一种氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体及制法和应用制造技术

本发明专利技术公开了一种氟改性氧化石墨烯基气凝胶两面体及其制法和应用，包括氧化石墨烯基复合气凝胶，氧化石墨烯基复合气凝胶的主体包括氧化石墨烯和纤维素钠或壳聚糖；氧化石墨烯基复合气凝胶的一侧经过氟氯硅烷的改性处理用于提供疏水疏油性。其制法为：配制氧化石墨烯水溶液、纤维素钠或壳聚糖的水溶液；将氧化石墨烯溶液和纤维素钠溶液或壳聚糖溶液混合；将混合液冷冻干燥，然后真空干燥，得到气凝胶；利用含有氟氯硅烷的有机溶液浸润无纺布，将浸润的无纺布放置在气凝胶表面，静置，烘干。本发明专利技术利用含氟氯硅烷对氧化石墨烯基气凝胶上层进行疏水疏油改性，下层为亲水性，具有良好的抗盐耐污性能，且蒸发效率高；在海水淡化领域有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体及制法和应用


[0001]本专利技术涉及一种用于太阳能界面蒸发的气凝胶及其制备方法与应用，尤其涉及一种氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体及制法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的飞速发展和人口数量的急剧增加，淡水资源短缺已经成为全球面临的严峻挑战之一。为了解决淡水资源短缺问题，研究人员将注意力转向了地球上最丰富的水资源——海水，约占水资源总量的97.5％。因此，海水淡化技术被认为解决水资源短缺最有效的方法之一。传统的海水淡化技术需要消耗大量的化石能源和成本较高，还可能导致温室效应、空气污染等环境问题。因此，寻求一种绿色的淡水生产技术已迫在眉睫。太阳能海水淡化技术对解决淡水资源短缺和应对能源危机具有重要意义。近年来，界面式太阳能海水淡化技术具有环境友好、低成本等优势，通过热局域性仅加热蒸发界面处少量的水，实现了较高的蒸发效率。
[0003]然而，对于大多数已报道的界面式太阳能吸收体，局部加热和快速的界面蒸汽生成可能导致盐在蒸发器表面的积聚，并堵塞蒸汽逸出的通道，导致蒸汽生成速率降低。此外，海水中油或有机污染物很常见，当吸收体用于净化含油海水时，油滴容易聚集在材料的表面阻碍水相的蒸发。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供一种抗盐耐污性能好、蒸发效率高的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体；
[0005]本专利技术的第二个目的是提供上述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法；
[0006]本专利技术的第三个目的是提供上述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体在海水淡化领域中的应用。
[0007]技术方案：本专利技术所述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体，包括氧化石墨烯基复合气凝胶，将氧化石墨烯和纤维素钠或壳聚糖复合制得氧化石墨烯基复合气凝胶主体；所述氧化石墨烯基复合气凝胶的一侧经过氟氯硅烷的改性处理；改性处理后的氧化石墨烯基复合气凝胶的一侧具有疏水疏油性。
[0008]上述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法，包括以下步骤：
[0009](1)配制氧化石墨烯水溶液以及纤维素钠或壳聚糖的水溶液；
[0010](2)将氧化石墨烯水溶液和纤维素钠水溶液混合，或者将氧化石墨烯水溶液和壳聚糖水溶液混合；得到混合液；
[0011](3)将混合液进行冷冻干燥，然后进行真空干燥，得到气凝胶；
[0012](4)利用含有氟氯硅烷的有机溶液浸润无纺布，将浸润的无纺布放置在气凝胶表面，静置，烘干，制得。
[0013]其中，步骤(1)中，氧化石墨烯水溶液的浓度、纤维素钠水溶液的浓度、壳聚糖水溶液的浓度均为1
‑
10mg/mL。
[0014]其中，步骤(2)中，氧化石墨烯水溶液和纤维素钠水溶液的溶质质量比为1:10～10:1；氧化石墨烯水溶液和壳聚糖水溶液的溶质质量比为1:10～10:1。
[0015]其中，步骤(3)中，所述冷冻干燥的时间为24
‑
48h；所述真空干燥的温度为60
‑
150℃，时间为2
‑
12h。
[0016]其中，步骤(4)中，所述氟氯硅烷为1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三氯硅烷；所述含有氟氯硅烷的有机溶液的浓度为1～10vol％；静置的时间为2
‑
8h；烘干的温度为60
‑
120℃，时间为1
‑
6h。
[0017]本专利技术提供了上述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体在海水淡化领域中的应用。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，取得如下显著效果：(1)利用含氟氯硅烷对氧化石墨烯基复合气凝胶上层进行疏水疏油改性，下层为亲水性，可以有效截留水中的盐离子和污染物到达吸收体表面，使其具有良好的抗盐耐污性能，且蒸发效果高。(2)氧化石墨烯和纤维素钠、壳聚糖中具有大量含氧官能团，使气凝胶具有良好的亲水性；(3)氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体可以在饱和食盐水中连续稳定运行4
‑
8h；(4)氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体具有良好的油水分离性能(5)。氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体在海水淡化领域有广泛的应用前景。
附图说明
[0019]图1为氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的光学照片；
[0020]图2为氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体未改性侧的(a)水接触角和(b)油接触角；气凝胶改性侧的(c)水接触角和(d)油接触角；
[0021]图3为氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的蒸发曲线；
[0022]图4为以浓度为3.5(a)、5(b)、8(c)、和10wt％(d)的NaCl溶液为原水，氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体表面盐结晶随时间变化的光学照片；
[0023]图5为以水包油乳液为原水，净化前和净化后的照片。
具体实施方式
[0024]下面对本专利技术作进一步详细描述。
[0025]实施例1
[0026]一种氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法，包括以下步骤：
[0027]步骤1：配制浓度为6mg/mL的氧化石墨烯水溶液和10mg/mL的纤维素钠水溶液；
[0028]步骤2：将氧化石墨烯水溶液和纤维素钠水溶液按照溶质质量比3:1混匀5min，超声10min，得到分散液；然后转移至模具中，放入冰箱中冷冻；
[0029]步骤3：将冷冻后的分散液进行冷冻干燥48h，然后在130℃下真空干燥2h，得到气凝胶；
[0030]步骤4：利用浓度为1vol％的1H,1H,2H,2H
‑
全氟癸基三氯硅烷的正己烷溶液浸润清洁的无纺布，将浸润的无纺布放置在气凝胶表面，环境温度下放置2h，然后60℃下烘干
1h，得到氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体。
[0031]性能测试：
[0032](1)配置浓度为3.5、5、8、和10wt％的NaCl溶液；
[0033](2)组装氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的蒸发装置；
[0034](3)将蒸发装置在1个太阳光强，即1kW
·
m
‑2下进行实验，并通过电子天平实时记录装置的质量变化曲线。
[0035]对所制得的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体进行抗盐耐污性能测试，实验结果如下：
[0036]在1个太阳条件下，蒸发速率达到了1.05kg
·
m
‑2·
h
‑1；当NaCl溶液浓度低于8wt％时，氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体可以抗盐8h，即使当NaCl溶液浓度为10wt％时，氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体表面4h开始析盐，8h后仅有少量盐结晶析出；以水包油乳液为原水，具有良好的水油分离能力。
[0037]图1为氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的光学照片，可以看出，其在可见光区有良好的光吸收。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体，其特征在于，包括氧化石墨烯基复合气凝胶，将氧化石墨烯和纤维素钠或壳聚糖复合制得氧化石墨烯基复合气凝胶主体；所述氧化石墨烯基复合气凝胶的一侧经过氟氯硅烷的改性处理；改性处理后的氧化石墨烯基复合气凝胶的一侧具有疏水疏油性。2.一种权利要求1所述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)配制氧化石墨烯水溶液以及纤维素钠或壳聚糖的水溶液；(2)将氧化石墨烯水溶液和纤维素钠水溶液混合，或者将氧化石墨烯水溶液和壳聚糖水溶液混合；得到混合液；(3)将混合液进行冷冻干燥，然后进行真空干燥，得到气凝胶；(4)利用含有氟氯硅烷的有机溶液浸润无纺布，将浸润的无纺布放置在气凝胶表面，静置，烘干，制得。3.根据权利要求2所述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，氧化石墨烯水溶液的浓度、纤维素钠或壳聚糖的水溶液的浓度均为1
‑
10mg/mL。4.根据权利要求2所述的氟改性氧化石墨烯基复合气凝胶两面体的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，氧化石墨烯溶液和纤维素...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨木甜，胡晓珍，杨德健，陆建刚，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：