[发明专利]一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用

说明书

本发明提供一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用，制备方法如下：农业废弃物粗碎、干燥后放置于坩埚内，转移至管式炉内，以氮气为保护气管式炉，升温至800～900℃并保持2小时以上，冷却至室温后取出、研磨粉碎；高锰酸钾粉末溶解在水中，硫酸锰粉末溶解在乙酸溶液中，分别加热并混合，加入生物炭加热至100℃回流并恒温搅拌3小时以上，自然冷却后过滤、洗涤、干燥、研磨粉碎，制得锰氧化物—生物炭复合材料；将上述复合材料在水溶液中超声分散十分钟以上，加入羟甲基纤维素钠溶液超声分散十分钟以上，得到太阳能界面蒸发材料，该材料应用在海水淡化或污水处理，不仅光热转化效率高，还可回收水体中有价值元素。

技术领域

本发明属于太阳能光热转换和水处理技术领域，具体涉及一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用。

背景技术

淡水和能源短缺对于人类的生存以及经济发展和社会进步至关重要。太阳能被认为是一种有前途的可再生、低成本的清洁能源。近年来，太阳能驱动的蒸发吸引了大量的兴趣，以补充海水和污水中的淡水供应以及发电。传统的太阳能蒸发设备通常由于吸收太阳热能差和大量的热损失从而导致只有30～45％的低光热转换效率。最近，科学家尝试将水—空气界面与大体积的水热隔离，调整蒸发表面的形貌并活化水以减少水蒸发的能量消耗，从而增强太阳能到热能的转换。在太阳能热转换材料和界面蒸发设计结构方面取得了许多提高蒸发效率的进展，其中界面蒸发材料以金属纳米颗粒、纳米结构半导体、碳质材料和聚合物获得较为广泛的研究关注。

生物炭是生物有机材料在无氧或低氧环境中高温裂解产生的固相物质。它具有较大的比表面积和丰富的孔隙结构，并且表面更黑。生物炭的制备方法简单，原料来源广泛，农业废弃物如秸秆、稻壳、椰壳等都是制备生物炭的重要原料。另外，锰氧化物矿物大多数为深黑色或灰色，通常在土壤中发现或在岩石表面形成薄涂层，已被证明是“光电器件”，在日地系统中表现出高响应和稳定的光电转换效应。由于特殊的隧道或层状晶体结构以及较大的比表面积，大多数锰氧化物具有较高的氧化电位和吸附能力，已被用于污水和废气处理。鉴于生物炭和锰氧化物良好的性能，已有研究制备了其复合材料用于去除污水中的Pb、As等重金属。本发明中采用锰氧化物—生物炭复合材料制备太阳能界面蒸发材料尚未见报道。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法与应用。

本发明的一方面提供一种锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料的制备方法，包括以下步骤：

将农业废弃物粗碎、干燥后放置于坩埚内，转移至管式炉内，以氮气作为保护气，将管式炉升温至800～900℃并保持2小时以上，冷却至室温后取出、研磨粉碎，制得生物炭；

将高锰酸钾粉末溶解在水中，硫酸锰粉末溶解在乙酸溶液中，分别加热并混合，同时加入所述生物炭，加热至100℃回流并恒温搅拌3小时以上，自然冷却后过滤、洗涤、干燥、研磨粉碎，制得锰氧化物—生物炭复合材料；

将得到的所述锰氧化物—生物炭复合材料在水溶液中超声分散10min以上，加入羟甲基纤维素钠溶液，继续超声分散10min以上，得到所述锰氧化物—生物炭复合太阳能界面蒸发材料。

可选的，所述农业废弃物包括稻壳、秸秆或椰壳。

可选的，所述干燥为自然风干或80℃以下的加热干燥。

可选的，所述生物炭的粒径为60目～200目，所述锰氧化物—生物炭复合材料的粒径为60目～200目。

可选的，所述高锰酸钾溶液浓度为0.15mol/L～0.25mol/L，所述硫酸锰溶液浓度为0.2mol/L～0.3mol/L，所述乙酸溶液浓度为0.8mol/L～1.2mol/L。

可选的，所述生物炭加入比例为每100ml溶液3g～10g。