一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法

本发明涉及超疏水功能材料，特别涉及一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法。

背景技术：

1、风力发电作为清洁、可再生能源，可以显著减少温室气体排放，降低对有限资源的依赖，促进能源转型和应对气候变化。其地区适用性和经济性也为各国提供了可持续发展的可能性。风力发电推动可持续发展、改善环境质量、实现能源安全和促进经济增长等多方面，对于建设清洁、绿色、可持续的能源未来具有重要而不可替代的意义。我国风能资源丰富，风力发电已成为我国能源战略的重要组成部分。但是，风机叶片结冰也是不容忽视的问题，风机叶片结冰影响叶片气动性能下降和载荷上升，导致大面积风力发电机停机，严重影响风力发电产能。

2、同时，我国也是工农业大国，玉米秸秆、小麦秸秆、水稻秸秆、木材、锯末、竹子等作为数量庞大废弃物，如何多方面利用是我国密切关注的问题。粉碎回填和作为生物质燃料不能完全消耗存量，焚烧和填埋会对环境造成污染，对生物质资源也是巨大的浪费。研究人员将其制备成生物炭基材料，广泛应用于能源燃料、吸附剂和功能材料填充物等领域。

3、常规防除冰方式为电热除冰和涂敷超疏水涂层延迟结冰，单一防除冰方式效率低下，不能满足大规模风电场生产需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，具体步骤如下：

4、步骤1，基底准备：以聚氨酯板为基底，对聚氨酯板进行粗糙处理后进行性清洗，在基底完全干燥后，喷涂石墨烯导电导热漆，并预埋导线；

5、步骤2，生物炭-二硫化钼光热纳米粒子的合成：以(nh4)6mo7o24·4h2o为钼源，以ch4n2s为硫源，进行混合之后与生物炭颗粒进行水热反应，将得到的沉淀抽滤、洗涤、干燥，得到生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)粉末；

6、步骤3，疏水改性：将生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)与乙醇混合，磁力搅拌使其溶解后氟化疏水改性，水浴加热并磁力搅拌后真空抽滤、在干燥箱中干燥，即可得改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)；

7、步骤4，涂层制备：改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)与有机溶剂充分反应后加入固化剂磁力搅拌使其再次充分反应，以涂敷导电导热漆的聚氨酯板为基底进行喷涂，喷涂完毕后置于在干燥箱中干燥，得到光热-电热超疏水涂层

8、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤1中聚氨酯板使用400目砂纸打磨以增加表面粗糙度，便于后续涂层的附着；聚氨酯板使用丙酮溶液超声清洗20分钟去除表面杂质，确保涂层与基底之间的良好接触。

9、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤2的具体操作为：称取2.5g的(nh4)6mo7o24·4h2o和4.6g的ch4n2s溶解在70ml的去离子水中，使用磁力搅拌器充分搅拌30min，得到混合均匀的浅蓝色透明溶液，之后加入3.5g生物炭颗粒继续搅拌30min，转移至真空干燥箱中180℃反应24h，反应完毕过滤收集黑色颗粒，得到生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)。

10、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤3的具体操作为：称取5g的生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)与25g无水乙醇搅拌均匀，转移至圆底烧瓶中，依次滴加15ml氨水，10g十七氟癸基三乙氧基硅烷，磁力搅拌并水浴加热3h，反应完成后收集沉淀干燥12h，得到改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)。

11、作为本发明的一种优选技术方案，所述步骤4的具体操作为：称取5g的改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)，与5g黑色环氧树脂胶，15g乙酸乙酯溶液混合均匀，转移至喷枪喷壶中，喷涂至涂敷导电导热漆的聚氨酯板，固化24小时，得到光热-电热超疏水涂层。

12、与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

13、本发明利用生物废弃物制备具有光热性能的超疏水涂层，同时与电热技术相结合，采用光热-电热双重防除冰策略用于风机叶片防结冰，在不同环境条件下保持防除冰效果提供了更多的灵活性；因高温炭化下的生物炭具有丰富的通常呈现黑色，由于黑色吸收所有波长的光线，也易于发射更多的热辐射，借助此特性负载吸光性能更强的mos2光热纳米粒子，使光热性能更强，农作物废弃物的利用和mos2光热纳米粒子的特性，提供了一种环保且可持续的解决方案；生物炭与光热超疏水材料相结合用于风机叶片防结冰，有利于环境保护和发展清洁能源，促进低碳技术的进步。

技术特征：

1.一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.根据权利要求1所述的一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，其特征在于，所述步骤1中聚氨酯板使用400目砂纸打磨以增加表面粗糙度，便于后续涂层的附着；聚氨酯板使用丙酮溶液超声清洗20分钟去除表面杂质，确保涂层与基底之间的良好接触。

3.根据权利要求1所述的一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作为：称取2.5g的(nh4)6mo7o24·4h2o和4.6g的ch4n2s溶解在70ml的去离子水中，使用磁力搅拌器充分搅拌30min，得到混合均匀的浅蓝色透明溶液，之后加入3.5g生物炭颗粒继续搅拌30min，转移至真空干燥箱中180℃反应24h，反应完毕过滤收集黑色颗粒，得到生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)。

4.根据权利要求1所述的一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，其特征在于，所述步骤3的具体操作为：称取5g的生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(bc-mos2)与25g无水乙醇搅拌均匀，转移至圆底烧瓶中，依次滴加15ml氨水，10g十七氟癸基三乙氧基硅烷，磁力搅拌并水浴加热3h，反应完成后收集沉淀干燥12h，得到改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)。

5.根据权利要求1所述的一种基于生物炭材料的光热-电热超疏水涂层制备方法，其特征在于，所述步骤4的具体操作为：称取5g的改性生物炭-二硫化钼光热纳米粒子(fbc-mos2)，与5g黑色环氧树脂胶，15g乙酸乙酯溶液混合均匀，转移至喷枪喷壶中，喷涂至涂敷导电导热漆的聚氨酯板，固化24小时，得到光热-电热超疏水涂层。

技术总结本发明公开了一种基于生物炭材料的光热‑电热超疏水涂层制备方法，本发明以聚氨酯板为基底；以(NH<subgt;4</subgt;)<subgt;6</subgt;Mo<subgt;7</subgt;O<subgt;24</subgt;·4H<subgt;2</subgt;O为钼源，以CH<subgt;4</subgt;N<subgt;2</subgt;S为硫源，取适量药品混合后与生物炭进行水热反应，得到生物炭‑光热纳米粒子粉末；将生物炭‑二硫化钼光热纳米粒子、乙醇混合，磁力搅拌使其溶解后氟化疏水改性；将改性光热纳米粒子与有机溶剂充分反应后加入固化剂磁力搅拌使其再次充分反应，以涂敷导电导热漆的聚氨酯板为基底进行喷涂，干燥后得到光热‑电热超疏水涂层。本发明利用生物废弃物制备具有光热性能的超疏水涂层，同时与电热技术相结合，采用光热‑电热双重防除冰策略用于风机叶片防结冰，在不同环境条件下保持防除冰效果提供了更多的灵活性。技术研发人员：胡丽娜,雷煜航,杨竟骁受保护的技术使用者：新疆大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16