一种高效稳定的太阳能水蒸发材料及其制备方法

本发明属于淡水收集，具体涉及一种高效稳定的太阳能水蒸发材料及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能作为一种可持续、清洁无污染的新能源被广为应用，其中将太阳能转化为热能是一种重要的太阳能利用方式。太阳能驱动的水蒸发技术是光热转换的重要应用之一。传统的太阳能加热装置中，加热整个水体以产生水蒸气，使得的太阳能利用率较低；而利用太阳能在气-液界面处加热水分进行限制热量的方法大大提高了热量的利用率和水的蒸发速率。水蒸发材料作为太阳能的高吸收剂，是实现高效太阳能水蒸发的关键部分。因此制备一种高效稳定的太阳能水蒸发材料尤为重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种高效稳定的太阳能水蒸发材料。所述水蒸发材料包括聚二甲基硅氧烷、光热转换材料及亲水多孔膜。光热材料中管与片的无序排列使得膜表面更粗糙，从而有效减少光在膜表面的反射，提高水蒸发速率；并将pdms作为粘结剂将光热材料粘在亲水多孔膜上，同时也是光热保护层，在保证高透光度的基础上，有效减少热损失和外界环境对光热材料造成破坏。

2、本发明的目的之二在于提供一种高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，方法简单易行，可操作性强，绿色环保的同时兼具成本低等优势。

3、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

4、一种高效稳定的太阳能水蒸发材料，包括聚二甲基硅氧烷(pdms)、光热转换材料及亲水多孔膜，所述光热转换材料由mos2纳米片和碳纳米管复合而成，所述光热转换材料均匀分布在亲水多孔膜上，光热转换材料用量为0.12-0.8mg cm-2，所述聚二甲基硅氧烷均匀分布在光热转换材料上，用量为5-7mg cm-2，其中聚二甲基硅氧烷主要起保护作用，光热转换材料用于太阳光的吸收与转换，亲水多孔膜则用于水分运输。

5、所述mos2纳米片沿碳纳米管生长，所述mos2纳米片在光热转换材料中的质量分数为30-70％。

6、所述亲水多孔膜为pan多孔膜。

7、一种高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，包括将聚二甲基硅氧烷、固化剂及有机溶剂均匀混合配置聚二甲基硅氧烷溶液；将光热转换材料分散在有机溶剂中，用喷枪均匀的喷在pan膜上，干燥后再将聚二甲基硅氧烷溶液均匀的喷在光热转换材料上，干燥后得到水蒸发材料光热转换材料。

8、分散聚二甲基硅氧烷混合的有机溶剂包括四氢呋喃、甲苯和氯仿中的一种或几种，分散光热转换材料的有机溶液包括乙醇和甲醇中的一种或几种。

9、所述亲水多孔膜的制备方法包括如下步骤：

10、将聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺混合制成的溶液，油浴加热搅拌至形成均匀、粘稠的无色铸膜液；待铸膜液冷却至室温后，使用自动涂覆机将铸膜液涂覆于干燥洁净的玻璃板上，形成厚度为150-300μm的液膜；将玻璃板迅速转移至去离子水中，基于相转化原理形成多孔膜，浸泡12-24h后取出晾干，再将其转移至真空干燥箱中真空干燥以去除膜中剩余的水分。

11、所述油浴搅拌温度为60-80℃，时间为18-24h。

12、所述光热转换材料的制备方法包括如下步骤：将钼酸铵、硫脲和碳纳米管在室温下分散到去离子水及乙二醇的混合溶液中，超声后将水热溶液转移至聚四氟乙烯的反应釜中，密封后将反应釜放入马弗炉中设置升温程序进行水热反应，待温度自然冷却至室温，并洗涤干燥后得到mos2@cnt材料。

13、所述聚丙烯腈分子量为40000-150000，用量为0.8-1g，聚乙烯吡咯烷酮分子量为58000-1300000，质量用量为聚丙烯腈的8％-10％，n,n-二甲基甲酰胺溶液为分析纯，用量为12-15g。

14、所述水热溶液中钼酸铵添加量为2.5-7.5mmol l-1、硫脲的添加量为70-210mmoll-1、碳纳米管的添加量为0.75-2.25g l-1。

15、所述水热反应时间为12-24h，水热反应温度为180-200℃。马弗炉的升温速率为2℃min-1。

16、本发明的有益效果如下：本发明提供了一种高效稳定的太阳能水蒸发材料，主要由聚二甲基硅氧烷顶层，光热转换材料和亲水多孔膜组成。聚二甲基硅氧烷可以对水蒸发材料起到保护作用，利用其疏水性可以轻易对膜表面进行清洁处理并减少热损失，同时将光热材料和亲水膜粘在一起。亲水多孔膜中丰富的孔道结构可以更好的运输水分；mos2与碳纳米管对太阳光的协同吸收转换作用，1g光热转换材料可喷0.2m-2的膜，每小时的产水量可达360g。在使用较少光热材料的同时具有较高的水蒸发性能，大大节省了生产成本。

17、本发明提供了一种高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，本制备方法简单易得，价格较低，绿色环保。

技术特征：

1.一种高效稳定的太阳能水蒸发材料，其特征在于：包括聚二甲基硅氧烷、光热转换材料及亲水多孔膜，所述光热转换材料由mos2纳米片和碳纳米管复合而成，所述光热转换材料均匀分布在亲水多孔膜上，光热转换材料用量为0.12-0.8mg cm-2，所述聚二甲基硅氧烷均匀分布在光热转换材料上，用量为5-7mg cm-2。

2.如权利要求1所述的一种高效稳定的太阳能水蒸发材料，其特征在于：所述mos2纳米片沿碳纳米管生长，所述mos2纳米片在光热转换材料中的质量分数为30-70％。

3.如权利要求1所述的一种高效稳定的太阳能水蒸发材料，其特征在于：所述亲水多孔膜为pan多孔膜。

4.一种权利要求1所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：包括将聚二甲基硅氧烷、固化剂及有机溶剂均匀混合配置聚二甲基硅氧烷溶液；将光热转换材料分散在有机溶剂中，用喷枪均匀的喷在亲水多孔膜上，干燥后再将聚二甲基硅氧烷溶液均匀的喷在光热转换材料上，干燥得到水蒸发材料光热转换材料。

5.如权利要求4所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述亲水多孔膜的制备方法包括如下步骤：将聚丙烯腈、聚乙烯吡咯烷酮、n,n-二甲基甲酰胺混合制成溶液，油浴加热搅拌至形成均匀、粘稠的无色铸膜液；待铸膜液冷却至室温后，使用自动涂覆机将铸膜液涂覆于干燥洁净的玻璃板上，形成厚度为150-300μm的液膜；将玻璃板迅速转移至去离子水中，基于相转化原理形成多孔膜，浸泡12-24h后取出晾干，再将其转移至真空干燥箱中真空干燥以去除膜中剩余的水分。

6.如权利要求5所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述油浴搅拌温度为60-80℃，时间为18-24h。

7.如权利要求4所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述光热转换材料的制备方法包括如下步骤：将钼酸铵、硫脲和碳纳米管在室温下分散到去离子水及乙二醇的混合溶液中，超声后将水热溶液转移至聚四氟乙烯的反应釜中，密封后将反应釜放入马弗炉中设置升温程序进行水热反应，待温度自然冷却至室温，并洗涤干燥后得到mos2@cnt材料。

8.如权利要求7所述高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述聚丙烯腈分子量为40000-150000，用量为0.8-1g，聚乙烯吡咯烷酮分子量为58000-1300000，质量用量为聚丙烯腈的8％-10％，n,n-二甲基甲酰胺溶液用量为12-15g。

9.如权利要求7所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述水热溶液中钼酸铵添加量为2.5-7.5mmol l-1、硫脲的添加量为70-210mmol l-1、碳纳米管的添加量为0.75-2.25g l-1。

10.如权利要求7所述的高效稳定的太阳能水蒸发材料的制备方法，其特征在于：所述水热反应时间为12-24h，水热反应温度为180-200℃。

技术总结本发明涉及一种高效稳定的太阳能水蒸发材料及其制备方法。太阳能水蒸发材料包括聚二甲基硅氧烷、光热转换材料及亲水多孔膜，光热转换材料由MoS<subgt;2</subgt;纳米片和CNT复合而成，并均匀分布在亲水多孔膜上，光热转换材料用量为0.12‑0.8mg cm<supgt;‑2</supgt;，聚二甲基硅氧烷均匀分布在光热转换材料上，用量为5‑7mg cm<supgt;‑2</supgt;。聚二甲基硅氧烷顶层主要起保护作用，同时作为粘结剂将光热材料粘在亲水多孔膜上，光热转换材料用于太阳光的吸收与转换，底层PAN多孔膜用于水分的运输。本发明太阳能水蒸发材料，实现碳纳米管与二硫化钼(MoS<subgt;2</subgt;)的协同吸收作用，在使用较少光热材料的同时具有高效稳定的水蒸发速率，良好的吸光性能，方法简单易行，成本较低，适合大规模生产应用。技术研发人员：李祥村,李爽,姚尧,赵泽斌,杨茗诏,雷瑞,李菲菲,贺高红,姜贺龙受保护的技术使用者：大连理工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13