[发明专利]具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜及制备法

权利要求书

1.一种具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜，其特征在于，该多孔陶瓷膜是在物相组成为TiB₂+Ti(C,N )+Ti₃SiC₂的多孔陶瓷支撑体孔结构内或表面生长有二维纳米光热材料，或者在所述的多孔陶瓷支撑体孔结构表面沉积碳纳米材料，该多孔陶瓷膜是一种多级异质多孔陶瓷膜；所述的多级异质多孔陶瓷膜通过原料本身反应和外加的造孔剂形成同时具备10µm以内、20-80µm和100-800µm三种孔径的三维连通多级多孔结构；所述的多孔陶瓷膜是以Ti、B₄C、C₃N₄、SiC粉末为原料，以NH₄HCO₃为造孔剂及N源，利用激光引燃发生自蔓延反应的方法制备多孔陶瓷支撑体，反应如下：Ti+ B₄C + C₃N₄+ SiC+NH₄HCO₃→TiB₂+Ti(C,N ) + Ti₃SiC₂；随后在所述多孔陶瓷支撑体孔结构内或表面生长过渡金属硫化物二维纳米光热材料，或者通过气相沉积法在所述多孔陶瓷支撑体孔结构表面沉积碳纳米管或者氧化石墨烯。

2.如权利要求1所述的具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：

第一步：多孔陶瓷支撑体材料准备

按照配比称取Ti、B₄C、 C₃N₄、SiC和NH₄HCO₃粉末，粉末摩尔比为：Ti:B₄C: C₃N₄: SiC =3:1: 1: 1，NH₄HCO₃粉末占Ti、B₄C、 C₃N₄、SiC和NH₄HCO₃五种粉末总体系的体积分数为15%，将混合粉末混匀后压坯成型，然后加热脱除NH₄HCO₃，从而在坯体中形成大孔；

上述Ti粒度为200-300目，B₄C粒度为5µm， C₃N₄和SiC粒度为1600-3000目，NH₄HCO₃粒度为500-1000目；

第二步：多孔陶瓷支撑体合成

开启激光熔覆设备电源,设置激光功率为800W，随后用激光束在坯体表面圆心处引燃坯体，使混合粉末坯体发生反应，反应后获得多孔陶瓷支撑体，Ar气作为反应过程中的保护气；所述的多孔陶瓷支撑体主要物相组成为TiB₂+Ti(C,N )+Ti₃SiC₂，其中Ti(C,N）为具有等离子共振效应的吸光材料，TiB₂+Ti₃SiC₂对多孔材料起到增强作用；反应式为：

Ti+B₄C+C₃N₄+SiC→TiB₂+Ti(C,N )+Ti₃SiC₂；

第三步：异质结构的制备，采取方法一或方法二

方法一：以硫脲和钼酸钠为前驱体通过水热的方式在多孔陶瓷支撑体表面团聚成纳米化球状MoS₂及在多孔陶瓷支撑体内部生长薄片状MoS₂，水热温度为200℃，水热时间为24h；或者通过球磨煅烧的工艺制备WS₂，并将WS₂喷涂在多孔陶瓷支撑体表面，WS₂的制备方法是：以氧化钨和硫磺为原料，按照质量比氧化钨：硫磺=1:3配比，混合球磨24h后取球磨产物在管式炉中以600℃的温度煅烧24h可得WS₂；

方法二：通过气相沉积的工艺在多孔陶瓷支撑体表面制备碳纳米管，实验条件为：氮气为保护气，气氛温度为900℃，以乙腈为碳源，以二茂铁为催化剂，保温时间为40分钟；或者通过气相沉积的工艺在多孔陶瓷支撑体表面制备氧化石墨烯，在氩气与氢气混合的气氛条件下，以甲烷为碳源，在1000℃的生长温度下，保温20分钟。

3.一种如权利要求1所述的具有高海水淡化效率及自清洁功能的多孔陶瓷膜在界面光热海水淡化方面的使用方法，其特征在于，将该多孔陶瓷膜材料与聚乙烯泡沫、棉花结合，制成光热蒸发器，其中聚乙烯泡沫作为隔热体用来减少蒸发过程中的热传导损失，棉花用来作为海水的传输通道；然后将所述光热蒸发器置于盛有海水的聚四氟乙烯容器中，聚四氟乙烯容器放在天平上，用模拟光源照射，记录不同时刻的质量变化，计算出海水的蒸发速率，进而得到光热转换效率。