[发明专利]用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法。所述方法先采用静电纺丝技术制备PAA纳米纤维膜，再加温加压对其进行亚胺化得到PI纳米纤维膜，最后激光烧蚀技术对PI膜表面进行烧蚀，使其表面形成多孔蓬松的石墨烯纤维。本发明制备的PI‑LIG多孔蒸发膜作为太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料应用时，光吸收率可达98％，具有高效的蒸发速率和光热转化性能，且耐久性好，在一个太阳光下其蒸发速率高达1.595kg·m^‑2·h^‑1，同时它的光热转换效率达到了92.55％，适用于海水淡化处理。

技术领域

本发明属于海水淡化和功能表面改性技术领域，涉及一种用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法。

背景技术

在地球上的水资源中，97％都是不能被饮用的海水，使用太阳能天然能源实现对海水蒸发以实现海水淡化，即太阳能驱动的界面蒸发海水淡化技术，是获取清洁淡水资源的有效途径。太阳能界面蒸发海水淡化技术，依靠改善光吸收体的光热吸收能力以提高蒸发效率。然而由于吸收体的光学损耗，吸收体与水体和环境之间的热交换所造成的热学损耗，导致光热-蒸汽转化效率较低，很大程度上限制了其广泛应用。因此，需要寻找新型的具有较高光热转换效率的光吸收材料。

膜材料是影响海水在二维(2D)界面汽化平台上的界面蒸发性能最为关键的因素。目前用于太阳能界面蒸发的膜材料主要有氧化石墨烯膜、石墨烯片垂直取向薄膜、以及光热转换塑料薄膜等。文献1(Graphene oxide-based efficient and scalable solardesalination under one sun with a confined 2D water path，PNAS)通过真空吸附的方式将氧化石墨烯吸附到多孔混合纤维素膜，形成氧化石墨烯膜(GO)其蒸发速率为1.45kg·m^-2·h^-1,光热转换效率为80％。文献2(Flexible and Salt Resistant JanusAbsorbers by Electrospinning for Stable and Efficient Solar Desalination，Advanced Energy Materials)通过先静电纺丝制备PAA和PMMA纳米纤维膜，再通过喷涂的方式将吸光材料CB颗粒喷涂在膜面，其光吸收率为97％、蒸发速率为1.3kg·m^-2·h^-1、光热转换效率为72％。同时为了防止其CB颗粒的脱落采取了双层膜Jauns结构。上述膜虽然均可用于太阳能界面蒸发海水淡化，但其光吸收率、蒸发速率和光热转换效率仍比较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备方法简单，成本低廉，具有高光吸收率、蒸发速率和光热转换效率的用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法。

实现本发明目的的技术方案如下：

用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)溶液配制：将4,4-二氨基二苯醚(ODA)加入有机溶剂N,N-二甲基乙酰胺(DMAC)中，搅拌反应0.1h～10h，再加入苯四甲酸二酐(PMDA)，搅拌，在-20℃～80℃下反应2h～30h，得到前驱体聚酰胺酸(PAA)溶液；

(2)静电纺丝：采用静电纺丝技术，将PAA溶液电纺得到纳米纤维膜PAA；

(3)亚胺化：将纳米纤维膜PAA加温加压进行亚胺化得到聚酰亚胺(PI)纳米纤维膜；

(4)激光烧蚀：利用光纤激光器的光栅模式对PI纳米纤维膜表面进行烧蚀，表面碳化形成多孔蓬松的石墨烯纤维(LIG)，制得PI-LIG多孔膜材料扫描模式为面扫描，激光功率为1～75W，扫描速度为0.1～2.54m/s，扫描频率为10～500PPI，图像密度为1～7。

进一步地，步骤(1)中，所述的ODA：PMDA的摩尔比为1：1，ODA和PMDA的总质量为DMAC质量的5％～30％。