覆层的高效的太阳
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热转换效率，得到兼具高稳定性、机械强度和光热转换效率的复合材料。
[0023]（3）本专利技术在硅氧玻璃纤维上包覆碳层后，有效克服了高硅氧玻璃材料呈现白色而导致的反射光能力较强影响光吸收的问题，因为包覆在硅氧玻璃纤维上的碳层呈黑色，其相对于其他颜色能够更加有效地吸收太能光，促进太阳
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热转换效率。
附图说明
[0024]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。以下，结合附图来详细说明本专利技术的实施方案，其中：图1是第一实施例采用的高硅氧玻璃纤维布的以及在其基础上制备的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的效果图。
[0025]图2是第一实施例制备的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的EDS图谱以及元素分布图。
[0026]图3是第一实施例制备的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的不同本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料，其特征在于，包括高硅氧玻璃纤维基体以及包覆在该基体表面的碳质层。2.根据权利要求1所述的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料，其特征在于，所述基体为高硅氧玻璃纤维编织而成的纤维布，所述碳质层覆盖在该纤维布的表面，形成柔性的平面光热转换材料。3.根据权利要求2所述的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料，其特征在于，所述纤维布厚度0.06~3mm，优选地，所述高硅氧玻璃纤维的氧化硅含量>92wt%。4.根据权利要求2或3所述的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料，其特征在于，所述纤维布的编织类型包括二维平纹编织、二维斜纹编织、二维缎纹编织等中的任意一种；优选地，所述高硅氧玻璃纤维束的原丝数量为1K~12K。5.一种碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在隔氧条件下，用携带有碳质前驱体的气流吹扫高硅氧玻璃纤维，从而使碳质前驱体附着在高硅氧玻璃纤维表面，得光热转换材料前驱体；（2）在气流吹扫的同时对所述光热转换材料前驱体碳化处理，即得。6.根据权利要求5所述的碳包覆高硅氧玻璃纤维光热转换材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述碳质前驱体包括芳香族聚合物，优选地，所述芳香族聚合物包括苯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯基咪唑、乙烯基咪唑共聚物中的至少一种；优选地，步骤（1）中，所述气流包括氮气、惰性气体中的任一种，所述高硅氧玻...

【专利技术属性】
技术研发人员：岳明波，张瑛，李雯鑫，韩科玉，李宜霏，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：