一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法，具体步骤如下：步骤1：用剪刀将大块的玄武岩纤维布裁剪小块，方便后续实验；步骤2：配置外源注射的碳源溶液，称取二茂铁于邻二氯苯中，搅拌至溶解完全；步骤3：将步骤1中的玄武岩纤维布平铺于石英舟上，通入氩气，升温；步骤4：对玄武岩纤维

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法


[0001]本专利技术涉及碳纳米管
，具体为一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法。

技术介绍

[0002]近些年，受自然环境的污染、人为浪费的影响，我国可利用的淡水资源越发稀少。人类破坏环境、不当利用自然资源，导致全球气候变暖，影响降水量，加剧淡水资源短缺。人类要想得到足够生存的淡水资源，除了节约用水，还需要寻找获取淡水资源的新方法。受自然蒸发的启发，太阳能蒸发作为一种无处不在的光热转换过程，以其高效的太阳能转换效率和巨大的产业潜力吸引了人们极大的关注。以太阳光为能源的太阳能蒸发技术正在成为一种有前途的、对环境无害的解决方案。然而，当前的太阳能蒸发技术存在稳定性差，材料成本高以及制造工艺复杂的困扰。玄武岩纤维具有原料储量丰富、易于制备、热理化稳定性好、环境友好等综合优势。因此，本项工作对玄武岩纤维进行了改性，制备出一种廉价绿色的复合纤维材料用于太阳能水蒸发。我们在玄武岩纤维表面引入碳纳米管作为光热原件，提出了一种新的改性方法：在玄武岩纤维布表面原位生长碳纳米管，通过碳纳米管的物理缠结形成一种具有自支持的多孔稳定性结构。生长碳纳米管大大增加了玄武岩的比表面积，同时也增强了玄武岩界面的相互作用和光热性能。
[0003]碳纳米管(CNTs)是一种具有各向异性的管状一维纳米材料，其长径比非常大，沿其轴向的传热能力非常强。CNTs自发现来就以优异的传热性能和高热导率而受到广泛关注，被认为是最有应用潜力的新型纳米材料，并有望在众多领域得到广泛应用。碳纳米管能够与多种结构材料实现有效的组装复合，进而形成具备实际功能的光热转换器件。此外，碳纳米管相较于其他光热材料体系而言，自然储量丰富、制备成本相对降低、环境影响小且对太阳光具有极高的吸收效率与较宽的激发波长范围。得益于其独特的天然优势，碳纳米管已成为当前光热转换材料的研究热点。但就目前研究进展来看，还没有人对将玄武岩纤维和碳纳米管进行界面结合用于太阳能水蒸发。
[0004]由于玄武岩纤维的直径只有微米量级且只在紫外和近红外波段有较好的光吸收，极大地限制了它在水蒸发领域的应用。因此，在本专利技术中，我们通过引入碳纳米管作为光热元件，利用玄武岩纤维制备出一种具有多级结构的材料。首先，我们将市面上买到的大块玄武岩纤维布裁剪成小块，然后使用外源注射法使玄武岩纤维表面原位生长碳纳米管。碳纳米管会对玄武岩纤维布进行缠结和包覆，形成独特的多级结构使得光相干长度增加，在其表面任意角度捕获的光都可以在内部发生多次反射，保证能量的充分吸收，减少光的耗散，因而可以提高整体水蒸发效率。本专利技术的创新之处在于使用玄武岩表面的金属纳米颗粒作为催化剂，在玄武岩表面直接原位进行碳纳米管的生长，制备出具有优异水蒸发性能的三维玄武岩宏观体，这既可以拓宽玄武岩纤维的应用领域，又可以解决太阳能蒸发技术存在的制造工艺复杂、材料成本高等问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法，该用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法具体步骤如下：
[0006]步骤1：用剪刀将大块的玄武岩纤维布裁剪小块，方便后续实验；
[0007]步骤2：配置外源注射的碳源溶液，称取二茂铁于邻二氯苯中，搅拌至溶解完全；
[0008]步骤3：将步骤1中的玄武岩纤维布平铺于石英舟上，通入氩气，升温，同时打开加热带加热至250℃，当温度升至860℃时开启精密注射泵，将碳源通过毛细管注入石英管内，调整H2、Ar的流速，作为载气将汽化后的碳源溶液带至反应区进行碳纳米管海绵的生长，生长时间为4h；
[0009]步骤4：对玄武岩纤维
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碳纳米管海绵复合材料进行亲水处理，通过真空泵使等离子体腔体内变成真空环境，使用等离子体清洗机对材料表面进行等离子体处理，完成制备。
[0010]优选的，步骤1中所述小块玄武岩纤维布的大小为3.6*3.2cm。
[0011]优选的，步骤2所述外源注射的碳源溶液的浓度为0.06g/moL。
[0012]优选的，步骤3中所述引入氩气是为了排出石英管中的空气，使其处在惰性气体环境中，难溶于水，所述通入氩气的速率为100mL/min，升温速率为10℃/min，所述通过毛细管将碳源注射入石英管内的速度为0.13mL/min，所述调整H2的流速为200mL/min，调整Ar的流速为1600mL/min。
[0013]优选的，步骤3中所述引入氩气为压缩氩气，产品纯度≥99.99％，熔点为
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189.2℃，沸点为185.7℃，无色无味惰性气体使用无缝钢瓶贮存，微溶于水，所述引入氢气为压缩氢气，产品纯度≥99.99％，熔点为
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259.2℃，沸点为
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252.8℃，无色无味气体使用无缝钢瓶贮存。
[0014]优选的，步骤4中所述等离子体选用300W的功率，对样品进行处理的时间为5min，所述等离子体选用的气体为氧气，等离子体清洗机工作时，真空环境中的真空度大约为为0.3
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0.4mbar。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用玄武岩纤维为模板，碳纳米管海绵作为光热元件，工艺简单、材料成本低，为玄武岩纤维
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碳纳米管海绵复合材料的制备提供了新思路，在太阳能水蒸发方面具有广泛应用，生长碳纳米管海绵后的玄武岩纤维布与纯玄武岩纤维布相比，水蒸发性能提高。生长碳纳米管海绵之前，玄武岩纤维布水蒸发的速率为0.82kg/m2h，生长碳纳米管海绵之后，速率提高到0.91kg/m2h。
附图说明
[0016]图1为玄武岩纤维布SEM图像；
[0017]图2为生长碳纳米管海绵后的玄武岩纤维布SEM图像；
[0018]图3为光照下纯水、玄武岩纤维布和生长碳纳米管海绵的玄武岩纤维布表面温度随时间的变化曲线；
[0019]图4为光照下纯水、玄武岩纤维布和生长碳纳米管海绵的玄武岩纤维布水蒸发的重量随时间的变化曲线。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0021]实施例1：
[0022]步骤1：用剪刀将大块的玄武岩纤维布裁剪成3.6*3.2cm的小块纤维布，方便后续实验。
[0023]步骤2：取3g二茂铁(Ferrocene,Fe(C5H5)2)于50mL邻二氯苯(Orthodichlorobenzene，C7H6Cl2)中，搅拌至溶解完全，配置成0.06g/moL外源注射的碳源溶液。
[0024]步骤3：将步骤1中的玄武岩纤维布平铺于石英舟上，通入100mL/min氩气排尽管内空气，以10℃/min升温，同时打开加热带加热至250℃，当温度升至860℃时开启精密注射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法，其特征在于：该用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法具体步骤如下：步骤1：用剪刀将大块的玄武岩纤维布裁剪小块，方便后续实验；步骤2：配置外源注射的碳源溶液，称取二茂铁于邻二氯苯中，搅拌至溶解完全；步骤3：将步骤1中的玄武岩纤维布平铺于石英舟上，通入氩气，升温，同时打开加热带加热至250℃，当温度升至860℃时开启精密注射泵，将碳源通过毛细管注入石英管内，调整H2、Ar的流速，作为载气将汽化后的碳源溶液带至反应区进行碳纳米管海绵的生长，生长时间为4h；步骤4：对玄武岩纤维
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碳纳米管海绵复合材料进行亲水处理，通过真空泵使等离子体腔体内变成真空环境，使用等离子体清洗机对材料表面进行等离子体处理，完成制备。2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法，其特征在于：步骤1中所述小块玄武岩纤维布的大小为3.6*3.2cm。3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维原位生长碳纳米管海绵制备方法，其特征在于：步骤2所述外源注射的碳源溶液的浓度为0.06g/moL。4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能水蒸发的玄武岩纤维...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金阳，李佳阳，周祚万，王祯瑜，王滨，陶文灿，王玺，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：