[发明专利]具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法，制备方法为：首先向培养皿中加入含有CNT的营养液和木醋杆菌原菌液进行静态培养，得到CNT‑BC水凝胶，然后向底部填充满CNT‑BC水凝胶的培养皿中加入含有GO的营养液和木醋杆菌原菌液进行静态培养，在CNT‑BC水凝胶的上方形成GO‑BC水凝胶，得到CNT‑GO‑BC水凝胶，最后对CNT‑GO‑BC水凝胶中的GO进行还原，得到具有异质结构陷光增强的光热转换膜；最终制得的光热转换膜为具有复合层结构的CNT‑rGO‑BC水凝胶，由上层的CNT‑BC水凝胶和下层的rGO‑BC水凝胶组成，且两者之间通过BC纳米纤维连接。本发明的光热转换膜对近红外光吸收高且光热性能好，能有效的将太阳光的光能转换为热能。

技术领域

本发明属于光热转换材料技术领域，涉及一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法。

背景技术

化学能源如煤、石油、天然气的过度消耗不利于可持续发展，也是造成环境污染的主要原因。而传统能源消耗总量占全球消耗总量的80％以上，亟需使用清洁能源取代化石能源，缓解环境污染与气候变化问题。在所有可再生能源中，太阳能具有取之不尽用之不竭、稳定输出等特点，最有希望在工业中大规模应用，可以解决社会面临的许多挑战。

我国拥有非常丰富的太阳能资源，丰富的地区如西藏、青海每年太阳能辐射总量是8400MJ/am²，匮乏的地区如四川、贵州辐射总量也能达到3400MJ/am²。迄今为止光电效应和光热效应是太阳能利用的主要方式，其中光热效应是指利用吸光材料将太阳能转换为热能，是运用较为广泛而且能量利用率较高(最高可达90％以上)的方式。然而，太阳能热能转换存在问题有：1)由于应用时效率低下存储困难；2)所需光学设备成本较高而未得到充分利用；3)传统光热发生器装置庞大，系统复杂，无法满足小规模便携式需求。因此，找到更好开发和利用太阳能光热转换的方式是目前的任务和目标。

太阳能水蒸发就是将太阳能最大程度上转换为热能，将转换来的热能加热水体，产生水蒸气。现阶段水蒸发存在三种主要途径：1)太阳能吸收器在体相(bulk)水底部，底部吸收材料将吸收太阳能转换成热能，进而加热整个体相水；2)太阳能吸收器以纳米流体的形式分散在体相中的水蒸发，均匀分散的纳米流体将太阳光转换成热能进而加热整个体相水；3)太阳能吸收器定位在气体-液体的界面处，在界面处将转换的热量转换用于加热气液界面的水。第三种方式是近年来的新兴技术，蒸发系统具有更高的蒸汽产生效率和热响应速度，且系统结构简单，能够为高效便携式太阳能光热蒸发系统提供了可行的方案。

常规的太阳能蒸发将光热转换材料分散在水中以进行整体加热，为了最大程度地减少与整体供热有关的热损失，在过去的几年中，已经提出了通过使光热转换材料漂浮在空气-水界面的方法来进行界面太阳能蒸发，并得到了广泛的验证。作为太阳能界面海水蒸发器的关键组件之一，光热转换材料至关重要，直接将光转换为热，从而促进水的蒸发，当光热转换材料呈薄膜形态时(即光热转换膜)，更有利于产生局域热聚集，从而实现高效水蒸发。

文献(Scalable,Flexible,Durable,and Salt-Tolerant CuS/BacterialCellulose Gel Membranes for Efficient Interfacial Solar Evaporation,ACSSustainable Chem.Eng.2020,8,9017-9026)公开了一种可扩展的双层细菌纤维素(BC)生物泡沫蒸发器，其中CuS/BC复合材料被用来作为光热转换膜；专利CN201911391562.2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，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；专利CN201911007671.X公开了一种光热转换薄膜及其制备方法和用于太阳能蒸汽产生的双层蒸发结构，其利用CuO@CF和CuO/Ag@CF作为光热转换薄膜。然而这些现有技术公开的光热转换膜都存在对光的捕获效率及光利用率较低的问题，进而导致了由其制得的太阳能界面海水蒸发器的蒸发速率较低。