[发明专利]一种具有光热效应的生物炭丙烯酸酯材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种具有光热效应的生物炭丙烯酸酯材料及其制备方法，包括以下步骤：制备生物炭；氧化生物炭；预乳化；制备掺杂氧化生物炭的丙烯酸酯共聚乳液；生物炭丙烯酸酯膜材料的获得。本发明制备方法简单，生物炭氧化后，粒度较小，在水中可以较均匀的分散，且不会在瓶壁粘附，在水溶液中的分散性也有明显的提升，制备的生物炭丙烯酸酯材料光热转化效率较高，解决了现有光热碳材料源于不可再生资源的技术问题，适应范围广，具有重要的意义和应用价值。

技术领域

本发明属于材料领域，涉及一种具有光热效应的生物炭丙烯酸酯材料及其制备方法。

背景技术

能源和环境是人类社会可持续发展所面临解决的两个关键问题。随着全球经济的快速发展，对能源的需求不断增加，煤、石油等化石能源的大量使用使能源危机逐渐加剧，对环境也造成了严重的破坏。因此，清洁、可再生能源的开发与利用具有重大的社会意义。地球上的能源主要源于太阳能，对太阳能的高效利用和转化是解决能源问题的有效途径。虽然太阳能可转换为电能、化学能等，但转换为热能是最简单、直接并有效的利用方式。由于辐射至地面的太阳光中，红外光能量较高，热效应最明显，因此，将光能转变为热能需要材料对波长较长的红外光具有强吸收能力。光热转换功能材料是一类可将光能转化为热能的材料，具有较高的能量转换效率，因此在淡水处理、光热治疗、形状记忆等领域具有重要的应用前景。在各类光热转换功能材料中，碳材料由于其优异的光热转换性能而受到人们的广泛关注。

碳材料主要包括石墨、碳纳米管、石墨烯等，在这些碳材料中，由于碳原子可以形成巨大的共轭体系，对光具有很强的吸收，因此表现出极强的光热转换能力。然而，目前的碳材料大部分源于煤、石油等化石燃料，其制备本身就是消耗化石燃料的过程。与此同时，其制备成本高昂，也大大限制了在实际生产中的应用。

生物质是自然界最丰富、廉价的可再生碳源。根据数据统计，每年全球农业生产中会产生约300亿吨生物质废弃物。因此，生物质的综合开发与利用不仅仅是简单的资源问题，更是一个重要的环境问题。近年来，随着碳材料的需求逐渐增大，人们逐渐尝试利用廉价、甚至废弃的生物质为原料制备生物炭材料。目前对生物炭的研究发现，其具有普通碳材料的一些共性特征如高比表面积等，因此在土壤修复及水体污染物（如有机物、重金属、氮磷等）吸附中被广泛研究。在光热转换领域中的研究极少。因此具有光热转换效果的生物碳基膜材料研发具有重要意义。

现有技术中，中国发明专利（CN 110030743 A）公开了一种MOFs生物质基碳复合光热转换材料的制备方法。其以废弃农作物丝瓜瓤、大豆秸秆或竹竿为原料，将其进行预处理并高温碳化后，加入MOFs的前驱体制备获得MOFs/生物质基碳复合光热转换材料。然而该方法的废弃物来源不具有普遍性，同时，MOF材料的强度较低，适用范围也不如树脂材料广泛。

中国发明专利（CN 109053938 A）公开了一种应用于太阳能蒸发水的生物炭/聚合物复合膜的制备方法。其以柳絮为原料，通过煅烧和酸化制得柳絮生物炭，最后将其与多巴胺盐酸的Tris缓冲液、丙烯酸混合，制备得到生物炭/聚合物复合膜。然而该方法同样面临废弃物来源不具有普遍性，聚合物适用范围窄等缺点。

由上述现有技术可以看到，目前的光热转化碳材料主要以传统石油基碳材料为对象进行研究，在生物质基碳材料的光热效应研究中也不具备广泛性和适用性。因此，研制具有适应性广的生物炭掺杂聚合物光热材料具有重要的意义和应用价值。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种具有光热效应的生物炭丙烯酸酯材料及其制备方法，解决现有光热碳材料源于不可再生资源的技术问题，适应范围广，具有重要的现实意义和应用价值。

本发明提供了如下的技术方案：

一种具有光热效应的生物炭丙烯酸酯材料的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备生物炭；

（2）氧化生物炭；

（3）预乳化；