一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，该方法包括以下步骤：将碳材料和改性剂于溶剂中搅拌均匀，得到稳定的混合分散液；将混合分散液以高能射线辐照处理，诱发碳材料与改性剂之间发生化学缀合反应获得改性碳材料，将辐照后的分散液涂覆在织物表面；将涂覆后的织物浸入交联剂溶液中进行交联固定，随后冲洗表面后冷冻处理，最后风干，得到辐照改性碳基光热凝胶布。与现有技术相比，本发明专利技术具有工艺流程短、条件温和、设备简单、操作简便、成本低廉、适宜规模化生产等优点，有实现技术产业转化的应用前景。术产业转化的应用前景。术产业转化的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法


[0001]本专利技术涉及光热材料领域，具体涉及一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能驱动的界面水蒸发技术是将太阳光转换来的热能集中在水～空气界面而最大限度的减少能量损失，并将大部分能量用于液～气相转移，有效提高光热水蒸发效率的一种新兴太阳能利用技术。因其成本低、效率高、能耗低、绿色环保，在水质净化、海水淡化和工业废水零排放处理等领域具有巨大的应用前景。光热材料是构建太阳能驱动界面水蒸发系统的核心。理想的光热材料对太阳光具有较大的光谱吸收范围和较高的吸收强度，并且传热和热辐射损失要低。
[0003]基于此，研究人员将光吸收剂，如碳材料、纳米金属颗粒、金属氧化物半导体材料和共轭有机聚合物等，通过共混浇铸、涂敷、化学或物理沉积等方法与织物或膜材料复合开发出力学强度高、柔软性好的光热织物或膜材料。后者很方便地应用于太阳能驱动的界面水蒸发系统，并获得比粒状光热材料更高的蒸发效率。受制于自身结构，光热织物或膜材料的理论水蒸发速率仅1.6kg m
‑2h
‑1左右。为进一步提高太阳能驱动的界面水蒸发系统的蒸发速率，研究人员并以此光热织物或膜材料构建了各种结构复杂的光热界面水蒸发器件。然而，过于复杂的器件构造导致其制造成本和技术难度大增，亦不利于系统维护。而且，光吸收剂与载体织物或膜材料的结合力较弱，容易脱落流失，导致光热性能下降，因而在应用中受到较多的限制。
[0004]光热水凝胶具有特殊的分子筛“活化水”效应，能够有效降低液态水在水凝胶中的蒸发焓，减少液～汽转化所需的能量从而加快光热蒸汽转化速率。其在一个标准太阳光下的水蒸发速率＞2.5kg m
‑2h
‑1，普遍高于其他光热材料。然而，现今使用的光吸收剂(碳材料、半导体/金属/高分子纳米颗粒等)与凝胶基质之间的界面相互作用较弱，以及凝胶基蒸发器的表面易吸水膨胀、形貌不可控，难以满足实际应用中的严苛环境(潮汐、风浪、高盐)和复杂工况对其机械强度、光热效能稳定性等方面的高要求。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种力学强度高、光热性能稳定的辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法。解决现有太阳能界面蒸发用复合光热织物材料和光热水凝胶中光吸收剂与基材结合作用较弱，导致力学性能和光热稳定性较差，以及现有制备工艺成本较高、批量化生产困难等问题。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，该方法包括以下步骤：
[0008]将碳材料和改性剂于溶剂中搅拌均匀，得到稳定的混合分散液；
[0009]将混合分散液以高能射线辐照处理，诱发碳材料与改性剂之间发生化学缀合反应获得改性碳材料，将辐照后的分散液涂覆在织物表面；
[0010]将涂覆后的织物浸入交联剂溶液中进行交联固定，随后冲洗表面后冷冻处理，最后风干，得到辐照改性碳基光热凝胶布。
[0011]进一步地，所述的碳材料包括石墨烯及其衍生物、纳米碳管及其衍生物、碳纤维、碳纳米线、碳量子点、富勒烯及其衍生物、天然石墨粉、无定形碳粉或生物炭中的一种或几种。其物理形状为粉末状、颗粒状、片状或线状；规格为市售常规规格。优选生物质石墨烯、氧化石墨烯或天然石墨粉。
[0012]进一步地，所述的改性剂为聚合物或小分子物质；所述的聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸及其盐、聚甲基丙烯酸及其盐、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素钠、乙基纤维素或羟乙基纤维素、纳米晶纤维素、葡聚糖、右旋糖酐、环糊精、淀粉、海藻酸钠或明胶中的一种或几种；所述的小分子物质包括甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯或2
‑
氨基乙基甲基丙烯酸酯中的一种或几种。优选聚乙烯醇、海藻酸钠或丙烯酸羟乙酯。
[0013]进一步地，混合分散液中含有分散剂，该分散剂包括硬脂酸盐、油酸盐、月桂酸盐、十二烷基硫酸盐、木质素及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、二辛基琥珀酸磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、甘胆酸盐、司班类表面活性剂、吐温类表面活性剂、卵磷脂、聚氧乙烯
‑
聚氧丙烯共聚物、聚乙二醇或聚氧乙烯中的一种或几种。优选木质素磺酸钠或十二烷基苯磺酸钠。
[0014]进一步地，所述的高能射线包括电子束或伽马射线；所述电子束为工业电子加速器或实验室用电子加速器释放的电子束流，其吸收剂量为1
‑
5000kGy；辐照剂量率为0.01
‑
50000kGy h
‑1。更优地，吸收剂量为20
‑
500kGy，剂量率为10
‑
1000kGy h
‑1；所述伽马射线主要来自钴
‑
60和铯
‑
137等射线源，其吸收剂量为0.1
‑
500kGy，剂量率为1
‑
20000Gy h
‑1。更优地，吸收剂量为1
‑
100kGy，剂量率为100
‑
4000Gy h
‑1。最终优选地，吸收剂量为15
‑
30kGy，剂量率为1000
‑
2000Gy h
‑1。
[0015]进一步地，所述的织物包括织造布或非织造布；所述的织造布包括使用天然纤维或化学纤维纺织、混纺或交织而成的织物；所述的非织造布，亦即无纺布包括定向或随机排列的化学纤维通过摩擦、抱合或粘合而相互结合制成的薄片、纤网或絮垫。
[0016]进一步地，所述的交联剂包括硼酸盐、1,3
‑
苯二硼酸盐、1,4
‑
苯二硼酸盐、4,4'
‑
联苯二硼酸盐、2,5
‑
噻吩二硼酸盐、表氯醇、己二醛、戊二醛、丁二醛、乙二醛、钙盐、镁盐、铜盐、铁盐或多巴胺及其衍生物中的一种或几种。
[0017]进一步地，所述的混合分散液中碳材料的质量分数为0.01
‑
5％，分散剂的质量分数为0
‑
5％，改性剂的质量分数为1
‑
15％；所述的交联剂溶液中交联剂的质量分数为0.5
‑
50％。更优选地，交联剂的质量分数为2
‑
10％。碳材料在溶剂中质量百分比为0.1
‑
1％。
[0018]进一步地，所述的冷冻处理包括冷冻干燥或冷冻后利用溶剂进行融冰置换解冻处理；所述冷冻的方式为使用液氮、干冰直接接触冷冻或使用冰柜间接冷冻；冷冻的温度为
‑
200～
‑
4℃，时间为0.1
‑
24h。优选地，时间为0.5
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：将碳材料和改性剂于溶剂中搅拌均匀，得到稳定的混合分散液；将混合分散液以高能射线辐照处理，将辐照后的分散液涂覆在织物表面；将涂覆后的织物浸入交联剂溶液中进行交联固定，随后冲洗表面后冷冻处理，最后风干，得到辐照改性碳基光热凝胶布。2.根据权利要求1所述的一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，其特征在于，所述的碳材料包括石墨烯及其衍生物、纳米碳管及其衍生物、碳纤维、碳纳米线、碳量子点、富勒烯及其衍生物、天然石墨粉、无定形碳粉或生物炭中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，其特征在于，所述的改性剂为聚合物或小分子物质；所述的聚合物包括聚乙烯醇、聚丙烯酸及其盐、聚甲基丙烯酸及其盐、聚乙烯基吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚(N
‑
异丙基丙烯酰胺)、聚丙烯酰胺、聚甲基丙烯酸羟乙酯、聚甲基丙烯酸羟丙酯、甲基纤维素、羧甲基纤维素、甲基纤维素钠、乙基纤维素或羟乙基纤维素、纳米晶纤维素、葡聚糖、右旋糖酐、环糊精、淀粉、海藻酸钠或明胶中的一种或几种；所述的小分子物质包括甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟丙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟丁酯、丙烯酸羟丁酯、丙烯酸、甲基丙烯酸、醋酸乙烯酯或2
‑
氨基乙基甲基丙烯酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，其特征在于，混合分散液中含有分散剂，该分散剂包括硬脂酸盐、油酸盐、月桂酸盐、十二烷基硫酸盐、木质素及其衍生物、壳聚糖及其衍生物、聚乙烯基吡咯烷酮、二辛基琥珀酸磺酸盐、十二烷基苯磺酸盐、甘胆酸盐、司班类表面活性剂、吐温类表面活性剂、卵磷脂、聚氧乙烯
‑
聚氧丙烯共聚物、聚乙二醇或聚氧乙烯中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种辐照改性碳基光热凝胶布的制备方法，其特征在于，所述的高能射线包括电子束...

【专利技术属性】
技术研发人员：张伯武，周海峰，李景烨，
申请(专利权)人：上海师范大学，
类型：发明
国别省市：