[发明专利]一种自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料及其制备方法，该材料以黑磷为光热转化基体，通过改善疏水性使其自漂浮在水面，从而实现界面光热蒸汽转换；其制备方法：将黑磷粉末通过超声搅拌工艺制成均匀分散液，再依次加入疏水剂和交联剂，真空过滤，多次丙酮清洗去除杂质，置于真空烘箱干燥，得到该功能材料。该材料制造方便，工艺简单，且可携带，光热转化集中于界面，能够充分利用太阳能，实现高效海水淡化，可以直接应用于大规模工业化生产及市场推广。

技术领域

本发明涉及界面太阳能光热蒸汽转化功能材料，具体地说是一种自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料及其制备方法。

背景技术

随着世界人口增加以及水资源减少，淡水资源的获取越来越受到科学家们的重视。海水作为地球最重要的资源，从中提取淡水是各国研究机构及公司的关注重点。就目前而言，海水淡化技术主要以蒸馏与反渗透为主。但高能耗和高设备要求使这两种工艺无法在贫穷地区及偏远地区应用。界面式太阳能光热蒸汽转化是新兴的海水淡化技术，该技术利用光热材料将入射光子转化为热量，加热表面水体，避免热量损失。目前，许多学者已经开始该领域的研究。但多数研究报道都需要以绝热多孔泡沫为支撑体。虽然多孔泡沫质轻，但其大体积的特征使其不便于携带，在特殊应急场合并不适用。因此，亟需一种易便携、高效率的太阳能光热蒸汽转化材料。

发明内容

本发明针对上述现有技术所存在的问题，旨在提供一种自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料及其制备方法，通过对黑磷进行疏水化改性，使其呈现高疏水性质，从而制备界面式太阳能光热蒸汽转化功能材料。该材料自悬浮在水面上，无需大体积支撑体，且吸收太阳能转化为热量，界面加热海水，蒸发凝聚成淡水资源。

本发明自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料，是以黑磷片层为光热转化材料，以疏水剂改变其表面张力，获得的具有自漂浮性能的功能材料。

本发明自漂浮便携式黑磷基光热蒸汽转换材料的制备方法，是将黑磷在丙酮溶液中超声分散均匀，再加入疏水剂和交联剂，完成功能化改性，即可得到便携式界面太阳能光热蒸汽转化材料。具体包括以下步骤：

步骤1：将黑磷粉体在丙酮溶液中超声分散均匀，获得黑磷分散液；

步骤2：将疏水剂与交联剂加入到步骤1获得的黑磷分散液中，交联聚合表面改性黑磷纳米片，抽滤、丙酮洗涤并干燥后即可得到黑磷基光热蒸汽转换材料。

步骤1中，所述黑磷粉体粒径为0.5～2.0um；黑磷粉体与丙酮溶液的质量体积比为0.5g～2.0g/200～500ml。

步骤1中，超声频率为20～40kHz，搅拌速率为1000～5000r/min，温度为0～20℃。

步骤2中，所述交联剂包括对苯二酚、对苯二胺、乙二胺或乙二醇；交联剂的添加量为0.1～0.5g。

步骤2中，所述疏水剂为1H,1H,2H,2H-全氟辛基三氯硅烷、1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷、十二烷基三氯硅烷或十八烷基三氯硅烷；疏水剂的加量为0.1～0.5g。

步骤2中，加入交联剂和疏水剂后于0～20℃下进行交联聚合反应，反应时间1～3h。

步骤2中，所述干燥是于50～80℃下干燥12～24h。

与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

1、本发明制备方法简单，易操作，所用原料易获得。

2、本发明基于黑磷的太阳能光热蒸汽转化材料能够自悬浮在水面，不需要大面积块状多孔材料支撑，易于携带。

3、本发明基于黑磷的太阳能光热蒸汽转化材料具有高抗盐能力。

4、本发明基于黑磷的太阳能光热蒸汽转化材料具有高抗油污能力。

附图说明