[发明专利]具有纳米异质结构的光热转换材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种具有纳米异质结构的光热转换材料的应用，其特征在于，将具有纳米异质结构的光热转换材料、细菌纤维素膜和聚苯乙烯泡沫自上而下顺序组装在一起构成太阳能界面海水蒸发器；

具有纳米异质结构的光热转换材料的制备方法：将木醋杆菌原菌液、前驱体CNT水溶液和前驱体GO水溶液加入HS营养液中进行接种，得到细菌纤维素复合膜后，对其中的GO进行还原，得到具有纳米异质结构的光热转换材料；

制备方法的具体步骤如下：

（1）分别配制前驱体CNT水溶液、前驱体GO水溶液和HS营养液；

（2）原位培养制备细菌纤维素复合膜；

将木醋杆菌原菌液、前驱体CNT水溶液和前驱体GO水溶液加入HS营养液中进行接种，在28~30°C 的温度条件下静态培养7~14天，得到细菌纤维素复合膜；木醋杆菌原菌液、前驱体CNT水溶液、前驱体GO水溶液和HS营养液的体积比为1.5~1.75:0.5~0.75:0.5~0.75:8.9~9.5；木醋杆菌原菌液的浓度为3.5×10⁵~4×10⁵cfu/mL；

（3）后处理去除细菌纤维素复合膜中的PVP、HS营养液和木醋杆菌；

（4）还原；

将经过后处理的细菌纤维素复合膜与浓度为3~10wt%的抗坏血酸溶液混合，在60~80℃的温度条件下反应7~9h后，用去离子水水洗净化，制得具有纳米异质结构的光热转换材料。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，前驱体CNT水溶液的配制过程为：取MWCNT加入去离子水中，搅拌，再加入PVP，搅拌，在25~30°C的温度条件下用细胞粉碎机以450~500w的功率超声反应1.5~2h，得到均匀分散的前驱体CNT水溶液；MWCNT、去离子水和PVP的质量体积比为0.4g:50mL:10~15g。

3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，前驱体GO水溶液的配制过程为：取GO加入去离子水中，搅拌，再加入PVP，搅拌，在25~30°C的温度条件下用细胞粉碎机以450~500w的功率超声反应1.5~2h，得到均匀分散的前驱体GO水溶液；GO、去离子水和PVP的质量体积比为0.4g:50mL:10~15g。

4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，HS营养液由40~60g/L葡萄糖、3~8g/L酵母提取物、3~8g/L蛋白胨、1~4g/L Na₂HPO₄、0.5~2g/L KH₂PO₄、0.5~2g/L柠檬酸和余量的超纯水组成；

HS营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、Na₂HPO₄、KH₂PO₄和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为110~130°C且压力为0.1~0.3MPa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌30~50min，无菌冷却至20~28°C，得到HS营养液。

5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，具有纳米异质结构的光热转换材料是由细菌纤维素膜以及分布在其中的rGO和CNT组成，rGO和CNT构成异质结构，即CNT原位生长在rGO的表面形成“人工褶皱”结构。

6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，细菌纤维素膜中的纤维的直径为20~30nm。

7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，具有纳米异质结构的光热转换材料中rGO的含量为10~11wt%，CNT的含量为10~11wt%；rGO的片径为0.5~5μm，厚度为1~3nm；CNT的直径为5~15nm，长度为0.5~2μm。

8.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，具有纳米异质结构的光热转换材料的厚度为1.5~2.5mm，孔隙率为95~98%，光吸收率为96~99.8%；在辐射强度为1kWm^-2的模拟太阳辐射下，加入具有纳米异质结构的光热转换材料后水的自然蒸发速率为1.4~1.9kgm^-2h^-1，具有纳米异质结构的光热转换材料的光热转化效率为70~95%；采用红外热像仪照射由具有纳米异质结构的光热转换材料与聚乙烯泡沫组成的双层结构1h后，界面处的温度由25~28℃上升至40~60℃，照射的强度为1kWm^-2，温度为20~30°C，湿度为50~60%。