一种镍基光热转换膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种镍基光热转换膜及其制备方法和应用，属于光热转换技术领域

【技术实现步骤摘要】
一种镍基光热转换膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光热转换
，尤其是涉及一种镍基光热转换膜及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]常见的反渗透
、
多效蒸馏等海水淡化技术由于其高能耗的特性，已无法满足未来日益严苛的低碳排放要求
。
因此开发绿色可持续的海水淡化技术正逐渐成为研究热点，其中太阳能海水淡化技术受到的关注最为广泛
。
[0003]早期对于太阳能海水淡化的应用局限于大型光学聚焦系统对海水进行集中加热并蒸馏
。
但这种方式光热转换效率低，后期维护成本高昂
。
此后发展出了分散在水体中具有光热转换能力的纳米金属颗粒
。
虽然纳米金属颗粒能有效将光照转化为热能，但由于对整个水体加热导致热量损失较大，能量利用效率较低
。
界面蒸发的概念在
2014
年被提出，在界面蒸发系统中，太阳能吸收转化与水蒸气生成都是在水面附近完成，因此能够有效地将太阳能利用于水蒸发，避免加热下方的水体，大大提高了能量利用效率
。
[0004]界面蒸发系统可以分为吸光层
、
保温隔热层和输水层，后续研究发现界面蒸发过程中还能降低水蒸发焓
。
吸光层中含有吸光材料，根据光热转换机制可将吸光材料分为碳基材料分子热振动
、
半导体材料非辐射弛豫
、
金属等离子体局域加热
、
以及有机聚合物等类型<br/>。
如石墨等无机碳材料可通过分子热振动实现宽光谱吸收，但是吸收强度不足难以实现对太阳光的完全吸收利用
。
半导体材料对于红外光谱范围的吸收能力较高，但对于可见光和紫外光谱的吸收能力较弱
。
以有机聚合物作为吸光材料，如聚吡咯和聚多巴胺，在实际污水处理过程中容易分解
、
对水体环境造成二次污染
。
金属材料则因其较高的热导率容易造成热量损失，降低其蒸发速率；相关理论计算及实验研究表明，纳米级镍金属颗粒具有等离子体局域加热效应，可用于光热转换领域，但是其光谱吸收范围较窄
。
此外，现阶段的光热转换材料还存在生产和材料成本高
、
稳定性差等技术问题
。
[0005]综上，仍需开发低成本且环境友好
、
高吸光率及高光热水蒸发效率的光热转换膜
。

技术实现思路

[0006]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一
。
为此，本专利技术提出一种镍基光热转换膜，能够有效提高光热转换效率，当用于进行溶剂蒸发时，可显著提升溶剂的蒸发效率
。
[0007]本专利技术还提供了上述镍基光热转换膜的制备方法
。
[0008]本专利技术还提供了上述镍基光热转换膜的应用
。
[0009]根据本专利技术第一方面的实施例，提供了一种镍基光热转换膜，所述镍基光热转换膜包括：
[0010]基底，所述基底为亲水膜；
[0011]光热转换材料，所述光热转换材料设于所述基底表面，包括镍基纳米线
。
[0012]根据本专利技术实施例的镍基光热转换膜，至少具有如下有益效果：
[0013](1)
本专利技术的镍基光热转换膜以镍基纳米线为吸光材料，相较于纳米贵金属吸光材料，原料成本较低
。
[0014](2)
和纳米颗粒相比，镍基纳米线由于其特殊的形貌，相互堆积后可构建出孔隙结构，既能有效增强光在镍基光热转换膜内部的折射与反射，又能为产生的水蒸气逸散留出空间，增强了该镍基光热转换膜的蒸发速率与效率
。
[0015](3)
本专利技术提供的镍基光热转换膜在
280
～
2500nm
范围内可获得高达
95.73
％的光吸收能力，超过了现有商业材料
。
[0016]根据本专利技术的一些实施例，所述亲水膜的材质包括玻璃纤维
、
有机尼龙和纯棉中的至少一种
。
这些材质微观上也是纳米纤维状的交织结构，本身也存在较多的孔隙结构，和所述镍基纳米线结合后，可进一步增强光在镍基光热转换膜内部的折射与反射，提升镍基光热转换膜的光热转换效率
。
[0017]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的长度为1～
200
μ
m。
例如具体可以是约
100
μ
m。
[0018]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的长度为
10
～
30
μ
m。
例如具体可以是约
20
μ
m。
[0019]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的长度为5～
40
μ
m。
[0020]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线直径为
100nm
～1μ
m。
例如具体可以在
100
～
500nm
之间
。
[0021]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的导热系数为
0.1
～
0.25W/m
·
K。
[0022]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的导热系数为
0.15
～
0.2W/m
·
K。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，所述镍基纳米线的合成方法包括以下步骤：
[0024]D1.
将次氮基三乙酸与镍盐进行溶剂热反应；
[0025]D2.
将步骤
D1
所得固体产物进行热处理
。
[0026]根据以上记载可知，本专利技术的镍基纳米线制备条件简单，制备成本较低，根据热处理的氛围不同，镍元素可以不同价态存在，可极大拓展镍基纳米线在光热转换领域的应用
。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，步骤
D1
中，所述溶剂热反应的溶剂包括水
。
[0028]根据本专利技术的一些实施例，步骤
D1
中，所述溶剂热反应的溶剂还包括异丙醇
。
所述溶剂中，所述异丙醇的体积浓度为0～
90
％
。
[0029]根据本专利技术的一些实施例，所述溶剂中，所述异丙醇的体积浓度为
10
～
15
％
。
例如具体可以是约
12.5
％
。
[0030]根据本专利技术的一些实施例，步骤
D1
中，所述镍盐包括氯化镍
、
硫酸镍及其水合物中的至少一种
。
[0031]根据本专利技术的一些实施例，步骤
D1<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种镍基光热转换膜，其特征在于，所述镍基光热转换膜包括：基底，所述基底为亲水膜；光热转换材料，所述光热转换材料设于所述基底表面，包括镍基纳米线
。2.
根据权利要求1所述的镍基光热转换膜，其特征在于，所述镍基纳米线的材质包括金属镍
、
氧化镍和镍
‑
碳复合物中的至少一种
。3.
根据权利要求1所述的镍基光热转换膜，其特征在于，所述镍基纳米线的长度为1～
200
μ
m
；和
/
或，所述镍基纳米线直径为
100nm
～1μ
m。4.
根据权利要求1～3任一项所述的镍基光热转换膜，其特征在于，所述镍基纳米线的合成方法包括以下步骤：
D1.
将氮基三乙酸与镍盐进行溶剂热反应；
D2.
将步骤
D1
所得固体产物进行热处理
。5.
根据权利要求4所述的镍基光热转换膜，其特征在于，步骤
D2
中，所述热处理的气氛为空气
、
惰性气氛，以及惰性气氛...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩凯，黄李茗铭，周川玲，马鑫，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：