一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法技术

本发明专利技术属于气凝胶技术领域，公开了一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法


[0001]本专利技术属于气凝胶
，涉及一种仿生气凝胶材料的制备方法，具体涉及一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法
。

技术介绍

[0002]人口的快速增长推动了对淡水的需求，迫切需要开发可行的清洁水生产方法
。
全球气候变化刻不容缓，用可循环能源取代传统能源已成为不可逆转的趋势，界面太阳能水蒸气发电
(SVG)
逐渐成为可持续水资源管理的一项引人注目的创新战略，且以取之不尽
、
用之不竭的太阳能作为唯一的输入动力，避免了开采不可再生资源过程中的激烈竞争
。
[0003]为充分利用太阳能并提高水蒸气生成效率，据
ArunkumarT,Lee SJ.A review on carbonized natural green flora for solar desalination[J].Renewable&Sustainable Energy Reviews,2022,158,112121.
报道，目前已开发出许多优异的太阳能吸收材料，包括等离子体局部加热金属材料
、
非辐射松弛半导体材料
、
分子热振动碳材料和有机聚合物
。MXene
作为一类新兴的过渡金属化合物，具有极好的可见光吸收特性，光热转换效率接近
100
％，但在紫外和近红外区域较弱的光吸收能力限制了其应用，因此通过<br/>MXene
表面的活性基团与其他光热材料相结合是实现宽带高效太阳能吸收的关键
。
此外，太阳能界面蒸发器的结构设计和基底材料的适当选择非常重要
。
据
ZhangHM,KimJK.Integrated Water and Thermal Managements in Bioinspired Hierarchical MXene Aerogels for Highly Efficient Solar
‑
Powered Water Evaporatio[J].Advanced Functional Materials,2022,32(19),2111794.
报道，通过引入基团以降低蒸发焓，设计垂直通孔结构以促进水的快速传输，以及在外围添加额外的隔热泡沫以最大限度地减少热量损失等方法均可提高水蒸发效率
。
不过，在水和热管理策略下构筑的结构是独立的，到目前为止，现有技术无法同时满足快速输水和减少热量损失的需求
。
因此，蒸发器结构合理的设计工作仍然非常具有挑战性
。
[0004]本专利技术的策略是将刚性苯基和柔性氧醚或硫醚键组成的聚芳醚材料磺化，与羧化壳聚糖通过氢键和静电作用构筑独特的仿生鹰绒羽结构，同时实现快速的水输送和减少热量损失；由于聚芳醚材料高度共轭的
π
键和
π
‑
π
堆叠的芳香单元所带来的优异光吸收能力，和
MXene
之间通过协同作用可以提高太阳光全波长的吸收率，最终实现高效的太阳能驱动海水蒸发与废水净化
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法
。
本专利技术提供了一种由羧化壳聚糖作为气凝胶骨架，磺化的聚芳醚材料作为交联硬段，
MXene
作为光热材料，通过氢键和静电作用交联制备仿生气凝胶材料
。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案：
[0007]一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法，步骤如下：
和
R4的结构相同或不同
。
[0018]本专利技术制备的气凝胶密度为
32.8mg/cm3，1个太阳辐照度下的水蒸发速率为
2.34kg/m2h
，能量效率为
91.7
％
。
[0019]本专利技术的有益效果：与现有技术相比，本专利技术提供了用于高效太阳能水蒸发的一种新型仿生气凝胶制备思路，即通过氨基
、
羟基以及磺酸基之间的氢键以及静电作用交联，通过定向冷冻技术达到制备三维多孔网状气凝胶的目的
。
制备过程较简便，所得气凝胶材料具有较低的密度
、
导热率
。
聚芳醚和
MXene
之间的协同作用提高了太阳能全波长的吸收率，且仿生绒羽结构赋予气凝胶优异的隔热性能和水蒸发性能，在海水淡化以及废水净化领域具有广泛的应用前景
。
附图说明
[0020]图1是实施例1制得的气凝胶的扫描电镜图
。
[0021]图2是对比例1制得的气凝胶的扫描电镜图
。
[0022]图3是对比例2制得的气凝胶的扫描电镜图
。
具体实施方式
[0023]以下结合附图和技术方案，进一步说明本专利技术的具体实施方式
。
[0024]实施例1[0025]本实施例提供一种仿生气凝胶材料，其制备方法包括以下步骤：
[0026](1)
将羧化壳聚糖称取
2g
溶于
100mL
的去离子水中，室温下搅拌
20min
得到前驱体溶液，随后把
0.2
～
0.6g
磺化的聚芳醚添加至前驱体溶液中，再将超声处理后的
0.01
～
0.04gMXene
分散液加入到混合溶液中，
25℃
下磁力搅拌1小时后将混合溶液倒入聚四氟乙烯方形模具中获得湿凝胶
。
[0027](2)
将步骤
(1)
中的模具上盖一个装有液氮的金属容器，用液氮定向冷冻
10
～
40min
后进行冷冻干燥，温度为
‑
50℃
，压力为
10Pa
，干燥时间为
72h
，制成复合气凝胶
。
[0028]为了探究本专利技术气凝胶最佳的制备工艺步骤，以
2g
羧化壳聚糖为原料，其他条件不变，分别改变磺化的聚芳醚
、MXene
的用量以及定向冷冻时间
。
[0029][0030][0031][0032]根据实际的凝胶溶液分散以及气凝胶成型效果，磺化的聚芳醚材料的最佳用量为羧化壳聚糖：磺化聚芳醚＝1：
0.2
；最佳的
MXene
添加量为羧化壳聚糖：
MXene
＝1：
0.01
；最佳的定向冷冻时间为
30min。
[0033]参见图1为实施例1制得的气凝胶的扫描电镜图，发现通过定向冷冻技术，添加磺化聚芳醚材料制成的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于太阳能水蒸发的仿生聚芳醚气凝胶材料的制备方法，其特征在于，步骤如下：
(1)
将羧化壳聚糖和磺化的聚芳醚材料溶于去离子水中，得到羧化壳聚糖
/
磺化聚芳醚的混合溶液；随后将超声处理得到的
Ti3C2T
x
单层纳米片分散液加入到羧化壳聚糖
/
磺化聚芳醚的混合溶液中，连续
25oC
磁力搅拌1小时；随后将混合溶液倒入模具中，得到复合湿凝胶；
(2)
将步骤
(1)
中的复合湿凝胶经液氮定向冷冻和冷冻干燥得到气凝胶材料：复合湿凝胶冷冻采用液氮冷冻，时间为
10
～
40
分钟；冷冻干燥条件在
‑
50oC
，
10Pa
，时间为
72h。2.
根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤
(1)
中反应的投料重量比为羧化壳聚糖：磺化的聚芳醚：
Ti3C2T
x
单层纳米片：去离子水为1：
0.1
～
0.3
：
0.005
～
0.02
：

【专利技术属性】
技术研发人员：翁志焕，蹇锡高，张慈剑，张守海，陈友汜，刘程，王锦艳，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：