[发明专利]基于乳液浸渍的超疏水织物的制备方法及其在海水淡化中的应用

说明书

基于乳液浸渍的超疏水织物的制备方法及其在海水淡化中的应用，涉及功能高分子材料的制备技术及海水淡化技术领域，将丙纶织物经pH值为8.5、浓度为0.2 wt.%的多巴胺水溶液浸渍6±0.5 h后，取得PDA改性的织物；将含量为8mg/mL的MXene水溶液和含量为2wt.%的聚二甲基硅氧烷的四氢呋喃溶液在超声辅助下混合，得水包油乳液；将PDA改性的织物经水包油乳液浸渍后干燥，得超疏水织物，用于被油污染的海水的油水分离中，该超疏水织物便可达到较好的分离效果，在应用于海水淡化时，能达到较好的淡化效果。

技术领域

本发明涉及功能高分子材料的制备技术领域，也涉及海水淡化技术。

背景技术

随着现代工业的快速发展，水污染和短缺现已成为全球最严峻的挑战之一。而海水资源十分丰富，因此海水淡化是一个有效获得淡水资源的方法。目前海水淡化技术主要有冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法，商业化比较多的是反渗透膜法和蒸馏法，但是其耗能大，成本高。作为绿色和可再生技术，太阳能驱动的水蒸发为海水淡化提供了一种实现供水的有效途径。界面海水蒸发是一种可再生，环保且低成本的海水淡化和废水处理技术。

在利用太阳能进行界面海水淡化的装置中，输水通道通过毛细作用向上泵送水，光热材料放置在装置的顶部用于吸收太阳光能，将太阳能转换为热能，用于加热泵送上来的海水。为了避免热量损失，使用热导率低的材料作为隔热层。已经报道了很多实现海水的高效太阳能蒸发，而高盐度海水淡化的长期稳定工作在实际应用中成为不可忽视的问题。同时，在实际情况下，海水中通常会存在一些油性污染物，在海水淡化过程中会产生不利的影响，因此对油污染的海水的前处理也十分重要。文献1（Y. Li, X. Jin, Y. Zheng, W.Li, F. Zheng, W. Wang, T. Lin, Z. Zhu, Tunable Water Delivery in Carbon-Coated Fabrics for High-Efficiency Solar Vapor Generation, ACS AppliedMaterials  Interfaces, 11 (2019), 46938-46946.）通过在织物的一侧喷涂聚（偏二氟乙烯-六氟丙烯）（PVDF-HFP），然后用炭黑浸涂织物得到两侧浸润性不同的织物，该织物有很好的水输送能力、优异的宽带光吸收和低导热性。不过该织物的蒸发速率为1.33kg m^-2h^-1，效率为88.9%，仅处于一般水平，并且文中并未提到用于高盐浓度海水时的蒸发性能。文献2（B. Zhu, H. Kou, Z. Liu, Z. Wang, D.K. Macharia, M. Zhu, B. Wu, X. Liu, Z.Chen, Flexible and Washable CNT-Embedded PAN Nonwoven Fabrics for Solar-Enabled Evaporation and Desalination of Seawater, ACS Applied Materials Interfaces, 11 (2019)）通过简单的静电纺丝制备了柔性可水洗的嵌入碳纳米管的聚丙烯腈无纺布，用于海水淡化时有很高的蒸发速率。当其用于高盐浓度海水蒸发时，有固体盐分在织物表面的积累，导致蒸发率衰减。解决此问题的策略是通过手洗织物除去沉积的盐分。上述方法取得了较好的效果，但是通过手洗除盐的方法还是不够便捷，阻碍了长期稳定使用。

MXene是材料科学中的一类二维无机化合物，具有二维层状结构的金属碳/氮化物（transition metal carbide/nitride）,其化学通式为M_n+1X_nTx, 其中(n = 1–3)，M代表早期过渡金属，如Ti、Zr、V、Mo等；X代表C或N元素，Tx为表面基团，通常为-OH,-O,-F和-Cl。由于其与Graphene类似的片层结构，故而得名MXene。MXene材料最早是在2011年由美国德雷塞尔（Drexel）大学Yury Gogotsi教授和Michel Barsoum教授共同发现。最早被实验制备也是目前研究最多的一类MXene就是Ti₃C₂Tx。