[发明专利]石墨烯纳米片多孔光热转化材料、制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯纳米片多孔光热转化材料、制备方法及应用。将亲水多孔物浸入水中，然后将其浸入分散有石墨粉的高分子单体油相中，将石墨烯纳米片包覆于多孔物含水表面，利用外层的高分子单体聚合将石墨烯纳米片固定于多孔物表层，制得石墨烯纳米片光热转化材料。该材料利用多孔物的孔结构及石墨烯纳米片的吸光转热性质，将太阳光高效转化为热量，实现对局部少量水或有机溶剂的快速蒸发，提高整体蒸发效率。本发明方法所用原料价格低廉、操作简单、具备可规模化、可循环再使用，循环使用稳定性好的优势，有望在海水蒸发、工业生活污水处理、溶剂快速蒸发、重金属回收等方面得到应用。

技术领域

本发明涉及环境功能材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯纳米片多孔光热转化材料、制备方法及其应用。

背景技术

近年来，能源危机与传统能源行业带来的环境问题日益严重，新能源的开发利用是行业的发展方向。其中，太阳能作为一种清洁的可再生能源受到了广泛关注。高效率、低成本的太阳能转化利用方法是研究者追求的目标。目前，太阳能光热转化领域是研究的热点，发展了等离子体金属纳米颗粒、半导体材料、碳材料、聚合物材料等吸光转热材料用于海水淡化、快速水蒸发、重金属富集、污水处理等领域。目前，纳米尺度的金、银等贵金属被广泛报道，但由于他们价格昂贵、分散困难、易团聚等缺点阻碍了进一步的实际应用。纳米碳材料如碳纳米管、石墨烯等材料也具有较好的光热转化性能，但昂贵的成本也成为发展瓶颈，寻找一种低成本高性能的光热转化材料是本发明的目的。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种石墨烯纳米片多孔光热转化材料的制备方法。该方法以亲水多孔材料为基体，利用石墨易在油水界面处展开为石墨烯纳米片的特性进行制备。将廉价石墨粉分散在高分子单体中制备浸渍液，预浸过水的多孔材料浸入浸渍液中，石墨在孔骨架表面吸附的水相与高分子油相界面展开为石墨烯纳米片，将多孔材料取出后除去多余浸渍液，固化表面的高分子单体，从而达到固定石墨烯纳米片的作用，得到石墨烯纳米片光热转化材料。

本发明的第一方面在于提供了一种石墨烯纳米片多孔光热转化材料的制备方法，包括以下步骤：

a、在高分子单体中加入石墨粉并进行分散，然后加入引发剂和交联剂，得到浸渍液；

b、将亲水多孔材料浸入水中，再浸入所述浸渍液中，得到处理过的亲水多孔材料；

c、将所述处理过的亲水多孔材料进行单体聚合，得到石墨烯纳米片光热转化材料。

根据本发明的一些实施方式，所述分散为超声。

根据本发明的一些实施方式，浸入所述浸渍液中步骤的前后均有将亲水多孔材料孔内吸收的液体排出的步骤。

根据本发明的一些实施方式，所述单体聚合为热引发或者光引发。

根据本发明的一些实施方式，所述高分子单体、石墨粉、引发剂和交联剂的重量份比为100：(0.5-5)：(0.01-5)：(0.2-5)。

根据本发明的一些实施方式，所述高分子单体、石墨粉、引发剂和交联剂的重量份比为100：(1.5-2.5)：(0.05-1)：(0.1-1)。

根据本发明的一些实施方式，所述石墨粉为纳米级石墨粉。

根据本发明的一些实施方式，所述高分子单体选自甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸辛酯、丙烯酸十四酯、丙烯酸十六酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸辛酯、甲基丙烯酸十二酯、甲基丙烯酸十四酯、甲基丙烯酸十六酯和甲基丙烯酸十八酯丙烯酸甲酯、苯乙烯、异戊二烯、丙烯酸月桂酯、醋酸乙烯酯、乙烯基吡咯烷酮、丙烯酰胺、乙烯基己内酰胺、异丙基丙烯酰胺、N-叔丁基丙烯酰胺、N，N’-亚甲基双丙烯酰胺、N,N-二甲基甲基丙烯酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基甲酰胺、甲基丙烯酸中的一种或多种。