本發(fā)明屬于光熱轉(zhuǎn)化，尤其涉及一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、世界范圍內(nèi)的水資源短缺已經(jīng)成為亟待解決的問(wèn)題。目前常用的水處理方法有膜分離、吸附、絮凝、光催化、太陽(yáng)能蒸發(fā)等。太陽(yáng)能作為可再生和綠色能源，在水環(huán)境治理領(lǐng)域具有重要的意義。在污水凈化領(lǐng)域中，利用光熱轉(zhuǎn)化原理將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，再利用熱能對(duì)水體進(jìn)行蒸餾，可以實(shí)現(xiàn)污染物和水體分離的目的。然而在自然蒸發(fā)條件下,水對(duì)太陽(yáng)能利用率低。因此實(shí)現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)化，提高光熱材料對(duì)太陽(yáng)能利用率，將光熱轉(zhuǎn)化材料轉(zhuǎn)化的熱量聚集在空氣-水的界面是一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。

2、近年來(lái)常用的光熱轉(zhuǎn)化材料主要有碳材料、無(wú)機(jī)半導(dǎo)體、有機(jī)聚合物、導(dǎo)電聚合物等。目前存在的主要技術(shù)難點(diǎn)包括如何實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)化材料持續(xù)的光熱轉(zhuǎn)化以及轉(zhuǎn)化熱能的有效存儲(chǔ)和再利用。因此，如何將光能轉(zhuǎn)化成熱能并持續(xù)不斷地利用產(chǎn)生的熱能實(shí)現(xiàn)對(duì)含鹽污水中不同污染物的高效去除，對(duì)于高效利用太陽(yáng)能實(shí)現(xiàn)水資源的凈化、回收和利用具有重要的研究意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明實(shí)施例的目的在于提供一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法及應(yīng)用，旨在解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、本發(fā)明實(shí)施例是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，所述光熱轉(zhuǎn)化材料包括核部和殼部?jī)刹糠止δ懿牧?，核部和殼部之間存在空腔；所述核部為可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物包覆相變高分子材料高密度聚乙烯顆粒，所述殼部由兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒以及與核部相同的可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物共混制成；

3、所述方法包括以下步驟：

4、步驟1、將可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物分別溶于對(duì)應(yīng)溶劑中得到溶液a，將交聯(lián)劑分別溶于對(duì)應(yīng)溶劑中得到溶液b；

5、步驟2、在溶液a中加入一定量的高密度聚乙烯顆粒，充分?jǐn)嚢韬髮⒈蝗芤篴包覆的高密度聚乙烯顆粒均勻分散到溶液b中交聯(lián)，得到球型核部材料；

6、步驟3、將兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒均勻分散在溶液a中得到殼部溶液，將步驟2中得到的球型核部材料均勻分散在殼部溶液中包覆后取出，同樣均勻分散到溶液b中交聯(lián)，得到一種球型產(chǎn)物；

7、步驟4、將步驟3中得到的球型產(chǎn)物進(jìn)行冷凍干燥，得到具有核殼結(jié)構(gòu)的氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料。

8、進(jìn)一步的技術(shù)方案，所述光熱轉(zhuǎn)化材料的核部直徑為0.1～2cm，殼部厚度為1.0～3.0cm，空腔體積占核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料總體積的10％～40％。

9、進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述步驟1中，溶液a的濃度為1～20mol/l，溶液b的濃度為2～20wt％。

10、進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述步驟2中，高密度聚乙烯顆粒的投加質(zhì)量與溶液a的體積之比為10～500mg/ml，交聯(lián)溫度為25～80℃，交聯(lián)時(shí)間為1～3h。

11、進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述步驟3中，兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒的投加質(zhì)量與溶液a的體積之比為10～100mg/ml，交聯(lián)溫度為25～80℃，交聯(lián)時(shí)間為1～3h。

12、進(jìn)一步的技術(shù)方案，在所述步驟4中，預(yù)冷凍時(shí)間為10～24h，預(yù)冷凍溫度為-20～-18℃；冷凍干燥時(shí)間為24～48h，冷凍干燥溫度為-60～-40℃，通過(guò)冷凍干燥過(guò)程中殼部和核部的體積收縮率的不同，在核部和殼部之間形成空腔。

13、本發(fā)明實(shí)施例的另一目的在于，一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，基于上述方法所制備的光熱轉(zhuǎn)化材料，將所述光熱轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用于含抗生素(阿莫西林、四環(huán)素、土霉素、紅霉素、環(huán)丙沙星、磺胺甲惡唑等)、有機(jī)染料(羅丹明b、甲基橙、甲基藍(lán)、剛果紅、孔雀綠等)和含重金屬(cr(vi)、cu2+、pb2+、cd2+、hg2+等)的含鹽廢水治理領(lǐng)域。

14、本發(fā)明實(shí)施例的又一目的在于，一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，基于上述方法所制備的光熱轉(zhuǎn)化材料，將所述光熱轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用于太陽(yáng)能界面海水淡化。

15、本發(fā)明實(shí)施例提供的一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法及應(yīng)用，其有益效果如下：

16、(1)該方法以可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物包覆相變高分子材料高密度聚乙烯顆粒為核部，以兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒和與核部相同的可交聯(lián)環(huán)境友好型合物共混為殼部，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能界面光熱轉(zhuǎn)化的同時(shí)，將剩余熱能存儲(chǔ)于材料內(nèi)部，在無(wú)光條件下，熱能持續(xù)循環(huán)利用；

17、(2)所制備的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料組分中的功能納米材料或接枝功能官能團(tuán)，通過(guò)吸附和太陽(yáng)能海水蒸發(fā)實(shí)現(xiàn)多種污染物的去除和水體的多重凈化效果；

18、(3)所制備的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料易轉(zhuǎn)移、可實(shí)現(xiàn)100％回收和重復(fù)利用，同時(shí)可大規(guī)模生產(chǎn)制備。

技術(shù)特征：

1.一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，所述光熱轉(zhuǎn)化材料包括核部和殼部?jī)刹糠止δ懿牧?，核部和殼部之間存在空腔；所述核部為可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物包覆高密度聚乙烯顆粒，所述殼部由兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒以及與核部相同的可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物共混制成；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟1中，可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物包括但不限于海藻酸鈉、殼聚糖以及聚己內(nèi)酯，其對(duì)應(yīng)的溶劑包括但不限于去離子水、冰醋酸和三氯甲烷；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟1中，溶液a的濃度為1～20mol/l，溶液b的濃度為2～20wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟2中，高密度聚乙烯顆粒的投加質(zhì)量與溶液a的體積之比為10～500mg/ml，交聯(lián)溫度為25～80℃，交聯(lián)時(shí)間為1～3h。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟3中，無(wú)機(jī)納米顆粒包括但不限于二硫化鉬、石墨烯和碳納米管。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟3中，兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒的投加質(zhì)量與溶液a的體積之比為10～100mg/ml，交聯(lián)溫度為25～80℃，交聯(lián)時(shí)間為1～3h。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法，其特征在于，在所述步驟4中，預(yù)冷凍時(shí)間為10～24h，預(yù)冷凍溫度為-20～-18℃；冷凍干燥時(shí)間為24～48h，冷凍干燥溫度為-60～-40℃，通過(guò)冷凍干燥過(guò)程中殼部和核部的體積收縮率的不同，在核部和殼部之間形成空腔。

8.一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，基于上述權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法所制備的光熱轉(zhuǎn)化材料，其特征在于，將所述光熱轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用于含抗生素、有機(jī)染料和重金屬的含鹽廢水治理領(lǐng)域。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，其特征在于，抗生素包括阿莫西林、四環(huán)素、土霉素、紅霉素、環(huán)丙沙星和磺胺甲惡唑；

10.一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的應(yīng)用，基于上述權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法所制備的光熱轉(zhuǎn)化材料，其特征在于，將所述光熱轉(zhuǎn)化材料應(yīng)用于太陽(yáng)能界面海水淡化。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明適用于光熱轉(zhuǎn)化技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料的制備方法及應(yīng)用，所述方法以可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物包覆相變高分子材料為核部，以兼具吸附和光熱轉(zhuǎn)換性能的無(wú)機(jī)納米顆粒和與核部相同的可交聯(lián)環(huán)境友好型聚合物共混為殼部的核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料，通過(guò)光熱轉(zhuǎn)換特性產(chǎn)生的溫度使所述核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料在進(jìn)行太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)海水淡化的同時(shí)增強(qiáng)了吸附能力。因此，海水淡化和吸附之間的這種互補(bǔ)作用使所述核殼結(jié)構(gòu)氣凝膠球型光熱轉(zhuǎn)化材料能夠有效地生產(chǎn)純凈水；所提出的方法在油漆、油墨、皮革、紡織工業(yè)等含鹽廢水的處理領(lǐng)域中，將會(huì)具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：李莉莉,于濤銘,張海燕,宋文靜,張野
受保護(hù)的技術(shù)使用者：吉林大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10