[发明专利]一种聚合物微孔膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种聚合物微孔膜，包括功能异性的第一表面及第二表面，第一表面为光热转化表面，第二表面为疏水自漂浮表面。本发明的聚合物微孔膜集自漂浮、隔热、汲水于一体，可进一步缩短光热蒸发过程中水分的汲取通道长度，提高汲水效率，抑制蒸发过程中析盐现象，降低热传导，减少过程中的热能损失，提高太阳光的利用率和蒸发效率。此外聚合物微孔膜通过表面诱导结晶、亲水性聚合物表面渗透、模板印刷方法制备，可获得具有厚度不同的亲水性第一表面的聚合物微孔膜，实现聚合物微孔膜在水面自漂浮时的浸没深度，拓宽聚合物微孔膜的适用性。

技术领域

本发明属于聚合物微孔膜制备及应用技术领域，尤其涉及一种集自漂浮、隔热、汲水一体的聚合物微孔膜及其制备方法。

背景技术

发展海水淡化技术，向海洋索取淡水已成为缓解水资源短缺的有效技术手段。经过半个多世纪的发展，海水淡化形成了以蒸馏法和反渗透法为主流的工业技术。膜法反渗透技术具有高脱盐、占地面积小、技术易连续化集成等优势，成为了近年来的热门技术。但膜法反渗透是一种基于高压驱动的物理分离方式，淡化系统复杂，能耗非常大，淡化成本高，在能源危机和环境危机并存的当代，膜法反渗透在海水淡化工程领域的推广应用受到了极大的限制。

传统蒸馏法通过加热整体液体来产生蒸汽，热量易损失，能量利用率低。近年来，研究人员通过光热转化材料将太阳能转化为热能用于光热蒸发。在近期的研究中，研究人员通过气-液界面局部加热，有效减少了液体整体加热及热蒸汽穿过整个溶液逸出所造成的大部分不必要的热量损失，实现了一种高效液体蒸发方式。如文献(PANS，2017，27(114)：6936-6941)报道，通过聚乙烯醇交联作用在聚偏氟乙烯微孔膜表面负载碳纳米管，通过碳纳米管的吸光作用将太阳能转化为热能，从而将汲取到聚偏氟乙烯膜层中的水分蒸发。中国专利(CN107118395A)公开了一种碳基光热转化薄膜及其制备方法，并公开了一种光热转化装置，该装置包括支撑材料及其包裹的吸水材料和置于吸收材料表面的碳基光热转化薄膜组成，通过碳基光热转化薄膜吸收太阳光并转化为热能，实现对吸收材料汲取的水分的局部加热蒸发。以上方法一般都是通过支撑材料层、汲水材料层及吸光材料层等多层复合，借助疏水的支撑材料层发挥隔热作用，通过汲水材料补充水分供给，以实现对水的局部加热和连续蒸发。但此类方法，支撑材料层、汲水材料层和吸光材料层是各自独立的，汲水通道较长，光能和热能的利用仍有较大的提升空间。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种可解决现有的至少一个技术问题的用于光热转化的聚合物微孔膜，该聚合物微孔膜为聚合物光热转化薄膜集自漂浮、汲水和隔热于一体，缩短汲水通道，可进一步减少热损失，提高太阳能的利用效率。

本发明的技术方案是提供一种聚合物微孔膜，包括功能异性的第一表面及第二表面，第一表面为光热转化表面，第二表面为自漂浮表面。

进一步的，第一表面为负载光热转化功能纳米材料的聚合物复合表面；更进一步的，第一表面为亲水性表面，接触角小于30度。

较佳地，光热转化功能纳米材料为纳米金、纳米银、纳米铜、纳米炭黑、碳纳米管、石墨烯的一种或任意比例的至少两种。

进一步的，第二表面为疏水性聚合物表面，其疏水接触角大于120度。

本发明还提供一种聚合物微孔膜的制备方法，包括以下步骤：

(1)将聚合物溶于有机溶剂，得到聚合物铸膜液；

(2)将步骤(1)所得到的铸膜液涂覆于模板表面，形成初生膜；

(3)将带有初生膜的模板转移至含有亲水性聚合物的凝固浴中于10℃～30℃固化；铸膜液中的聚合物在初生膜远离模板的表面形成多尺度微米级和纳米级聚合物结构层，凝固浴中的亲水性聚合物分布于上述聚合物结构层中的聚合物分子链之间，以实现对聚合物结构层的亲水改性以及在初生膜靠近模板的表面形成多尺度微米级和纳米级疏水性结构；步骤(3)得到带有模板的聚合物微孔膜；