[发明专利]一种3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转换材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转换材料及其制备方法，首先分别将2D层状结构的氧化石墨烯复合纳米片和PVA分散在水中，搅拌均匀，混和，得到均质悬浮液，并进行水热处理，冷冻干燥，得到了所述的用于海水淡化和污水处理的3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转化材料。本发明所述3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转换材料具有宽光谱吸收，且兼具自漂浮性能和低热导率，这有利于局域高温的产生，促进水的蒸发，可以防止热能的大量损失，因而实现高的水蒸发速率和光热转换效率。该材料制造方便，工艺简单，原料广泛，成本低，有望成为解决淡水资源短缺的一种有效材料。

技术领域

本发明涉及界面太阳能光热蒸汽转换领域，特别是涉及一种3D自漂浮隔热高效光热 蒸汽转换材料及其制备方法。

背景技术

太阳能是一种储量丰富、可持续的、清洁的能源，它在光电转化、光催化、太阳能热转化等领域有着广阔的应用。基于太阳能热转换，水蒸发被认为是从污水和海水中提取饮用水的一种简单、方便且经济可持续的方法。传统的太阳能水蒸发系统通过光热材料收集太阳能并转化为热能加热大体相的水，由于水体与环境之间的热损失降低了太阳能的利用效率。为了减少热量损失，人们开始致力于高效的界面光热转化器件的研究。目前研发的太阳能蒸发器多数以绝热材料为支撑体，与吸光材料组装成太阳能水蒸发装置，其虽拥有高的光热转换效率，但是复杂的结构和高成本的材料限制了太阳能蒸发器的实用性。因此亟需开发一种低成本、简单且具有自漂浮结构的太阳能蒸发器。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转换材 料及其制备方法，旨在解决现有光热转换材料的效率低、热损失大、结构复杂、成本高的问题。本发明制备过程环保、简单、成本低。通过水热处理将2D层状结构的氧化石墨烯 复合纳米片与PVA复合，PVA的引入改善了材料的亲水性和机械性能。制备的2D层状结 构的氧化石墨复合纳米片与PVA复合光热转换材料无需支撑材料和绝热材料直接作为太 阳能蒸发器。利用氙灯模拟太阳光，直接照射在漂浮在水面上的光热转换材料上进行界面 光热转换，多孔结构为水的供给提供理想的通道，同时这些通道为水蒸气顺利地逸出提供 了良好的途径。另外丰富的孔结构降低了复合材料的导热率，阻碍了热量向大体积水传递， 进而提高了光热转换效率，增加了水蒸发速率。

本发明公开了一种3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转换材料的制备方法，包括如下步骤：

1)将2D层状结构的氧化石墨烯复合纳米片分散在水中，充分搅拌至均匀分散；

2)配制聚乙烯醇PVA溶液；

3)将步骤2)中PVA溶液与步骤1)中2D层状结构的的氧化石墨烯复合纳米片溶液混和，充分搅拌，得到均质悬浮液；

4)将步骤3)中得到的均质悬浮液进行水热处理，冷冻干燥，得到3D自漂浮隔热高效光热蒸汽转化材料。

进一步的，步骤1)中，2D层状结构的氧化石墨烯复合纳米片包括：氧化石墨烯/石墨烯复合纳米片、氧化石墨烯/二硫化钼复合纳米片或氧化石墨烯/Ti3C2Tx等。

进一步的，步骤1)中，2D层状结构的氧化石墨烯复合纳米片的浓度为2～8mg/mL。

进一步的，步骤2)中，PVA溶液的制备方法为：将PVA加入水中，在95℃水浴中 溶解2h。

进一步的，步骤2)中，PVA的平均分子量大小为67000～89000。

进一步的，步骤3)中2D层状结构的氧化石墨烯复合纳米片与PVA的质量之比为1:1～ 1:10。

进一步的，步骤4)中水热的温度为100～180℃，水热时间为5～12h。

进一步的，步骤4)中采用的冷冻干燥，冷冻干燥温度为-50℃～-20℃，冷冻干燥时间为10～60h。