光热转换材料及其制备方法和应用以及海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法技术

本发明专利技术涉及光转换领域，公开了光热转换材料及其制备方法和应用以及海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法，该光热转换材料含有面粉固化材料和碳材料，所述光热转换材料在200

【技术实现步骤摘要】
光热转换材料及其制备方法和应用以及海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法


[0001]本专利技术涉及光转换领域，具体涉及一种光热转换材料及其制备方法和应用以及海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法。

技术介绍

[0002]进入二十一世纪，伴随着世界人口和全球工业化进程的快速增长，能源与环境问题日益突出，特别是全球的淡水资源危机，已经刻不容缓。水资源的缺乏使海水淡化技术的研发更加紧迫。由于传统的化石能源储量有限、不可再生以及利用过程中会对环境造成巨大污染，传统的脱盐技术，如反渗透、电渗析和离子交换，因其本身不可忽视的高能耗及低效率等问题，已经不能满足人类集约型社会发展的要求。因此对清洁能源的利用是人类发展的必由之路，从中国国情出发，情况更是如此，在我国广大农村、孤岛等地区至今仍普遍缺乏电力，因此开发新能源进行海水淡化必将是未来发展的趋势。
[0003]太阳能作为一种“取之不尽，用之不竭”的清洁能源，既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源，减少污染的时代。太阳能已经在很多能源转换方面得以利用，一是光热转换，将太阳能转换成热能，如利用太阳能集热器对水进行加热。二是光催化，将太阳能转换成化学能，例如利用太阳光进行光解水产生氢气。三是光伏电池，将太阳能转换成电能，例如硅太阳能电池和钙钛矿电池。
[0004]利用太阳能进行海水淡化可同时满足节能和环保的要求。太阳能海水淡化技术与常规方式相比具有许多新特点：可独立运行，不受蒸汽、电力等条件限制，无污染、低能耗，运行安全稳定可靠，不消耗石油、天然气、煤炭等常规能源，对能源紧缺、环保要求高的地区有很大应用价值；其次是生产规模可有机组合，适应性好，投资相对较少，产水成本低，具备淡水供应市场的竞争力。
[0005]作为光热转换技术中最为重要的光热吸收材料，应该满足以下几个条件：(1)较高且宽频的光吸收；(2)光热转换效率高；(3)向周围环境较少的热损失；(4)亲水性以及(5)有效的水通道。太阳能是理想的清洁能源，而之所以迟迟无法非常有效地利用起来，其中一个非常关键的因素在于：太阳光能量密度很低(1000W/m2)。对于光热产生蒸汽而言，为了提高光热转化效率，一般都需要加一个聚光器将光的能量密度提高10-1000倍，而聚光器一般造价都很昂贵。如果不使用聚光器的同时，能够高效产生水蒸汽，将极大地拓展光热转换的应用前景。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种光热转换材料及其制备方法和应用以及海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法。本专利技术提供的光热转换材料具有优异的光吸收特性，在光照下，具有高效的光热转换效率。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术第一方面提供一种光热转换材料，该光热转换材料含有面粉固化材料和碳材料，所述光热转换材料在200-2500nm波段的吸光度不低于95％，且所述光热转换材料具有多级孔结构。
[0008]优选地，所述光热转换材料具有7-20nm的纳米孔和7-500μm的微米孔。
[0009]优选地，所述光热转换材料的密度为0.1-0.4g/cm3。
[0010]本专利技术第二方面提供一种光热转换材料的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0011](1)将面粉、碳粉、发泡剂和水进行混合，得到发泡材料；
[0012](2)将所述发泡材料进行高温固化，得到光热转换材料。
[0013]优选地，面粉与碳粉的质量比为1-5000:1，优选为100-1000:1。
[0014]优选地，面粉与发泡剂的质量比为1-200:1，优选5-100:1。
[0015]优选地，面粉与水的质量比为1-10:1，更优选为2-5:1。
[0016]本专利技术第三方面提供上述制备方法制得的光热转换材料。
[0017]本专利技术第四方面提供上述光热转换材料在海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯中的应用。
[0018]本专利技术第五方面提供一种海水淡化、污水处理、水净化或溶液提纯的方法，该方法包括：将上述光热转换材料漂浮于待处理水的水面上或者待处理溶液的液面上，在光照条件下进行光热转换。
[0019]本专利技术提供的光热转换材料具有高效的光热转换效率：如在100-10000W/m2的辐射下，该材料均可以产生水汽并冷凝成水，具有优异的光热转换效果；另外，该材料可循环使用，不受待处理海水浓度和水量的影响。本专利技术提供的光热转换材料可在多种波段的光下进行光热转换。基于这些特性，本专利技术提供的光热转换材料可以被用于太阳能吸收和转换。
附图说明
[0020]图1是本专利技术实施例1提供的光热转换材料的扫描电镜图；
[0021]图2是本专利技术实施例1提供的光热转换材料的接触角测试图；
[0022]图3是本专利技术实施例1提供的光热转换材料在氙灯照射下的产生水汽的质量曲线；
[0023]图4是本专利技术实施例1提供的光热转换材料在不同光照强度下的水蒸汽产生速率；
[0024]图5是采用光热转换材料进行海水淡化和污水处理的装置模型；
[0025]图6是本专利技术实施例1提供的光热转换材料的海水淡化效果图；
[0026]图7是本专利技术实施例2提供的光热转换材料的海水淡化效果图；
[0027]图8是本专利技术实施例3提供的光热转换材料的海水淡化效果图；
[0028]图9是本专利技术实施例4提供的光热转换材料的海水淡化效果图；
[0029]图10是本专利技术实施例5提供的光热转换材料的海水淡化效果图；
[0030]图11是本专利技术实施例6提供的光热转换材料的污水处理效果图；
[0031]图12是本专利技术实施例7提供的光热转换材料的污水处理效果图；
[0032]图13是本专利技术实施例1提供的光热转换材料的循环性能测试图。
具体实施方式
[0033]在本文中所披露的范围的端点和任何值都不限于该精确的范围或值，这些范围或值应当理解为包含接近这些范围或值的值。对于数值范围来说，各个范围的端点值之间、各个范围的端点值和单独的点值之间，以及单独的点值之间可以彼此组合而得到一个或多个新的数值范围，这些数值范围应被视为在本文中具体公开。
[0034]本专利技术第一方面提供一种光热转换材料，该光热转换材料含有面粉固化材料和碳材料，所述光热转换材料在200-2500nm波段的吸光度不低于95％，且所述光热转换材料具有多级孔结构。
[0035]根据本专利技术，优选地，所述光热转换材料具有7-20nm的纳米孔和7-500μm的微米孔。进一步优选地，7-20nm的纳米孔的孔体积占总孔体积的5-40％，优选为10-30％；更进一步优选地，7-500μm的微米孔的孔体积占总孔体积的60-95％，优选为70-90％。具有上述优选孔结构的光热转换材料，微米孔有利于水的传输，纳米孔有利于水的蒸发。
[0036]在本专利技术中，所述光热转换材料纳米孔和微米孔的孔体积本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热转换材料，该光热转换材料含有面粉固化材料和碳材料，所述光热转换材料在200-2500nm波段的吸光度不低于95％，且所述光热转换材料具有多级孔结构。2.根据权利要求1所述的光热转换材料，其中，所述光热转换材料具有7-20nm的纳米孔和7-500μm的微米孔；优选地，7-20nm的纳米孔的孔体积占总孔体积的5-40％，优选为10-30％；优选地，7-500μm的微米孔的孔体积占总孔体积的60-95％，优选为70-90％；优选地，所述光热转换材料的孔隙率为60％以上，优选为80-99％；优选地，所述光热转换材料的比表面积为50-100m2/g，优选为80-100m2/g。3.根据权利要求1所述的光热转换材料，其中，所述光热转换材料在200-2500nm波段的吸光度为95-99％，优选为98-99％；优选地，所述光热转换材料的热导率为0.1-0.6W m-1
K-1
，优选为0.1-0.2W m-1
K-1
；优选地，所述光热转换材料具有亲水表面，所述光热转换材料进行水接触角测试时，能够在90ms内将水吸收；优选地，所述光热转换材料的密度为0.1-0.4g/cm3，优选为0.2-0.3g/cm3。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的光热转换材料，其中，所述面粉固化材料与所述碳材料的质量比为1-5000:1，优选为100-1000:1；优选地，所述面粉固化材料通过面粉经发泡、固化得到；优选地，所述碳材料选自活性炭、炭黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种；优选地，所述石墨烯为单层和/或少层石墨烯；优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管。5.一种光热转换材料的制备方法，该方法包括以下步骤：(1)将面粉、碳粉、发泡剂和水进行混合，得到发泡材料；(2)将所述发泡材料进行高温固化，得到光热转换材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其中，所述面粉选自高筋面粉、中筋面粉和低筋面粉中的至少一种；优选地，所述碳粉选自活性炭、炭黑、石墨烯和碳纳米管中的至少一种；优选地，所述石墨烯为单层和/或少层石墨烯；优选地，所述碳纳米管为单壁碳纳米管和/或多壁碳纳米管；优选地，所述发泡剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨扬，赵曼，刘畅，
申请(专利权)人：自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所，
类型：发明
国别省市：