一种具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料及其制备方法

本发明涉及无机复合材料，具体涉及一种具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、光热转化技术是一个行之有效的方法去直接或间接的捕获太阳能，尤其是光热转化诱导水蒸发是一个极具意义的太阳能利用途径，特别是“太阳加热空气-水界面”的新概念的提出，成为解决从污水、海水中获取清洁淡水的高效手段之一。“太阳加热空气-水界面”这一概念更侧重于水蒸发过程中的空气和水界面，即可将蒸发过程抽象为空气-水界面中极薄的一层水分子从高能量状态转变为蒸汽相的一个过程，从而有效降低了热能损耗。基于这一概念和理论，合理设计利用太阳光实现太阳能-热-水蒸气-纯净水的转化结构和路线，最终实现盐水或废水中提取出清洁的淡水，而这一过程的核心是高效光热转化新材料。

2、目前，实现管热转化技术的材料有碳基光热材料、贵金属光热材料、过渡金属复合物等，碳基光热材料尽管在光热领域展现了较为良好的应用前景，但是其制备成本高昂，且制备过程二次污染严重，限制了其在光热领域的规模化应用；贵金属光热材料因其高昂的原料成本、较差的可扩展性、复杂的制造方法以及这些光热材料的不稳定性和毒性，规模化应用将遭遇瓶颈；过渡金属复合物，特别是黑色tio2在规模化光热应用具有极大潜力。例如，ye等(adv energy mater,2016:1601811.)将镁热还原制备了黑色tio2纳米颗粒制成可自漂浮的光热薄膜，该光热薄膜在模拟太阳光下太阳光热转化效率达50％；zhu等(acs appl mater i nter,2016,8(46):31716.)通过低温熔盐的方法铝热还原t io2纳米晶得到了黑色t io2纳米笼，并将其组装到pvdf薄膜中，形成自漂浮的多孔光热薄膜，该薄膜在模拟太阳光下其光热海水蒸发效率达70.9％；zheng等(surf i nterfaces,2021,22:100901)以商用t io2为原料采用爆燃法合成黑色t io2，该材料在模拟太阳光下的蒸发速率和光热转换效率分别可达1.624kgm-2h-1和85％。然而，目前的黑色tio2合成过程复杂，制备成本较高，且均是以薄膜形态进行应用，其耐久性不好。

3、鉴于此，提供一种新的具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料，具有十分重要的意义。

技术实现思路

1、为克服以上技术缺陷，本发明提供一种具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料及其制备方法。

2、本发明的第一个目的是提供一种具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：

3、1)备料：取二氧化钛、石墨粉、钢渣、淀粉和粘接剂混匀后压片和烘干处理，得到混合料；其中，二氧化钛、石墨粉、钢渣、淀粉和粘接剂的质量比为1:0.5:2:0.25～0.75:1；

4、2)还原焙烧：将步骤1)备料的混合料进行还原焙烧，得到具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料。

5、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)备料，所述粘接剂为聚乙烯醇；优选的，所述粘接剂是质量百分数为5～7wt％的聚乙烯醇溶液。

6、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)备料，所述淀粉为分析纯淀粉；所述石墨粉为分析纯石墨粉；所述钢渣的化学成分及质量百分数如下：

7、mgo 7.08wt％、al2o3 5.29wt％、sio2 13.60wt％、p2o5 1.35wt％、cao 42.10wt％、fe2o3 26.70wt％、tio2 0.91wt％、mno 0.92wt％。

8、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)备料，所述二氧化钛的晶体结构为锐钛型。

9、在本发明的一个具体实施方式中，所述二氧化钛中锐钛型晶体结构的含量≥98.5％。

10、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)备料，所述压片采用粉末压片机。

11、在本发明的一个具体实施方式中，所述粉末压片机的压力为5～10mpa。

12、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)备料，所述烘干的温度为120～150℃，时间为2～2.5h。

13、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)还原焙烧，所述还原焙烧的温度为800℃，时间为2h。

14、在本发明的一个具体实施方式中，步骤1)还原焙烧，所述还原焙烧采用坩埚进行，所述混合料在坩埚内的上、下侧均填充有石墨层。

15、在本发明的一个具体实施方式中，所述石墨层的厚度为1～2cm。

16、在本发明的一个具体实施方式中，所述坩埚为石墨坩埚。

17、本发明的第二个目的是提供一种具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料，由上述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法制成。

18、本发明的有益效果是：

19、1、本发明的制备方法可以制备获得具有光电性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料产品，产品在规模化光热应用中具有极大潜力，并且该制备方法简化了具有光热性能产品的生产工艺，可节约成本的同时消纳大量的冶金固废钢渣，提高了生产效率、经济效益和社会效益；

20、2、本发明二氧化钛基多孔陶瓷复合材料具有优异的光热性能，充分了利用了钛资源，实现了钛资源的高价值应用。

技术特征：

1.一种具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)备料，所述粘接剂为聚乙烯醇；优选的，所述粘接剂是质量百分数为5～7wt％的聚乙烯醇溶液。

3.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)备料，所述淀粉为分析纯淀粉；所述石墨粉为分析纯石墨粉；所述钢渣的化学成分及质量百分数如下：

4.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)备料，所述二氧化钛的晶体结构为锐钛型；优选的，所述二氧化钛中锐钛型晶体结构的含量≥98.5％。

5.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)备料，所述压片采用粉末压片机；优选的，所述粉末压片机的压力为5～10mpa。

6.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)备料，所述烘干的温度为120～150℃，时间为2～2.5h。

7.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)还原焙烧，所述还原焙烧的温度为800℃，时间为2h。

8.根据权利要求1所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：步骤1)还原焙烧，所述还原焙烧采用坩埚进行，所述混合料在坩埚内的上、下侧均填充有石墨层；优选的，所述石墨层的厚度为1～2cm。

9.根据权利要求8所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法，其特征在于：所述坩埚为石墨坩埚。

10.一种具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料，由权利要求1-9任一项所述的具有光热性能的二氧化钛多孔陶瓷复合材料的制备方法制成。

技术总结本发明涉及无机复合材料技术领域，具体涉及一种具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料及其制备方法。具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)备料：取二氧化钛、石墨粉、钢渣、淀粉和粘接剂混匀后压片和烘干处理，得到混合料；其中，二氧化钛、石墨粉、钢渣、淀粉和粘接剂的质量比为1:0.5:2:0.25～0.75:1；2)还原焙烧：将步骤1)备料的混合料进行还原焙烧，得到具有光热性能的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料。本发明的二氧化钛基多孔陶瓷复合材料具有优异的光热性能，充分了利用了钛资源及冶金固废，实现了钛资源的高价值应用。技术研发人员：唐榕,吴恩辉,罗玉琴,周宁康,李春楠,伍振兴,郑佳成,邱凱,徐众,李军,侯静,张士举,张远,刘鹏,黄平,曹知勤,左承阳受保护的技术使用者：攀枝花学院技术研发日：技术公布日：2024/6/5