[发明专利]一种超亲水铜基MOF光热材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种超亲水铜基MOF光热织物及其制备方法和应用，属于光热材料制备技术领域。所述制备方法以聚合物织物薄膜为基底进行等离子蚀刻处理和沉积处理，制得铜涂覆的聚合物织物薄膜；将所得铜涂覆的聚合物织物薄膜进行Cu(OH)₂纳米线生长处理，然后进行水热处理，制得超亲水铜基MOF光热材料。本发明所述超亲水铜基MOF光热材料因其独特的金属有机多孔碳骨架结构而具有优异的超亲水性以及超高的蒸发效率，为太阳能驱动的界面海水淡化技术提供了一种全新的光热转换材料。本发明制备过程简单，可以实现大规模生产，能够很好的应用于便携式太阳能蒸发器的制备应用领域。

技术领域

本发明属于光热材料制备技术领域，涉及一种超亲水铜基MOF光热材料及其制备方法和应用。

背景技术

淡水资源是公共卫生和社会发展最重要的资源之一。然而，淡水资源的缺乏已经成为主要的社会问题之一，虽然地球表面有75％被海水覆盖，但居民能使用的仅占其中的10％，而且随着人口的快速增长和工业活动造成的污染的迅速增加，全世界有12亿人无法获得安全的饮用水。所以开发一种可扩展的、环保的海水淡化技术对于满足日益增长的淡水需求至关重要。为了解决这个问题，科学家将目光投向了海洋，提出了两个最常见的解决方案—反渗透技术和多级蒸馏技术。但由于工艺流程长、设备昂贵、能耗高，制约了工业化脱盐的应用。因此，一种可能的解决方案需要利用丰富的太阳能来产生热量以产生蒸汽。太阳能海水淡化是利用可持续能源作为唯一能源进行大规模海水净化的一种有前景的策略，在这种情况下，水可以从太阳获得能量蒸发，从而实现废水或海水的净化，既简单又便宜。其中，内部热局域化利用浮动结构将热量集中在表面，避免了对水体的加热，减少了热量的损失，从而实现了高效的太阳蒸发。同时，太阳能驱动的蒸汽产生因其在海水淡化、废水处理和杀菌等多种应用中具有巨大的太阳能利用潜力而受到广泛关注。

目前太阳能驱动的界面海水淡化是利用具有高太阳能吸收率的光热材料，例如金属纳米粒子，黑色半导体，碳基材料，多孔聚合物，和其他吸收剂材料，作为光热效应的载体。光热材料漂浮或悬浮在水上，蒸发器表面的局部加热避免了加热水体，减少了热量损失并实现了有效的太阳界面蒸发。然而，目前碳基材料虽然具有较高的宽带太阳能吸收率，但在实际的海水淡化过程中，容易受到海水中普遍存在的油基水污染物的污染。大多数金属具有较窄的太阳能吸收带宽，因而限制了它们的太阳能热转换效率。等离子体金属纳米粒子具有良好的光热转换性能，但制备成本高，限制了其大规模应用。同样，传统的碳基材料以及生物质材料具有波长范围宽、吸光性、光稳定性好等优点，但制作过程复杂，不可扩展。因此，人们迫切需要探索一种新型的材料和/或结构，能够将高的太阳能吸收性能和蒸发性能结合在一起。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超亲水铜基MOF光热织物及其制备方法和应用，通过简单高效的制备方法，提供了一种兼具优异的太阳能吸收性能和蒸发性能的材料。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

本发明公开了一种超亲水铜基MOF光热材料的制备方法，以聚合物织物薄膜为基底进行等离子蚀刻处理和沉积处理，制得铜涂覆的聚合物织物薄膜；将所得铜涂覆的聚合物织物薄膜进行Cu(OH)₂纳米线生长处理，然后进行水热处理，制得超亲水铜基MOF光热材料。

优选地，具体包括以下步骤：1)采用磁控溅射技术，使得溅射的铜团簇沉积在经氩等离子体蚀刻的聚合物织物薄膜上，制得铜涂覆的聚合物织物薄膜；2)将步骤1)所得铜涂覆的聚合物织物薄膜洗涤后，置于含有NaOH和过硫酸铵的混合溶液中进行Cu(OH)₂纳米线生长反应，反应结束后经漂洗制得生长有Cu(OH)₂纳米线的聚合物织物薄膜；3)将步骤2)所得生长有Cu(OH)₂纳米线的聚合物织物薄膜浸入含有六羟基苯并菲的溶液中进行水热处理，处理结束后经冷却、清洗，制得超亲水铜基MOF光热材料。

优选地，步骤1)中，等离子体蚀刻包括以下操作：在5Pa的压力下进行10～20分钟的氩等离子体蚀刻。