[发明专利]CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法

说明书

本发明公开了CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对光热转换层的反面亲水改性，得到具有超疏水‑疏水‑亲水‑超亲水结构的三维多孔阻盐界面蒸发器。本发明通过喷涂和亲水改性的方式在海绵基底的厚度上制备出具有超疏水‑疏水‑亲水‑超亲水的润湿性梯度结构，该结构确保水的单向传递作用并控制水的输送速度和蒸发速率达到平衡，减少盐沉积，解决了多孔材料内部充满大量水的问题，使其具有较小的热损失。

技术领域

本发明属于太阳能驱动界面蒸发材料技术领域，涉及CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法。

背景技术

海水淡化与废水处理是解决世界上淡水资源短缺行之有效的方法。太阳能驱动的界面蒸发由于其无能耗和低成本被广泛认为是在不影响环境和不牺牲资源的情况下解决水资源短缺的可持续解决方案之一。基于光热转换纳米材料的新型太阳能界面蒸发，是近年来发展起来的用于解决淡水资源短缺的海水淡化技术。新型太阳能界面蒸发中太阳能收集和蒸汽产生都发生于在空气-水界面的太阳能吸收器，通过太阳能吸收器将光热转换捕获的热能集中在空气-水界面并用于加热表面的薄层水体，使水在低于沸点的温度下产生蒸汽。

尽管研究者已通过不同的方法使用不同的基质、光热材料成功制备出太阳能界面蒸发器，但是如何在太阳能界面蒸汽生成过程中提高太阳能利用率，降低热损失和减少盐沉积实现界面太阳能高效蒸发性依然具有很大挑战。然而，大部分研究工作集中在通过增强光吸收来提高太阳能利用率，但随着蒸发时间的延长蒸发器表面会沉积大量的盐结晶，堵住蒸汽溢出通道，这将造成低的蒸发速率。由于蒸发速率过快而反扩散太慢导致材料表面产生大量的盐沉积：一方面，会覆盖光吸收层，降低太阳能利用率。另一方面，沉积的盐结晶会堵住蒸汽溢出通道。

发明内容

本发明的目的是提供CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，通过喷涂和亲水改性的方式在海绵基底的厚度上制备出具有超疏水-疏水-亲水-超亲水的润湿性梯度结构，解决了多孔材料内部充满大量水的问题，使其具有较小的热损失。

本发明所采用的技术方案是，CNTs改性聚氨酯海绵制备三维多孔阻盐界面蒸发器的方法，利用聚氨酯海绵作为快速传输水的初始三维多孔框架，利用碳纳米管CNTs作为黑色吸光物质，将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层，进一步采用喷涂和浸涂聚乙烯醇PVA的方式对光热转换层的反面即聚氨酯海绵下表面进行亲水改性，得到具有超疏水-疏水-亲水-超亲水结构的三维多孔阻盐界面蒸发器。

本发明的特点还在于，

将CNTs和聚二甲基硅氧烷PDMS的复合分散液一步喷涂在聚氨酯海绵上表面制备光热转换层具体为：称取聚二甲基硅氧烷PDMS溶解在四氢呋喃溶液中，并水浴超声至PDMS完全溶解，得到PDMS/THF溶液；向PDMS/THF溶液加入碳纳米管CNTs水浴超声25min，至CNTs完全分散于PDMS/THF溶液中，得到CNTs/PDMS复合分散液；取CNTs/PDMS复合分散液喷涂在聚氨酯海绵上表面，制备出CNTs/PDMS/PU光热转换层作为光热转换层。

碳纳米管CNTs的羧基质量分数为1.55wt％，长度为10-30μm，直径10-30nm，纯度大于95wt％。

聚二甲基硅氧烷PDMS包括质量比为1:1-10:1的PDMS预聚体和固化剂。

PDMS/THF溶液中聚二甲基硅氧烷PDMS与四氢呋喃溶液的质量比是0.1:100-0.9:100；CNTs/PDMS复合分散液中PDMS/THF溶液与碳纳米管CNTs的质量比是100.1:0.1-100.9:0.9。

CNTs/PDMS复合分散液的喷涂量为0.1273-0.191g/cm²