PBAT多孔海绵及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于光热材料制备技术领域，公开了PBAT多孔海绵及其制备方法和应用。本发明专利技术采用非溶剂热致相分离法制备了具有多级多孔结构的PBAT多孔海绵支架，然后采用原位聚合对PBAT多孔海绵进行亲水改性得到PDA@PBAT多孔海绵，利用浸涂法在多孔海绵的表面均匀附着一层MXene，得到MXene/PDA@PBAT多孔海绵。以本申请MXene/PDA@PBAT多孔海绵制备太阳能蒸发器蒸发效率高，脱盐、净化效率高，稳定性好，可避免长时间使用出现盐析现象造成的蒸发效率下降问题。而且本申请MXene/PDA@PBAT多孔海绵材料安全环保，可完全降解，对环境十分友好。对环境十分友好。对环境十分友好。

【技术实现步骤摘要】
PBAT多孔海绵及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于光热材料制备
，具体涉及PBAT多孔海绵及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的高速发展，人口快速增长和环境污染加剧，水资源的短缺问题日益严重。尽管地球表面的70％被水覆盖，但淡水仅占其中的2.5％，且大部分存在于极地和高山的冰雪之中，无法直接取用。利用海水脱盐淡化和污水净化是弥补水资源缺口的一个有效途径。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁能源，利用太阳能直接加热水产生蒸汽，对海水进行脱盐和污水净化，是最直接且最符合可持续发展要求的途径。
[0003]基于此，近年来太阳能蒸发器广泛发展。与传统的脱盐方式相比，太阳能蒸发器具有蒸发速率快、蒸发效率高、制作成本低、无需额外供能等优点。然而，尽管大多数太阳能蒸发器都能在一段时间内稳定工作，其在废弃后如何无害化处理是个需要考虑的问题。目前大多数太阳能蒸发器采用不可降解的聚合物为原材料制备的无纺布、泡沫等材料为基体制备而来。这些基体材料虽具有优异的性能，且价格低廉、易于获得，但当太阳能蒸发器失效废弃时，这些基体材料将会对环境带来威胁。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的在于提供PBAT多孔海绵及其制备方法和应用。
[0005]基于上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]本专利技术第一方面提供了一种PDA@PBAT多孔海绵，所述PDA@PBAT多孔海绵为多巴胺原位聚合于PBAT多孔海绵上形成聚多巴胺包覆的PBAT多孔海绵。
[0007]优选地，所述PBAT多孔海绵由以下步骤制成：
[0008](1)将PBAT的均相溶液在0～5℃下进行初步相分离，得到初步相分离溶液；然后将初步相分离溶液在
‑
20～
‑
10℃下进行完全相分离，得到PBAT冷冻样品；
[0009](2)将步骤(1)得到的PBAT冷冻样品进行冷冻干燥，得到PBAT多孔海绵。
[0010]更加优选地，步骤(1)中所述PBAT的均相溶液的制备步骤具体为：将PBAT粒料加入混合溶剂中加热搅拌至完全溶解，得到PBAT的均相溶液。更加优选地，所述加热方式为水浴加热，加热温度为65℃。
[0011]更加优选地，所述混合溶剂为1,4
‑
二氧六环和乙醇。
[0012]更加优选地，所述1,4
‑
二氧六环在混合溶剂中的体积分数为80％～95％。
[0013]优选地，所述PBAT的均相溶液中PBAT浓度为40～80mg/mL。
[0014]更加优选地，所述步骤(1)中初步相分离处理时间为0.5～2h，完全相分离处理时间为6～24h。
[0015]更加优选地，步骤(2)中所述冷冻干燥条件为：冷阱温度
‑
80℃，真空度小于200Pa，
时间24～72h(视样品量而定)。
[0016]本专利技术第二方面提供了一种上述第一方面所述的PDA@PBAT多孔海绵的制备方法，包括以下步骤：将PBAT多孔海绵加入弱碱性溶液中，搅拌至PBAT多孔海绵充分浸润；然后向弱碱性溶液中加入盐酸多巴胺搅拌反应6～12h，最后将PBAT多孔海绵取出烘干，得到PDA@PBAT多孔海绵。
[0017]优选地，所述弱碱性溶液的制备方法为：将Tris加入乙醇水溶液中，调节pH为弱碱性，即得弱碱性溶液。更加优选地，调节pH为8～9。
[0018]更加优选地，Tris在乙醇水溶液的浓度为1.2g/L。
[0019]更加优选地，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为20％～50％。
[0020]更加优选地，所述盐酸多巴胺在弱碱性溶液中的浓度为2～4g/L。
[0021]本专利技术第三方面提供了一种MXene/PDA@PBAT多孔海绵的制备方法，包括以下步骤：采用喷涂或浸渍的方法将MXene分散液负载到上述第一方面所述的PDA@PBAT多孔海绵上。更加优选地，所述浸渍步骤具体为：将PDA@PBAT多孔海绵放入MXene分散液中，搅拌6～12h后烘干，即得MXene/PDA@PBAT多孔海绵。
[0022]MXene作为一种光吸收剂，理论上可以替换为任何一种光吸收剂，只是后续蒸发效果的区别。优选地，所述MXene的结构式为Ti3C2、Ti3C2T
x
、Ti2CT
x
或Nb2CT
x
，其中，T为MXene表面的官能团，x为官能团的数量。更加优选地，所述MXene为Ti3C2。
[0023]优选地，所述MXene分散液是将MXene粉末均匀分散至混合溶液中制备而成。更加优选地，所述MXene分散液中MXene的浓度为2～5mg/mL。
[0024]优选地，所述混合溶液为乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇的体积分数为20％～50％。
[0025]更加优选地，所述分散处理的具体步骤是：超声细胞粉碎机超声处理0.5～1h。
[0026]本专利技术第四方面提供了利用上述第三方面所述的制备方法制备的MXene/PDA@PBAT多孔海绵产品。
[0027]本专利技术第五方面提供了上述第一方面所述的PDA@PBAT多孔海绵或上述第四方面所述的MXene/PDA@PBAT多孔海绵在太阳能蒸发器中的应用。
[0028]优选地，所述PBAT多孔海绵应用于太阳能蒸发器时，其大孔孔径为50～200μm，小孔嵌在大孔孔壁上且孔径为5～20μm。
[0029]采用本申请制备的MXene/PDA@PBAT多孔海绵应用于太阳能蒸发器时，太阳能蒸发器的其中一种结构为：所述太阳能蒸发器包括太阳光吸收层、隔热层和输水结构；其中，所述隔热层上表面设有太阳光吸收层，所述太阳光吸收层为本申请制备的MXene/PDA@PBAT多孔海绵；所述隔热层上均布有1个或多个通孔，所述通孔内穿设有输水结构；所述输水结构包括吸水棉芯，可利用毛细作用将海水和/或废水运输至多孔海绵中进行光热转换并蒸发，通过收集冷凝水达到淡化海水和/或废水无害化处理的目的。
[0030]与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：
[0031](1)本专利技术制备的太阳能蒸发器所用材料采用聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯(PBAT)多孔海绵作为支撑骨架，通过聚多巴胺(PDA)改性提高其亲水性，以MXene作为光吸收剂使其具有光热转换蒸发水的能力。以此种材料制备的基于MXene/PDA@PBAT的可降解太阳能蒸发器，利用界面加热的机理有效避免了热量向水体散失，且本申请制备的太阳能蒸
发器亲水性好，利用MXene的光热转换蒸发水的能力，能达到较高的蒸发速率，在其中一项实施例中，本申请制备的太阳能蒸发器在模拟太阳光(1kw
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m
‑2)下可以达到1.87kg
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‑2·
h
‑1的蒸发速率。同时，本专利技术的太阳能蒸发器对海水中的盐离子和污水中的染料均有良好的去除效果，在其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种PDA@PBAT多孔海绵，其特征在于，所述PDA@PBAT多孔海绵为多巴胺原位聚合于PBAT多孔海绵上形成聚多巴胺包覆的PBAT多孔海绵。2.根据权利要求1所述的PDA@PBAT多孔海绵，其特征在于，所述PBAT多孔海绵由以下步骤制成：（1）将PBAT的均相溶液在0～5℃下进行初步相分离，得到初步相分离溶液；然后将初步相分离溶液在
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20～
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10℃下进行完全相分离，得到PBAT冷冻样品；（2）将步骤（1）得到的PBAT冷冻样品进行冷冻干燥，得到PBAT多孔海绵。3.根据权利要求1所述的PDA@PBAT多孔海绵，其特征在于，所述PBAT的均相溶液中PBAT浓度为40～80mg/mL。4.一种权利要求1或2或3所述的PDA@PBAT多孔海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将PBAT多孔海绵加入弱碱性溶液中，搅拌至PBAT多孔海绵充分浸润；然后向弱碱性溶液中加入盐酸多巴胺搅拌反应6～12h，最后将PBAT多孔海绵取出烘干，得到PDA@PBAT多孔海绵。5.根据权利要求4所述的PDA@PBAT多孔海绵的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩文娟，张芮启，江宏健，张泰安，王小峰，王波，刘春太，
申请(专利权)人：郑州大学，
类型：发明
国别省市：