[发明专利]一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用，特别涉及光热转换过程，并将光热转化过程应用于海水脱盐，属于太阳能综合利用领域。本申请选取TiO₂和铝粉作为原材料，通过混合碰撞作用使得两者反应得到高效吸收太阳光的材料，并且制备的材料的太阳光吸收效率能达90％以上，所制备的自漂浮的多孔薄膜脱盐效率达77％以上，被脱盐的海水盐度急剧降低。

技术领域

本申请涉及一种铝钛氧化物太阳光吸收材料、及其制备方法和应用，特别涉及光热转换过程，并将光热转化过程应用于海水脱盐，属于太阳能综合利用领域。

背景技术

太阳能辐照毫无疑问是世界上一个清洁、取之不尽和可持续利用的能源，但如何高效获取和转换太阳能仍然是面临的一个主要问题。目前，已经开发了多种方法来收获和转换太阳能，包括光伏，人工光合作用和光热转换。通常情况下，光热转换是直接或间接获取太阳能的有效形式。在许多情况下，光热转换引起水蒸发更是太阳能重要的应用之一。如今，因人口增长、工业污染和气候变化造成的淡水稀缺已成为许多国家的严重问题。满足日益增长的淡水需求的解决方案是海水淡化和废水再利用。

目前，商用的海水淡化技术是多级闪蒸(MSF)脱盐和反渗透脱盐(RO)工艺(Desalination,2008.221(1-3):p.47-69.)。相比之下，RO过程消耗的电能比MSF过程少，可以产生更多的淡水，RO过程将有更大的发展。然而，RO过程还有一些不足和限制，首先需要大量的电力，从而排放更多的温室气体，其次对海洋生物的生存也构成威胁，而且也难以应用到偏远的农村。

由上所述，将光热效应应用于海水脱盐成为一个新型的节能环保的脱盐技术。一般来说，用于光热脱盐工艺理想的光热材料应具有以下特点：1)它们必须具有在太阳光谱(250-2500nm)的全范围内具有高效的吸收光的能力，2)它们必须有低的红外(IR)辐射能力，即通过对流和辐射向环境辐射热量的能力弱，确保最大的光热转换效率，3)原料储量丰富，无毒，易于获得，而且制备工艺要简单，经济，环保，可实现大规模生产。

目前，有许多研究专注于光热海水脱盐，并有效的提升了光热海水脱盐效率。如有研究报道利用多孔阳极氧化铝(AAO)模板物理气相沉积铝纳米颗粒作为光热薄膜，可实现1个太阳光下(1000W·m^-2)蒸发效率可达58％，海水样品盐度可降低4个数量级(NaturePhotonics,2016.10(6):p.393-398.)。另有研究通过还原TiO₂制备黑色钛氧化物用于光热海水脱盐，其效率可达70.9％，可使得海水盐度显著降低(ACS Appl.Mater.Interfaces,2016.8(46):p.31716-31721.)。很多研究通过金属(如镁和铝)热还原TiO₂制备黑色二氧化钛，来提升TiO₂的光吸收性能并将其用于光热海水脱盐领域。但后续的酸处理过程只留下黑色TiO₂成分，其余被酸移除的成分则既未被充分利用，同时造成环境污染。除此之外，新型的碳材料和贵金属应用到光热海水脱盐领域，脱盐效率得到有效的提升(Nat.Commun.,2014.5:p.4449.Sci.Adv.,2016.2(4):p.e1501227.)。然而，从规模化生产角度目前的许多研究还存在诸如，原料昂贵，制备工艺复杂且成本高昂和环境不友好等方面的制约而难以商业化。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种铝钛氧化物太阳光吸收材料，该材料可高效吸收太阳光和高效光热转化率。

所述铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于，由含有铝和TiO₂的原料制备得到；

所述铝钛氧化物太阳光吸收材料中Al元素摩尔数与(Al元素与Ti元素摩尔数之和)的比值为：

Al/(Al+Ti)＝0.05～0.95：1。