[发明专利]一种还原氧化石墨烯层状膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种还原氧化石墨烯层状膜及其制备方法和应用，包括S1：将聚苯乙烯磺酸钠和多壁碳纳米管按照预定比例混合在蒸馏水中，搅拌并超声以获得均匀的分散液；将均匀的分散液进行离心，取下层黑色沉淀物冷冻干燥，制得一维组装体；S2：将还原氧化石墨烯和一维组装体按照预定比例加入到蒸馏水中，搅拌并超声以获得均匀的分散液，将均匀的分散液进行真空抽滤，自然干燥后得到还原氧化石墨烯层状膜；该还原氧化石墨烯层状膜保留其高导电和高导热的特点的同时，通过毛细管作用来提高其水传输性能，其具有良好的光热性能，且暴露在水中时不易膨胀，长期稳定性好。

技术领域

本发明涉及太阳能界面水蒸发和蒸发诱导发电技术领域，具体涉及一种还原氧化石墨烯层状膜及其制备方法和应用。

背景技术

人类社会的发展与能量资源密切相关，三大化石燃料(煤炭、石油、天然气)的开采和应用极大的推动了科技进步，但也因此导致生态环境的恶化；作为不可再生能源，它们的消耗殆尽是不可逃避的问题；寻求一种可替代的清洁、可持续的能源，成为人类生存路上亟待解决的问题；在众多选择中，太阳能因其取之不尽用之不竭的特征成为了理想的替代能源。

拥有“生命之源”之称的水是人类社会生产和生活、生态系统运行不可缺少的物质，虽为可再生能源，水资源并非取之不尽用之不竭；随着人口增长、经济发展、环境恶化、气候变化和科技变革，水资源面临着严重的压力；拥有“蓝色能量”之称的海洋蕴藏着大量的水资源，将丰富的海水进行淡化已成为满足当前淡水需求的一种很有前景的技术。

以太阳能为媒介的界面水蒸发是目前缓解化石能源危机和水资源短缺现状的一个双赢的布局；近年来，纳米光热材料独特层次结构的设计使界面水蒸发取得了巨大的发展，但几乎所有的技术都专注于单一的海水淡化或蒸发诱导发电；实际上，在海洋能量的转化过程中，不可避免地产生不同形式的能量，一个界面水蒸发装置通过太阳能脱盐和蒸发诱导发电实现饮用水和电力的热电联产是稀缺且具有挑战性的；这种多效利用可以同时处理不同的能源形式，进一步提高能源整体的利用率，满足各种需求。

目前基于氧化石墨烯的膜暴露在水中时容易膨胀，并且长期稳定性差，限制了它的实际应用；因此开发足够稳定的层状膜尤为重要，这在太阳能光热转化方面的应用具有十分重要的研究意义。

发明内容

针对上述问题，本发明的第一个目的是提供一种制备还原氧化石墨烯层状膜的方法，该方法通过聚苯乙烯磺酸钠(PSS)和多壁碳纳米管(MWCNTs)组合获得一维组装体，再和二维材料还原氧化石墨烯(rGO)构建具有纳米多孔网络的薄膜(层状膜)；本发明制得的层状膜保留其高导电和高导热的特点的同时，通过毛细管作用来提高其水传输性能。

本发明的第二个目的是提供上述一种还原氧化石墨烯层状膜，该还原氧化石墨烯层状膜为二维层状膜，该层状膜具有良好的光热性能，其暴露在水中时不易膨胀，且长期稳定性好。

本发明的第三个目的是提供上述一种还原氧化石墨烯层状膜的应用，其能应用于蒸发诱导发电和太阳能界面水蒸发(光热海水淡化)领域。

本发明所采用的第一个技术方案是：一种还原氧化石墨烯层状膜的制备方法，包括以下步骤：

S1：将聚苯乙烯磺酸钠和多壁碳纳米管按照预定比例混合在蒸馏水中，搅拌并超声以获得均匀的分散液；将均匀的分散液进行离心，取下层黑色沉淀物冷冻干燥，制得一维组装体；

S2：将还原氧化石墨烯和一维组装体按照预定比例加入到蒸馏水中，搅拌并超声以获得均匀的分散液，将均匀的分散液进行真空抽滤，自然干燥后得到还原氧化石墨烯层状膜。

优选地，步骤S1中所述搅拌并超声包括：搅拌30～60分钟以及在40～80℃的温度下连续超声1～5小时以获得均匀的分散液；所述离心包括：将均匀的分散液在8000～1000rpm的离心条件下离心5～30分钟；

步骤S2中所述搅拌并超声包括：搅拌30～60分钟以及在40～80℃的温度下连续超声1～5小时获得均匀的分散液。