[发明专利]一种用于光蒸发水的含碳复合半透膜、其制备方法及用途

说明书

本发明公开了一种用于光蒸发水的含碳复合半透膜、其制备方法及用途，该方法包含：步骤1，采用纤维素硝酸酯制备半透膜前驱体溶液；步骤2，将碳粉添加至上述前驱体溶液，剧烈搅拌，得混合溶液；步骤3，将上述混合溶液平铺在平底容器上，自然干燥成膜，制备出含碳复合半透膜。本发明的方法工艺简单，成本低；所提供的半透膜光热转换效果好，在光蒸发水，淡化海水领域内将具有非常好的应用前景。

技术领域

本发明属于膜的制备技术领域，涉及一种复合半透膜，具体涉及一种用于光蒸发水的含碳复合半透膜、其制备方法、及其在光蒸发水、海水淡化领域有望得到广阔的应用。

背景技术

目前，淡水资源的日益匮乏已经成为非常严重的全球性环境问题之一。众所周知，全球有近97.5％水资源为海水等非饮用水，并且居住在距离海边70km的范围内的人口占据了全球人口的70％以上，因此自从20世纪后半叶，海水淡化技术逐渐被认为是众多技术中最实用的为人类提供淡水来源的技术。

据相关报道，预计到2025年，世界上将有多达三分之二的人口可能会面临缺乏饮用淡水的问题，而全球的海水资源却十分丰富，因此将海水脱盐淡化为人类可饮用淡水是缓解淡水资源日益缺乏很好的途径。

在发达国家，海水淡化产业已成为一项规模较大的产业，而我国虽然是一个海洋大国，但海水淡化技术仍然处于起步阶段，科技水平较低，装备制造国有化进程较缓慢，且海水淡化产业规模较小，与国际水平差距较大。近年来，随着我国对海洋开发的重视，海水淡化产业必将迎来一个快速的发展时期，为满足国家日益增长的饮用淡水需求做出相应的贡献。从大海中提取淡水，将海水资源转变为淡水资源，将成为我国解决21世纪淡水资源危机的重要方案。

迄今，商业化的海水淡化技术主要分为两类(膜法和热法)，其中膜法主要为反渗透海水淡化工艺(SWRO)，热法主要为多级闪蒸工艺(MSF)与低温多效蒸馏工艺(LT-MED，从长远来看，这三种工艺将是全球海水淡化市场的领军工艺。

近年来，有人对膜法提出了改进，即利用贵金属金等吸热剂的光热转换性能，将其与膜复合在一起进行海水淡化研究，有很多科研工作者都对此表现出不少的兴趣。例如：上海交通大学邓涛课题组(Advanced Materials,2015,27,2768-2774)成功制备合成含金复合纸薄膜(PGF)，以及(Scientific Reports，2015,5,13600)含金复合阳极氧化铝薄膜(AANF)利用模拟太阳光获得能量从而转换为热能，光致水蒸发，淡化海水。

但贵金属金价格过于昂贵，碳粉相对比较便宜，因此探索一种制作成本低廉，制备工艺简单的，且具有较好光热转换效果的含碳复合膜具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种制备工艺简单，制作成本低廉的半透膜，该半透膜为含碳复合半透膜，其具有较好的光热转换效率和较高的光蒸发速率，适用于海水淡化领域。

为了达到上述目的，本发明提供了一种用于光蒸发水的含碳复合半透膜的制备方法，其包含以下步骤：

步骤1，采用纤维素硝酸酯制备半透膜前驱体溶液；

步骤2，将碳粉添加至上述前驱体溶液，剧烈搅拌，得混合溶液；

步骤3，将上述混合溶液平铺在平底容器上，自然干燥成膜，制备出含碳复合半透膜。

上述的用于光蒸发水的含碳复合半透膜的制备方法，其中，步骤1中，制备半透膜前驱体溶液的方法是指，将干燥的纤维素硝酸酯溶于的乙醚与乙醇的混合溶液中，得到透明的半透膜前驱体溶液。

上述的用于光蒸发水的含碳复合半透膜的制备方法，其中，所述的纤维素硝酸酯通过将脱脂棉溶于浓硝酸与浓硫酸的混合溶液中，经水洗、干燥制备。

上述的用于光蒸发水的含碳复合半透膜的制备方法，其中，步骤2中，所述的碳粉选择石墨烯、石墨碳、乙炔黑、碳纳米管及富勒烯的任意一种。