[发明专利]一种基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料的制备方法，是将绝热多孔材料浸泡在硝酸溶液中以除去表面杂质，再浸入到水溶性聚合物胶黏剂与黑磷纳米片的混合溶液中，取出后进行热交联处理，即可得到海水淡化材料。该方法不会破坏黑磷晶格结构，构造方便，工艺简单，且吸收光谱范围广，光热转化效率高，能够充分利用太阳能，实现高效海水淡化，可以直接应用于大规模工业化生产及市场推广。

技术领域

本发明涉及一种在多孔材料表面负载光热转换材料的方法，具体涉及一种基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料的制备方法。

背景技术

随着世界人口的增加以及水资源的减少，淡水资源的获取越来越受到科学家们的重视。而利用太阳能实现海水淡化相比于膜蒸馏、膜透析具有成本低、装置简单、能耗低的特点。所以近年来，科学家们提出了太阳能水蒸发的新型太阳能热利用技术，通过各种途径以提高太阳能水蒸发系统的光热转化效率。研究人员提出了几种光热转化材料的先进制备方法，如3D打印、气相沉积、冷冻干燥、脉冲激光沉积等，然而由于这些方法昂贵且复杂，阻碍了其在实际应用中的使用。

因此，针对上述问题，需要提出一种简便易行的太阳能海水淡化材料的制备方法。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的问题，旨在提供一种基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料的制备方法，通过在多孔绝热材料表面利用水溶型聚合物胶黏剂与黑磷纳米片以分子间作用力，在多孔材料表面沉积光热转化层，制备用于海水淡化的功能材料。本发明制备的太阳能海水淡化材料能够自悬浮在水面上，吸收太阳能转化为热量，界面加热海水，蒸发凝聚成淡水资源。

本发明太阳能海水淡化材料，是以绝热多孔材料为承载材料，以黑磷纳米片为光热转化层，以水溶性聚合物为粘结剂及保护层获得的复合材料。

本发明太阳能海水淡化材料的制备方法，是将绝热多孔材料浸泡在硝酸溶液中以除去表面杂质，再浸入到水溶性聚合物胶黏剂与黑磷纳米片的混合溶液中，取出后进行热交联处理，即可得到海水淡化材料。具体包括如下步骤：

步骤1：将绝热多孔材料浸入硝酸溶液中，以除去材料表面杂质；

步骤2：将步骤1处理后的绝热多孔材料浸入到水溶性聚合物胶黏剂与黑磷纳米片的混合溶液中，通过分子间作用力吸附胶黏剂与黑磷纳米片于绝热多孔材料表面，得到具有光热转化性能的初始海水淡化材料；

步骤3：将步骤2获得的初始海水淡化材料浸入戊二醛溶液中，挤压除去多余的预聚体溶液，放置在烘箱中完成热交联，固定黑磷纳米片于绝热多孔材料的表面，即可获得太阳能海水淡化材料。

步骤1中，所述绝热多孔材料包括聚氨酯泡沫、聚苯乙烯泡沫、酚醛泡沫、三聚氰胺泡沫等；所述绝热多孔材料的开孔率＞90％。

步骤1中，所述硝酸溶液的pH值为1～3，浸泡时间为1～10min。

步骤2中，所述水溶性聚合物胶黏剂包括胶原蛋白、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺等；所述黑磷纳米片的粒径为0.2～1.0um，片层厚度小于20nm。混合溶液中水溶性聚合物胶黏剂的浓度为2～10g/L，黑磷纳米片的浓度为1g/L～5g/L；浸泡时间为1～10min。

步骤3中，戊二醛溶液的浓度为1g/L～5g/L，浸泡时间为1～10min。

步骤3中，热交联的温度为60～80℃，时间为1～4h。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明制备方法简单，易操作，所用原料易获得。

2、本发明基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料避免了黑磷晶格的破坏。

3、本发明基于黑磷纳米片的太阳能海水淡化材料能够在全波段吸收太阳光且转化为热量。