一种龟裂光热涂层及其制备方法与应用

本发明涉及功能涂层，尤其涉及一种龟裂光热涂层及其制备方法与应用。

背景技术：

1、如何可持续获取淡水资源是人类社会可持续发展面临的最大挑战之一，而将地球储量约97％的海水进行淡化处理是一种切实可行的思路。现行海水淡化技术主要有蒸馏法、反渗透法、电渗析法和离子交换法，其中蒸馏法和反渗透法是目前最为成熟、广泛应用的两种方法，然而蒸馏法的耗能严重，反渗透法则难以处理高盐度的废水。

2、因此近年来基于光热材料的太阳能驱动海水蒸发、收集、淡化处理技术，因其工艺简单、绿色环保等特点，展现出巨大应用潜力，其核心在于光热材料捕捉光线，将光能高效转化为热能并集中在一个界面，减少了热量损失并驱动海水蒸发，这一技术具有二氧化碳零排放的特性，非常具有时代吸引力和现实意义。为了实现太阳能驱动海水蒸发，需要将光热材料稳定地粘附在多孔基材上作为蒸发器，其中由于金属多酚网络(mpn)具有多孔结构和对各种底物的强亲和能力引起了广泛关注，金属离子与丰富的天然酚类配体进行配位，使得mpn具有广泛和可调的物理化学性质，尤其是光热性和选择性润湿性。

3、例如公开号为cn116020279a的中国发明专利提供了一种快速绿色且普适性好的多酚涂层改性方法，通过将预润湿乙醇的疏水材料浸入含多酚类物质、具有氨基基团的硅烷偶联剂和去离子水内进行超亲水改性，从而在疏水材料表面形成多酚改性的超亲水膜，其表面具有层状纳米球结构；再如公开号为cn114835183a的中国发明专利提供了一种三维太阳能蒸发器，将密胺海绵浸入含有鞣酸和3-氨基丙基三乙氧基硅烷的tric-hcl混合溶液内反应制得超亲水海绵，再将其浸入铁离子溶液内反应制得超疏水海绵，均是在密胺表面成型层状纳米球结构。

4、然而，多酚涂层内堆叠的纳米小球，在受外力挤压和长期使用过程中，纳米小球容易出现脱落，这会导致光热材料的亲水性和光热性能降低，从而导致蒸发速率下降，而薄层水凝胶通过氢键作用附着在海绵表面，在长期使用过程中同样容易出现脱落，无法实现长期作业，因此亟需提供一种方案改善上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供了一种龟裂光热涂层及其制备方法与应用，通过形成具有裂纹的龟裂光热涂层，能够吸收挤压过程中产生的张拉应力，从而提高涂层稳定性，并且提高蒸发效率。

2、第一方面，本发明提供的一种龟裂光热涂层的制备方法，包括将预润湿的多孔基体浸入溶解有多酚与硅烷偶联剂的改性溶液内吸附后制得改性基体；将改性基体浸入铁离子溶液内反应制得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料；其中，硅烷偶联剂具有氨基基团，且多酚、硅烷偶联剂与铁离子溶液内铁离子溶质的质量比为4：4：1。

3、本发明提供的制备方法所制得的光热涂层具有龟裂结构，在受到外力挤压时，龟裂光热涂层的裂纹可以作为缓冲区，从而缓解挤压过程中产生的张拉应力，从而提高涂层在多孔基体表面的稳定性，此外裂纹还可以产生强烈的限域毛细作用，水分可以沿裂纹自发扩散，从而提高蒸发效率。

4、可选地，所述多酚包括单宁酸、没食子酸、咖啡酸中的一种以及它们的混合物。

5、可选地，所述硅烷偶联剂为3-氨基丙基三乙氧基硅烷。

6、可选地，所述铁离子溶液包括硫酸铁溶液、氯化铁溶液中的一种。

7、可选地，所述改性溶液为多酚与硅烷偶联剂的去离子水溶液。

8、可选地，包括以下步骤：将多孔基体浸润在乙醇内进行预润湿；将预润湿的多孔基体浸入改性溶液内吸附并反应制得改性基体；对改性基体进行洗涤后浸入铁离子溶液内反应，制得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料。

9、可选地，所述多孔基体包括多孔海绵，且所述多孔海绵包括聚氨酯海绵、聚酰亚胺海绵、聚苯乙烯海绵、密胺海绵、聚氯乙烯海绵、聚乙烯海绵中的一种。

10、可选地，所述改性溶液内多酚浓度为2-12mg/ml。

11、可选地，所述改性溶液内硅烷偶联剂浓度为2-12mg/ml。

12、可选地，所述铁离子溶液内铁离子浓度为0.05-3mg/ml。

13、可选地，将多孔基体浸润在乙醇内进行预润湿后，所述多孔基体对乙醇的吸附量为小于或等于1.60g/g。

14、可选地，将预润湿的多孔基体进入改性溶液内吸附并反应50-70min后制得改性基体。

15、可选地，将改性基体进行洗涤后浸入铁离子溶液反应20-40min后，制得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料。

16、可选地，全过程在100-200rpm搅拌环境中进行。

17、第二方面，本发明还提供了采用上述任一可选制备方法所制备的龟裂光热涂层，所述涂层具有平滑纳米裂纹。

18、第三方面，本发明还提供了采用上述任一可选制备方法所制备的龟裂光热涂层在太阳能蒸发材料、光热海水淡化材料、含盐废水净化材料、污水净化处理材料、油水乳液分离材料中的应用。

技术特征：

1.一种龟裂光热涂层的制备方法，其特征在于，将预润湿的多孔基体浸入溶解有多酚与硅烷偶联剂的改性溶液内吸附后制得改性基体；将改性基体浸入铁离子溶液内反应制得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料；其中，硅烷偶联剂具有氨基基团，且多酚、硅烷偶联剂与铁离子溶液内铁离子溶质的质量比为4：4：1。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述多酚包括单宁酸；和/或，所述硅烷偶联剂包括3-氨基丙基三乙氧基硅烷；和/或，所述铁离子溶液包括硫酸铁溶液、氯化铁溶液中的一种；和/或，所述改性溶液为多酚与硅烷偶联剂的去离子水溶液。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将多孔基体浸润在乙醇内进行预润湿；将预润湿的多孔基体浸入改性溶液内吸附并反应制得改性基体；对改性基体进行洗涤后浸入铁离子溶液内反应后，冲洗干燥得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述多孔基体包括多孔海绵，且所述多孔海绵包括聚氨酯海绵、聚酰亚胺海绵、聚苯乙烯海绵、密胺海绵、聚氯乙烯海绵、聚乙烯海绵中的一种。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述改性溶液内多酚浓度为2-12mg/ml；和/或，所述改性溶液内硅烷偶联剂浓度为2-12mg/ml；和/或，所述铁离子溶液内铁离子浓度为0.05-3mg/ml。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将多孔基体浸润在乙醇内进行预润湿后，所述多孔基体对乙醇的吸附量小于或等于1.60g/g。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，将预润湿的多孔基体进入改性溶液内吸附并反应50-70min后制得改性基体；和/或，将改性基体进行洗涤后浸入铁离子溶液反应20-40min后，制得表面成型有龟裂光热涂层的光热材料；和/或，全过程在100-200rpm搅拌环境中进行。

8.一种如权利要求1至7任一项所述制备方法所制备的龟裂光热涂层，其特征在于，所述涂层具有平滑纳米裂纹。

9.一种如权利要求1至7任一项所述制备方法所制备的龟裂光热涂层在太阳能蒸发材料、光热海水淡化材料、含盐废水净化材料、污水净化处理材料、油水乳液分离材料中的应用。

技术总结本发明提供了一种龟裂金属‑多酚光热涂层的制备方法与应用，属于功能涂层技术以及海水淡化领域。所述的龟裂金属‑多酚光热涂层的制备方法是通过调控反应物的浓度，在特定的浓度条件下在多孔材料表面形成具有独特的纳米裂纹结构的光热涂层。当光热材料受外力挤压时，该纳米裂纹可作为缓冲区，缓解挤压过程中产生的张拉应力，从而提高了涂层的稳定性，解决了金属‑多酚纳米小球涂层稳定性不足的问题。此外，龟裂金属‑多酚涂层的裂纹结构可以产生强烈的限域毛细作用，水可以自发地沿裂纹扩散并向上运输，而不是填充海绵自身孔道，大幅度提高了蒸发速率。所述的金属‑多酚光热涂层改性的海绵具有蒸发效率高，经济、环保等优点。技术研发人员：王振兴,朱琳,何芳,胡敏受保护的技术使用者：南昌大学技术研发日：技术公布日：2024/11/18