CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法技术

本发明专利技术公开了CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对光热转换层的反面亲水改性，得到具有超疏水

Preparation of three-dimensional porous salt barrier interface evaporator with CNTs modified polyurethane sponge

【技术实现步骤摘要】
CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法


[0001]本专利技术属于太阳能驱动界面蒸发材料
，涉及CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法。

技术介绍

[0002]海水淡化与废水处理是解决世界上淡水资源短缺行之有效的方法。太阳能驱动的界面蒸发由于其无能耗和低成本被广泛认为是在不影响环境和不牺牲资源的情况下解决水资源短缺的可持续解决方案之一。基于光热转换纳米材料的新型太阳能界面蒸发，是近年来发展起来的用于解决淡水资源短缺的海水淡化技术。新型太阳能界面蒸发中太阳能收集和蒸汽产生都发生于在空气
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水界面的太阳能吸收器，通过太阳能吸收器将光热转换捕获的热能集中在空气
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水界面并用于加热表面的薄层水体，使水在低于沸点的温度下产生蒸汽。
[0003]尽管研究者已通过不同的方法使用不同的基质、光热材料成功制备出太阳能界面蒸发器，但是如何在太阳能界面蒸汽生成过程中提高太阳能利用率，降低热损失和减少盐沉积实现界面太阳能高效蒸发性依然具有很大挑战。然而，大部分研究工作集中在通过增强光吸收来提高太阳能利用率，但随着蒸发时间的延长蒸发器表面会沉积大量的盐结晶，堵住蒸汽溢出通道，这将造成低的蒸发速率。由于蒸发速率过快而反扩散太慢导致材料表面产生大量的盐沉积：一方面，会覆盖光吸收层，降低太阳能利用率。另一方面，沉积的盐结晶会堵住蒸汽溢出通道。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，通过喷涂和亲水改性的方式在海绵基底的厚度上制备出具有超疏水
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疏水
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亲水
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超亲水的润湿性梯度结构，解决了多孔材料内部充满大量水的问题，使其具有较小的热损失。
[0005]本专利技术所采用的技术方案是，CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对光热转换层的反面即聚氨酯海绵下表面进行亲水改性，得到具有超疏水
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疏水
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亲水
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超亲水结构的三维多孔阻盐界面蒸发器。
[0006]本专利技术的特点还在于，
[0007]将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层具体为：称取聚二甲基硅氧烷PDMS溶解在四氢呋喃溶液中，并水浴超声至PDMS完全溶解，得到PDMS/THF溶液；向PDMS/THF溶液加入碳纳米管CNTs水浴超声25min，至CNTs完全分散于PDMS/THF溶液中，得到CNTs/PDMS复合分散液；取CNTs/PDMS复合分散液喷涂在聚氨酯海绵上表面，制备出CNTs/PDMS/PU光热转换层作为光热转换层。
[0008]碳纳米管CNTs的羧基质量分数为1.55wt％，长度为10
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30μm，直径10
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30nm，纯度大于95wt％。
[0009]聚二甲基硅氧烷PDMS包括质量比为1:1
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10:1的PDMS预聚体和固化剂。
[0010]PDMS/THF溶液中聚二甲基硅氧烷PDMS与四氢呋喃溶液的质量比是0.1:100
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0.9:100；CNTs/PDMS复合分散液中PDMS/THF溶液与碳纳米管CNTs的质量比是100.1:0.1
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100.9:0.9。
[0011]CNTs/PDMS复合分散液的喷涂量为0.1273
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0.191g/cm2[0012]聚氨酯海绵采用疏水PU海绵。
[0013]采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对CNTs/PDMS光热转换层的反面亲水改性具体为，将PVA在磁力搅拌作用下完全溶解在95℃的蒸馏水中，得到PVA溶液，取PVA溶液喷涂在聚氨酯海绵下表面，并烘干，再将烘干的聚氨酯海绵下表面在PVA溶液中浸涂，得到三维多孔阻盐界面蒸发器。
[0014]聚乙烯醇PVA为1799型，醇解度为98％
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99％。
[0015]PVA溶液的质量浓度为1％
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5％，PVA溶液的喷涂量为0.8025
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3.210g/cm2，PVA溶液的浸涂时间为1
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5h。
[0016]本专利技术的有益效果是：
[0017]本专利技术CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，通过光热转化层将太阳光转化为热量，在蒸发过程中蒸发器表面可达70℃以上，使其具有较高的光热转换效率，同时设计的润湿性梯度结构可以有效针对蒸发作用产生的盐沉积问题和热损失问题，当蒸发速率过快而反扩散太慢就会导致材料表面产生大量的盐沉积，不仅会堵塞蒸发过程中蒸汽溢出通道而且会覆盖光吸收层，造成光吸收率和蒸发速率降低。润湿性梯度结构通过控制水的输送速度和蒸发速率保持一致来达到减少盐沉积问题和热损失；并且超疏水表面在空间上将盐结晶、水蒸发和光吸收表面隔开，保持了高吸光性、高蒸发速率以及高阻盐特性。将该喷涂CNTs改性聚氨酯海绵制备的三维多孔阻盐界面蒸发器用于海水淡化领域主要是通过解决盐沉积问题来提高蒸发速率；该蒸发器对太阳光的吸收率高达97％，且在干燥环境材料表面温度可达89.8℃(1个光强)，在水中材料表面温度可达71.4℃，蒸发速率可达2.26kg/m
2 h，蒸发器四周沉积的盐结晶在去除光源后自动溶解或者对盐结晶进行收集，不仅用于海水淡化还可以用于重金属废水和生活污水处理；该蒸发器成本低廉，易扩展，可为淡水资源短缺且能源匮乏的地区解决用水难题，应用前景广泛。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1制备的光热转换层以及光热转换层的反面；
[0019]图2是本专利技术实施例1所制备一种CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的表面形貌；
[0020]图3是本专利技术实施例1所制备的蒸发器样品在模拟一个太阳光强照射下进行蒸发时表面的热红外图像；
[0021]图4是本专利技术实施例1所制备的蒸发器样品在模拟一个太阳光强照射下进行蒸发时水体的热红外图像；
[0022]图5是本专利技术实施例4所制备的蒸发器样品在模拟一个太阳光强照射下进行连续
24h蒸发时盐沉积照片。
具体实施方式
[0023]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0024]本专利技术CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs的宽波段和高吸光率(＞95％)并且能立即将太阳光转化为热的特性，作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，其特征在于，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对光热转换层的反面即聚氨酯海绵下表面进行亲水改性，得到具有超疏水
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疏水
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亲水
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超亲水结构的三维多孔阻盐界面蒸发器。2.根据权利要求1所述的CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，其特征在于，所述将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层具体为：称取聚二甲基硅氧烷PDMS溶解在四氢呋喃溶液中，并水浴超声至PDMS完全溶解，得到PDMS/THF溶液；向PDMS/THF溶液加入碳纳米管CNTs水浴超声25min，至CNTs完全分散于PDMS/THF溶液中，得到CNTs/PDMS复合分散液；取CNTs/PDMS复合分散液喷涂在聚氨酯海绵上表面，制备出CNTs/PDMS/PU光热转换层作为光热转换层。3.根据权利要求2所述的CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，其特征在于，所述碳纳米管CNTs的羧基质量分数为1.55wt％，长度为10
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30μm，直径10
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30nm，纯度大于95wt％。4.根据权利要求2所述的CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，其特征在于，所述聚二甲基硅氧烷PDMS包括质量比为1:1
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10:1的PDMS预聚体和固化剂。5.根据权利要求2所述的CNTs改性...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭小静，王兴，薛朝华，吴永刚，王慧迪，黄梦晨，马超群，
申请(专利权)人：陕西科技大学，
类型：发明
国别省市：