一种核壳型超疏水光热材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种核壳型超疏水光热材料及其制备方法与应用。所述核壳型超疏水光热材料包括作为核的活性化海砂、中间层聚多巴胺及外壳层，所述外壳层包括光热材料和疏水性材料。所述制备方法包括：对海砂进行活性化处理，得到活性化海砂；使盐酸多巴胺进行聚合反应，在活性化海砂表面修饰形成聚多巴胺，获得聚多巴胺海砂，之后退火处理；再与偶联剂和光热材料单体进行反应，获得核壳型超疏水光热材料。本发明专利技术提供的光热材料具有自发团聚行为，能够形成孔道结构，有利于水再生过程中水蒸发，还具有超疏水特性、高效的太阳光吸收能力；并且制备方法工艺简单、成本低廉，为解决界面光热蒸发海水淡化领域光热材料抗盐性能的不足提供技术解决途径。供技术解决途径。供技术解决途径。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳型超疏水光热材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及一种光热材料，特别涉及一种新型核壳型超疏水光热材料及其制备方法与应用，属于界面光热蒸发海水淡化制水


技术介绍

[0002]水是各项可持续发展目标的基础。然而，淡水资源的匮乏已经成为全球关注的重要问题。世界水资源研究所的研究报告指出，世界上大概有四分之一的人口正面临着无水可用的现状；世界气象组织也在2021年工作报告中指出，预计到2050年，全球将有一半人面临水资源短缺问题；因此，通过有效手段缓解淡水资源危机，获取更多的淡水资源成为目前亟待解决的问题。海水淡化技术为解决淡水危机提供了一条有效途径，目前的海水淡化技术主要有反渗透、电渗析、多级闪蒸、压气法以及冷冻法等，但是这些技术一般需要大量能源供给以满足生产的需要，在一些能源短缺的地区难以实现。更重要的是，高昂的成本及复杂的仪器设备也是阻碍这些技术在缺水区域，尤其是沿海盐碱地区以及内陆盐湖地区的进一步发展。
[0003]太阳能是一种取之不尽、用之不竭的可再生清洁能源，太阳能界面光热蒸技术为海水淡化提供了一条绿色环保、低能耗、设备要求低的有效策略，该技术的核心在于构筑具有优异光热性能和可控汲水性能的光热材料。利用光热材料实现在水
‑
空气界面的光热转化，加速清洁水的获取，被视为可持续性强的水资源再生技术(Nature Energy 2018，3(12)：1031
‑
1041)。国内知名学者俞书宏、朱美芳、刘忠范、朱嘉、邓涛、徐志康、曲良体、王训、吴子良、陈志刚、陈永胜等教授在太阳能光热界面蒸发系统开发及海水淡化应用等方面做出了各具特色的工作。
[0004]专利CN115403095A公开了一种拒盐的海绵基/廉价碳光热复合材料的制备方法，其特点是材料有抗盐结晶的效果，成本低、制备过程简单等，但是随着应用水域盐浓度的上升，蒸发速率下降较为明显；专利CN114405421A公开了一种纤维素纳米纤维气凝胶界面光热水蒸发材料的制备方法，其特点是材料机械强度高，耐水稳定强，密度低可自漂浮，低导热等，但是绝大部分原材料存在来源窄、制备过程复杂、成本高等缺点。虽然光热蒸发材料的构筑方面取得了系列重要成果，但严重的盐结垢问题成为限制其发展的关键瓶颈，不仅导致光热转换效率下降，还会造成孔道堵塞并阻碍水再生过程中的水蒸发环节，进而影响光热蒸发系统的稳定性和耐久性。另外，绝大部分存在原材料来源较窄、制备过程较为复杂的问题，难以实现大面积应用。因此，无论在高效抗盐稳定光热材料的研发还是批量化制备方面，都亟需发展一种合适的材料体系来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的主要目的在于提供一种新型核壳型超疏水光热材料及其制备方法与应用，以克服现有技术中的不足。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种核壳型超疏水光热材料，其包括：作为核的活性化海砂、作为中间层的聚多巴胺，以及外壳层，所述外壳层包括光热材料和疏水性材料。
[0008]在一些实施例中，所述核壳型超疏水光热材料具有自发团聚行为，能够形成直径为30
‑
180μm的孔道结构。
[0009]本专利技术实施例还提供了一种核壳型超疏水光热材料的制备方法，其包括：
[0010]对海砂进行活性化处理，得到活性化海砂；
[0011]使盐酸多巴胺进行聚合反应，在活性化海砂表面修饰形成聚多巴胺，获得聚多巴胺海砂，之后进行退火处理；
[0012]使经退火处理的聚多巴胺海砂、偶联剂和光热材料单体在室温下完成反应，获得核壳型超疏水光热材料。
[0013]本专利技术实施例还提供了前述的核壳型超疏水光热材料在海水淡化领域中的应用。
[0014]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0015]1)本专利技术提供的核壳型超疏水光热材料具有自发团聚行为，能够形成大量直径为30
‑
180μm的孔道结构，利于水再生过程中的水蒸发，且具有自漂浮能力、超疏水特性和光热转化能力，是一种高效抗盐的界面光热蒸发材料；
[0016]2)本专利技术提供的核壳型超疏水光热材料中聚多巴胺海砂、光热材料和疏水性材料之间存在π
‑
π、π
‑
h、氢键等相互作用力赋予材料结构稳定性；材料热分解温度不低于325℃，具有热稳定性；材料分别在酸性环境、碱性环境、壳聚糖、牛血清白蛋白、腐殖酸的环境中处理和摩擦测试后，外观形貌无受损且仍能保持原有超疏水性能，具有化学、物理稳定性；
[0017]3)本专利技术提供的制备方法工艺简单、成本低廉、性能稳定、原料获取途径广泛，解决了当前界面光热蒸发材料由于盐结垢导致的光热转化能力下降的关键科学问题和原材料来源窄应用问题，为持续、稳定性格太阳能界面光热蒸发获取淡水提供了有效解决办法。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1a、图1b、图1c分别为本专利技术实施例1中采用的海砂、制备的PDSD(即聚多巴胺砂)、核壳型超疏水光热材料(即超疏水光热砂)的扫描电镜图；
[0020]图2为本专利技术制备核壳型超疏水光热材料的超疏水机理示意图；
[0021]图3为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料的接触角测试图；
[0022]图4为本专利技术对比例1中制备的对比材料的接触角测试图；
[0023]图5为本专利技术实施例1中采用的海砂、制备的核壳型超疏水光热材料(即超疏水光热海砂)的紫外
‑
可见
‑
红外光吸收谱图；
[0024]图6为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料的热分析曲线图；
[0025]图7a和图7b为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料的光热水蒸发速率图；
[0026]图8a和图8b为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料的长时循环测试
图；
[0027]图9为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料和对比例2中制备的对比材料的抗盐效果对比实物图；
[0028]图10为本专利技术实施例1中制备的核壳型超疏水光热材料的实物图。
具体实施方式
[0029]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，提供一种核壳型超疏水光热材料的制备方法，其主要是通过碱活化处理、逐步聚合法和退火处理方法相结合制备，为解决界面光热蒸发海水淡化领域光热材料抗盐性能的不足提供技术解决途径。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0030]本专利技术实施例的一个方面提供的一种核壳型超疏水光热材料包括：作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种核壳型超疏水光热材料，其特征在于，包括：作为核的活性化海砂、作为中间层的聚多巴胺，以及外壳层，所述外壳层包括光热材料和疏水性材料。2.根据权利要求1所述的核壳型超疏水光热材料，其特征在于：所述光热材料包括聚吡咯、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述核壳型超疏水光热材料中光热材料的含量为25
‑
35wt％；和/或，所述核壳型超疏水光热材料中聚多巴胺的含量为8
‑
15wt％；和/或，所述疏水性材料包括正辛基三甲氧基硅烷、己基三甲氧基硅烷、十八烷三甲氧基硅烷、1H，1H，2H，2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合，优选为1H，1H，2H，2H
‑
全氟癸基三乙氧基硅烷；和/或，所述核壳型超疏水光热材料中疏水性材料的含量为0.75
‑
1.75wt％。3.根据权利要求1所述的核壳型超疏水光热材料，其特征在于：所述核壳型超疏水光热材料具有自发团聚行为，能够形成直径为30
‑
180μm的孔道结构；和/或，所述中间层的厚度为30
‑
100nm；和/或，所述外壳层的厚度为50
‑
200nm。4.根据权利要求1所述的核壳型超疏水光热材料，其特征在于：所述核壳型超疏水光热材料的热分解温度不低于325℃；和/或，所述核壳型超疏水光热材料的接触角不低于150
°
，能够在3个太阳光照强度下，持续在10％盐度海水中蒸发8
‑
12小时，维持稳定蒸发，并连续8
‑
10天。5.一种核壳型超疏水光热材料的制备方法，其特征在于，包括：对海砂进行活性化处理，得到活性化海砂；使盐酸多巴胺进行聚合反应，在活性化海砂表面修饰形成聚多巴胺，获得聚多巴胺海砂，之后进行退火处理；使经退火处理的聚多巴胺海砂、偶联剂和光热材料单体在室温下完成反应，获得核壳型超疏水光热材料。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，包括：以碱性物质对海砂进行活性化处理，得到活性化海砂；优选的，所述制备方法具体包括：将海砂与碱性溶液混合，并于超声环境中处...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈涛，薛青杨，谷金翠，肖鹏，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：