本發(fā)明涉及光熱界面蒸發(fā)材料制備，具體涉及一種耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、采用綠色、可循環(huán)的太陽能作為驅(qū)動(dòng)力，一種新興的凈水工藝通過界面水蒸發(fā)來生成純凈水，展現(xiàn)出環(huán)境友好與持久發(fā)展的特性。這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特之處在于它不需要額外的能源輸入或龐大的建設(shè)設(shè)施就能促成水的迅速蒸發(fā)。在太陽能界面蒸發(fā)法中，核心挑戰(zhàn)在于確保太陽能的熱轉(zhuǎn)換僅在氣-液交界面上進(jìn)行，并使產(chǎn)生的熱能最大限度地用于該區(qū)域水的蒸發(fā)，而不會(huì)傳遞至整個(gè)水體導(dǎo)致其溫度升高。

2、為了最大化太陽能的利用效率，一系列具備光熱轉(zhuǎn)換特性的材料—包括基于碳的化合物、金屬納米顆粒、聚合物以及等離子體吸收材料—已被整合至太陽能蒸餾系統(tǒng)中。為削減水獲取的成本，研究者們正積極探尋一項(xiàng)既經(jīng)濟(jì)又生態(tài)平衡的方法，即轉(zhuǎn)化可再生的生物質(zhì)為擁有光熱性能的高價(jià)值物料。

3、鑒于其普遍性和自然界的豐富供給，生物質(zhì)作為一類再生性能源，擁有低廉的獲取成本及獨(dú)特的多孔構(gòu)造，便于從廣泛的環(huán)境中迅速采集。生物質(zhì)原料經(jīng)由表面碳化工藝處理，通常被用作制造太陽能蒸汽產(chǎn)生設(shè)備的核心部件。

4、換言之，為了提升太陽能的有效使用，各式各樣的光熱材料，比如碳材料、納米尺度的金屬粒子、高分子化合物和等離子體吸光成分，都被納入了太陽能蒸發(fā)技術(shù)。在追求減少水資源獲取開支的同時(shí)，人們正努力開發(fā)一個(gè)既劃算又對(duì)環(huán)境負(fù)責(zé)的策略，即將可再生的生物質(zhì)轉(zhuǎn)變成帶有光熱功能的增值材料?？紤]到生物質(zhì)是自然界中廣泛存在的再生性能源，它不僅價(jià)格低廉，而且具備特有的多孔結(jié)構(gòu)，易于從不同的源頭收集。因此目前生物質(zhì)材料在海水淡化方向具有非常好的前景。zongxingliu等人(2024)報(bào)道了碳化冬瓜技術(shù)，公開了源自冬瓜的ti3c2tx/碳?xì)饽z，它在太陽能蒸汽生成方面表現(xiàn)出卓越的光熱轉(zhuǎn)換性能(ti3c2tx/carbonaerogels?derivedfromwintermelonforhigh-efficiency?photothermalconversion，desalination，volume?573,15march?2024,117207)。中國(guó)專利(公告號(hào)cn113968994b)公開了用天然多孔纖維素生物質(zhì)材料(例如茄子、絲瓜、甘蔗、蘿卜、山藥、竹子和秸稈)制備用于太陽能界面蒸發(fā)的光熱生物質(zhì)氣凝膠的方法，獲得的用于太陽能界面蒸發(fā)的光熱生物質(zhì)氣凝膠具有優(yōu)異的光熱性能，在太陽光的照射下可以持續(xù)高效的將水溶液轉(zhuǎn)化為水蒸氣，可以作為光熱界面蒸發(fā)材料，用于海水淡化和廢水凈化。

5、盡管生物質(zhì)集成的太陽能蒸汽生成系統(tǒng)已經(jīng)展現(xiàn)出了顯著的技術(shù)飛躍，但在實(shí)際應(yīng)用中仍面臨生產(chǎn)工藝繁瑣、蒸發(fā)效率不高、原材料獲取困難、易受季節(jié)限制，在高濃度鹽水中蒸發(fā)速率低等問題，這些因素構(gòu)成了不容忽視的障礙。因此，迫切需要研發(fā)一款新型的太陽能界面蒸發(fā)材料，其特點(diǎn)應(yīng)當(dāng)包括簡(jiǎn)易的制備流程、卓越的光熱轉(zhuǎn)換效能以及經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的生產(chǎn)成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對(duì)上述問題，提供一種耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料及其制備方法和應(yīng)用。

2、本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)其目的，采用的技術(shù)方案是：

3、本發(fā)明的第一方面提供一種耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料的制備方法，包括如下步驟：

4、s1、將新鮮仙人掌削皮，將果肉切為塊狀后放入水中，攪拌條件下50～70℃加熱，以軟化果肉并去除糖類及雜質(zhì)(例如果肉表面的細(xì)胞質(zhì)雜質(zhì))；

5、s2、將步驟s1處理后得到的塊狀仙人掌果肉從水中取出放到加熱平板上使得塊狀果肉的一個(gè)平面與高溫加熱平板接觸，直至被處理的表面變?yōu)楹谏奶蓟瘜樱?/p>

6、s3、取吡咯均勻涂覆在仙人掌果肉的碳化層上，然后將濃度為50～80mm的氧化劑水溶液均勻涂覆到涂覆了吡咯的碳化層上，充分聚合反應(yīng)，即可得到耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料--聚吡咯@仙人掌。

7、優(yōu)選地，所述氧化劑選自過硫酸銨、fe2(so4)3、fecl3的一種或多種。

8、優(yōu)選地，所述氧化劑溶液的濃度為55～65mm。

9、優(yōu)選地，步驟s1中攪拌條件的攪拌子轉(zhuǎn)速為500～700r/min，攪拌條件下加熱時(shí)間32～40h；每3～6h換一次水。

10、優(yōu)選地，步驟s2中仙人掌果肉在溫度為300～500℃的平板上加熱至碳化層厚度達(dá)到0.8～1.2mm(更優(yōu)選為0.9～1.1mm)；優(yōu)選所述平板為金屬板，加熱時(shí)間為3～5min。

11、優(yōu)選地，步驟s3中，按照每平方厘米的碳化層使用40～60微升吡咯進(jìn)行涂覆，然后按照每平方厘米的碳化層使用40～60微升氧化劑水溶液進(jìn)行涂覆；

12、所述聚合反應(yīng)時(shí)間為0.5～2h，優(yōu)選0.7～1.3h。

13、優(yōu)選地，所述塊狀仙人掌果肉為長(zhǎng)方體形、圓柱形、棱形體、錐形體或者其它多面體。

14、優(yōu)選地，所述塊狀仙人掌果肉為長(zhǎng)方體形，其長(zhǎng)寬高按照如下比例設(shè)置：長(zhǎng)度0.5～1.5cm，寬度0.5～1.5cm，高度1～3cm。塊狀仙人掌果肉并不局限于長(zhǎng)方體形，只要是具有能制作碳化層的表面即可。

15、本發(fā)明的第二方面提供一種耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料，采用上述任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

16、本發(fā)明的第三方面提供上述的耐鹽生物質(zhì)光熱界面蒸發(fā)材料在在太陽能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)、光熱海水淡化、污水處理中的應(yīng)用。

17、本發(fā)明的有益效果是：

18、1.仙人掌作為一種生長(zhǎng)在沙漠中的植物，其果肉具有優(yōu)異的親水性，但是目前并沒有關(guān)于用仙人掌果肉作為海水淡化界面蒸發(fā)材料的研究。本發(fā)明首次開發(fā)出一種以仙人掌為原料的、成本廉價(jià)的新型耐鹽生物質(zhì)界面蒸發(fā)材料，且其界面蒸發(fā)速率比大多數(shù)生物質(zhì)材料的蒸發(fā)速率都要高。

19、2.本發(fā)明選用仙人掌不受季節(jié)限制，成本低，且制備過程只需要要經(jīng)過簡(jiǎn)單的水浴加熱和頂部表面碳化處理即可得到基材，無需冷凍干燥等復(fù)雜且耗費(fèi)能源的的操作步驟，工藝簡(jiǎn)單、易操作，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模批量化生產(chǎn)。

20、3.目前大多數(shù)碳基生物質(zhì)界面蒸發(fā)材料如碳化冬瓜，碳化茄子等的生產(chǎn)工藝比較復(fù)雜，生產(chǎn)過程中需要用到馬弗爐和冷凍干燥機(jī)等昂貴且耗費(fèi)能源的設(shè)備，但本發(fā)明的仙人掌果肉只需要將其表面放到提前加熱好的鐵板上即可，用表面碳化方案替代傳統(tǒng)生物質(zhì)材料的整體碳化方案，且其蒸發(fā)速率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于碳化冬瓜，碳化茄子等傳統(tǒng)生物質(zhì)材料

21、4.本發(fā)明的聚吡咯@仙人掌具有良好的耐鹽性能，即使在25wt％的高濃度鹽水中也表現(xiàn)出比較好的水蒸發(fā)速率。

22、5.本發(fā)明的聚吡咯@仙人掌具有優(yōu)異的光熱性能：在太陽光照射下可以迅速升溫并且將水轉(zhuǎn)化為水蒸氣，實(shí)現(xiàn)高效的界面蒸發(fā)，在一個(gè)太陽光照射下其界面蒸發(fā)速率可達(dá)到3.6kg/m2/h，且由對(duì)比例2可以看出，即使不對(duì)材料做光熱改性，僅對(duì)仙人掌果肉做簡(jiǎn)單的表面碳化處理也可以獲得較高的水分蒸發(fā)速率，其水分蒸發(fā)速率高達(dá)2.9kg/m2/h，仙人掌是一種優(yōu)異的海水淡化界面蒸發(fā)生物質(zhì)材料。

23、6.相較于將仙人掌果肉直接碳化以獲得光熱性能，本發(fā)明采用簡(jiǎn)單化學(xué)聚合的方式在其頂部生長(zhǎng)聚吡咯，不僅避免了大量的能量消耗，而且保留了仙人掌果肉本身內(nèi)部的親水性，蒸發(fā)效率高，條件溫和，可操作性強(qiáng)。本發(fā)明采用仙人掌為生物質(zhì)材料，其對(duì)環(huán)境友好，綠色無毒(可食用仙人掌)，因此用其做界面蒸發(fā)材料不用擔(dān)心其對(duì)水體的污染問題。