[发明专利]一种用于处理染料废水的球形光热转换材料

说明书

本发明属于染料废水处理领域，特别涉及一种用于处理染料废水的球形光热转换材料。本发明以悬铃木球果为原料，经过碳化，制备了球形光热转换材料。这种光热材料具有全向吸光性，补偿了入射角效应；热损失低；在低光照强度下，水蒸发速率仍保持在较高水平，因此更具实际应用价值。此外，这种光热材料内部具有分级的孔道结构，在太阳能驱动的水蒸发过程中，染料随水传输至光热材料内并吸附在内部孔道中，实现了较高的吸附容量；该材料无吸附选择性；吸附容量不受pH影响。本发明以生物废弃物为原料制备了球形光热转换材料，解决了二维光热材料蒸发速率低以及传统吸附材料面临的一系列问题。该材料在染料废水处理领域具有巨大的应用潜力。

技术领域

本发明涉及染料废水处理领域，特别涉及一种用于处理染料废水的球形光热转换材料。

背景技术

随着工业的不断发展，染料在造纸、皮革以及纺织行业得到了广泛的应用。然而，在染色过程中，大部分染料没有有效附着在材料的表面，而是随未经过妥善处理的溶液排放到水系统中，造成了严重的地表和地下水污染。即使毫克水平的染料仍然会对人体产生严重的危害，如使中枢神经系统及生殖系统发生紊乱。此外，水表层的染料以及漂浮物会产生难闻的气味，而且阻碍植物光合作用所必需的光穿透水面，严重破坏着生态系统。因此，染料污水严重危害着人类健康和生态系统，逐渐成为人类社会亟需解决的重大问题。

太阳能驱动的水蒸发技术，利用光热转换材料吸收太阳光并转换为热能，使废水中的水分不断蒸发，而溶质留在废水中，同时解决了水污染与水短缺问题，因此成为一种有前景的环境友好型水处理技术。近年来，人们利用宏观二维光热转换材料通过局域加热材料界面处的水分，减小了热损失，使得水蒸发性能逐渐提高。然而，由于二维光热转换材料的蒸发面积有限以及热损失较大，限制了其进一步应用。在实际中，由于入射光不可能总是垂直于光热转换材料的表面，在较大的入射角度下，材料受辐射面积急剧减小，导致蒸发性能下降。因此，设计一种在给定投影面积下，具有较大蒸发面积且不受入射角效应影响的三维光热转换材料显得尤为重要。然而，目前大部分三维光热转换材料是由多种无机有机组分复合而成，制作工艺复杂，难降解，成本高。因此，设计一种成本低且环境友好的一体化三维光热转换材料显得尤为重要。

在众多水处理技术中，吸附也是一种高效且广泛应用的染料废水处理技术。近年来，人们已经研发出各种各样具有高比表面积，较大吸附容量以及环境友好的吸附剂材料。然而，大多数的吸附剂尺寸较小，这些微米/纳米尺寸的吸附剂材料的广泛应用仍面临着巨大的挑战。例如，吸附剂材料从水中分离困难，残留在水中的吸附剂材料对人类健康及生态系统有着潜在的威胁。此外，大多数的吸附剂表现出明显的吸附选择性，吸附容量易受pH值的影响，难以有效处理复杂条件下含多种成分的染料废水。

发明内容

针对上述问题，基于绿色化学的原则，本发明提供了一种用于处理染料废水的球形光热转换材料。生物废弃物悬铃木球果经过简单的碳化后，可作为优良的光热转换材料用于染料废水处理以及获取清洁水。制备的球形光热转换材料具有全向吸光性以及优异的水蒸发性能。此外，在太阳能驱动的水蒸发辅助下，该球形光热转换材料实现了较高的吸附容量；该吸附材料未表现出吸附选择性；吸附容量不受溶液pH的影响。因此，该材料能够有效应对复杂成分的废水，有望解决染料废水污染以及水资源短缺问题。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

以悬铃木球果为原料，经过简单的碳化过程，得到球形光热转换材料。

优选地，所述的悬铃木球果为成熟的球果。

优选地，所述的碳化过程是指在氮气保护气氛下，以2-10 ℃/min的升温速率升温至100-300 ℃，保温1-4 h，然后以2-10 ℃/min的升温速率升温至400-800 ℃，保温1-4 h，最后自然冷却至室温。

本发明同时提出了上述球形光热转换材料的应用。