[发明专利]一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜及其制备方法及应用

说明书

本发明公布了一种具有光热转化水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜，它是以磷基石墨烯和甲壳素为原料，经过在碱溶体系统中将磷基石墨烯与甲壳素进行包裹结合，并经过冻融技术溶解，将带负电的磷基石墨烯与正电甲壳素紧密融合，再刮制成膜，该技术首次将生物材料甲壳素引入光热水处理领域，所制备凝胶光热膜具有高效的光热水蒸发性能，可以实现海水淡化和污水处理。

技术领域

本发明涉及光热薄膜领域，具体涉及一种具有光热水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜及其制备方法和。

背景技术

水资源是人类生活和自然发展的基础元素。水资源的短缺与污染对人类生存，人类健康，社会和经济的发展有着极大影响。在世界上，各类疾病中有大约10％是由于饮水不卫生而导致，每年因饮水不健康而死亡的人数超千万。

水资源不仅对人类的生活和健康息息相关，同时对工业生产也有着极大影响，随着对水质要求的不断提高，水处理技术显得尤为关键，传统的水处理技术过程复杂，成本较高，激发了新的水处理技术不断发展。

膜技术作为水处理领域高新技术具有很多优势，膜技术具有占地少，处理工艺简单，出水水质好，不需要助剂等优势，逐渐应用在各种水处理工艺过程中。普通膜技术应用在水处理中为压力驱动膜过程，因此能耗相对较大，近年来，太阳光驱动水蒸发相关技术的出现为水处理提供了新的思路。因此，开发具有高效太阳能光热转化性能的膜材料尤为关键。这种新一代的膜材料应用到太阳光驱动蒸发体系中可以提高光热水蒸发效率，有望替代传统膜，应用于污水处理和海水淡化。

发明内容

针对上述背景技术中提到的的技术问题，本发明目的在于提供一种具有光热转化水处理功能的磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法及应用领域，该凝胶光热膜具有互穿网络结构，可以由毛细管力将水吸收并分散在膜表面。

本发明第一个方面提供一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，以磷基石墨烯和甲壳素为原料，在碱溶体系中磷基石墨烯与甲壳素包裹结合，经过冷冻-解冻过程溶解，将带负电的磷基石墨烯与带正电的甲壳素紧密融合，再刮制/涂覆/喷淋成膜，即得。该技术首次将生物材料甲壳素引入光热水处理领域，所制备凝胶光热膜具有高效的光热水蒸发性能，可以实现海水淡化和污水处理。需要说明的是，本发明所使用的磷基石墨烯原料是以授权专利号为CN 110117006B，专利名称为“一种高效环保制备石墨烯材料的方法”制备得到的。

具体的，本发明提供一种磷基石墨烯甲壳素凝胶光热膜的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

1)、将甲壳素和磷基石墨烯混合在碱溶体系中，搅拌获得悬浮溶液，然后将悬浮液冷冻；

2)、在室温下将冷冻的固体完全解冻并搅拌形成均匀得到解冻悬浮液，将悬浮液离心除去气泡和杂质，获得磷基甲壳素溶液；

3)、将步骤2)得到的磷基甲壳素溶液倒在基底上刮制/涂覆/喷淋成膜制成水凝胶薄膜；

4)、将步骤3)制成的含有基底的水凝胶薄膜转移到热水中浸泡，水凝胶薄膜就从玻璃板上脱离，然后捞膜得到磷基石墨烯甲壳素光热膜。

在本发明的技术方案中，步骤1)中，所述甲壳素、磷基石墨烯和碱溶体系三者之间的质量比为(1％～8％)：(0.01％～1.6％)：(5％～41％)。

在本发明的技术方案中，步骤1)中，所述碱溶体系为碱溶液，所述碱溶液中氢氧化钾占碱溶液总重量的2％-15％，氢氧化锂占碱溶液总重量的1％-6％，尿素占碱溶液总重量的2％-20％，余量为水。

在本发明的技术方案中，步骤2)中，所述的冷冻是将悬浮液在-80℃冷冻2h以上；离心条件为0-5℃以400-10000rpm离心3-15分钟。

在本发明的技术方案中，步骤3)中，所述基底选自玻璃板或者PET、PTFE、PP、PVC塑料底板中的一种，所述水凝胶薄膜的厚度为0.1～10mm。