本發(fā)明屬于光熱蒸發(fā)器的制備和界面水蒸發(fā)領(lǐng)域，具體涉及一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器及制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、雖然地球水的覆蓋面積高達(dá)70％，但陸地淡水資源只占6％，可以直接利用的僅占0.4％。近年來，由于人口的快速增長和工業(yè)的快速發(fā)展，大量的生活和工業(yè)廢水排放導(dǎo)致地下水源嚴(yán)重受損。目前，可以飲用衛(wèi)生水的人口比較少。淡水資源的嚴(yán)重匱乏及污染已成為亟待解決的問題。而太陽能作為一種環(huán)保，綠色且低能耗的可再生能源在界面水蒸發(fā)領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。太陽能界面水蒸發(fā)技術(shù)自2014年首次提出以來，由于其良好的光利用率，光熱轉(zhuǎn)換效率，能量管理等優(yōu)點迅速被大量應(yīng)用。然而其蒸發(fā)速率仍然受到一些缺點的限制，如光吸收及光轉(zhuǎn)熱性能低，耐鹽性差，水傳輸能力差和熱量損耗等。

2、在界面太陽能蒸發(fā)器的設(shè)計中關(guān)鍵的組成部分是其光熱材料。光熱材料的設(shè)計與利用是有效利用界面太陽能蒸發(fā)器的前提步驟。目前常見的光熱材料包括碳基材料、等離子體納米粒子、半導(dǎo)體材料等。半導(dǎo)體由于其穩(wěn)定的太陽能到蒸汽轉(zhuǎn)換效率、良好的化學(xué)穩(wěn)定性和豐富的自然資源而被認(rèn)為是最有前途的光熱轉(zhuǎn)換材料之一。

3、目前在半導(dǎo)體基光熱材料中金屬硫化物是一種具有寬光譜響應(yīng)能力的窄帶隙半導(dǎo)體材料，同時也具有較好的光熱轉(zhuǎn)換效率。二硫化鉬(mos2)由于其具有窄的帶隙結(jié)構(gòu)(0.59ev)和寬光吸收范圍(從近紫外到近紅外)能夠?qū)崿F(xiàn)良好的光吸收和光轉(zhuǎn)熱而在太陽能界面蒸發(fā)中被大量使用。但是目前還沒有一種良好耐鹽性和優(yōu)異水傳輸能力的合適載體，使二硫化鉬在太陽能光熱界面水蒸發(fā)中進行應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明公開了一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器及制備方法和應(yīng)用，制備過程簡單、成本低廉、原料易得，豐富的網(wǎng)絡(luò)及多孔結(jié)構(gòu)降低水的蒸發(fā)焓，光熱蒸發(fā)效率高穩(wěn)，具有光吸收能力強、原料成本低、易于批量制造，機械和化學(xué)穩(wěn)定性強的優(yōu)點。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

3、一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，包括如下步驟：

4、s1，將聚乙烯醇在去離子水中進行溶脹，之后加入mos2納米顆粒后進行溶解，聚乙烯醇和mos2納米顆粒的質(zhì)量比為72：(0.9～3.6)，得到混合液；

5、s2，將戊二醛和鹽酸在攪拌的狀態(tài)下，加入到混合液中，戊二醛和s1中mos2納米顆粒的比例為(80～120)μl：(0.09～0.36)g，得到混合體系，之后將混合體系在密封的環(huán)境下室溫靜置，得到交聯(lián)體系；

6、s3，將交聯(lián)體系進行冷凍和溶解，之后去除多余的戊二醛，得到具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器。

7、優(yōu)選的，s1將每7.2g聚乙烯醇在64.8ml去離子水中溶脹12～16h，再加入mos2納米顆粒。

8、優(yōu)選的，s1中所述的mos2納米顆粒按如下過程得到：

9、將每1g?mos2和1ml去離子水在球磨罐中混合，碾磨1～2h后得到均勻的mos2懸浮液，之后干燥所述mos2懸浮液，得到mos2納米顆粒。

10、優(yōu)選的，s1在85～95℃下溶解mos2納米顆粒，之后將混合液冷卻至室溫后再加入戊二醛和鹽酸。

11、優(yōu)選的，s2所述的攪拌速率為15～25rpm，之后分別以8～10μl/min和10～12μl/min的速率逐滴加入到混合液中，得到混合體系。

12、優(yōu)選的，s2將混合體系密封在高度為0.5～2cm的模具中室溫靜置22～26h，得到交聯(lián)體系。

13、優(yōu)選的，s3將交聯(lián)體系在-22～-18℃下冷凍7～9h，再在23～25℃下溶解2.5～3.5h，重復(fù)上述冷凍和冷凍過程6～8次，再去除多余的戊二醛。

14、進一步，s3通過在去離子水中浸泡22～26h的方式去除多余的戊二醛。

15、一種由上述任一項所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法得到的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器。

16、具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器在太陽能光熱界面水蒸發(fā)中的應(yīng)用。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

18、本發(fā)明一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的mos2基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，聚乙烯醇具有良好的水溶脹能力和優(yōu)異的親水性，所含的親水官能團(-oh)可以增強水凝膠的水合能力，增加其網(wǎng)絡(luò)中中間水的比例，從而降低水的蒸發(fā)焓，從而進一步加快海水淡化速率。pva和戊二醛根據(jù)縮醛反應(yīng)得到交聯(lián)：pva鏈中所含的兩個相鄰羥基與ga的醛基縮合形成穩(wěn)定的六元環(huán)結(jié)構(gòu)，將兩條不同的pva鏈連接成一個環(huán)，最后形成鏈狀pva分子，成為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。mos2的添加量過高則會堵塞pva水凝膠的孔徑影響水的傳輸，相反mos2的添加量過低不利于復(fù)合水凝膠的光吸收。水作為一種極性分子，o和h原子之間的電荷差使水分子通過氫鍵相互吸引。在正常情況下，水以固態(tài)(冰)，液態(tài)和氣態(tài)(蒸氣)形式存在，每個相都有不同的氫鍵網(wǎng)絡(luò)。水的蒸發(fā)涉及多個氫鍵的斷裂以產(chǎn)生孤立的氣態(tài)水分子。冷凝后，可以對動態(tài)氫鍵網(wǎng)絡(luò)進行重整。pva與ga的比例會嚴(yán)重影響水凝膠的強度和變形性，一般來說，更多的交聯(lián)劑會使每個pva分子與其交聯(lián)，形成更致密、更剛性的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，ga添加量過低則會使得化學(xué)交聯(lián)變?nèi)酰瑹o法形成穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。本方法利用具有良好光熱性能的mos2與具有多孔結(jié)構(gòu)的pva水凝膠結(jié)合作為界面海水淡化的光熱蒸發(fā)器具有極大的優(yōu)勢：第一，該光熱蒸發(fā)器的合理設(shè)計不僅促進了良好的光吸收效率，也實現(xiàn)了高效的光轉(zhuǎn)熱，對太陽光的利用率得到了提升。第二，在界面蒸發(fā)處的溫度高于海水中的溫度，該溫度梯度也進一步促進水的向上傳輸。除此之外，在界面蒸發(fā)處實現(xiàn)的快速水蒸發(fā)推動了界面處的冷卻效果，從而進一步促進水的向上傳輸。第三，該海水蒸發(fā)器側(cè)邊的溫度略低于環(huán)境溫度，可以促進其從環(huán)境中汲取更多的熱量從而促進海水的蒸發(fā)速率。這些優(yōu)勢克服了目前海水淡化過程中對光的利用率差，光熱轉(zhuǎn)化效率低，水傳輸能力差，鹽累積而導(dǎo)致的蒸發(fā)速率低下，能量散失的問題。

19、進一步的，高度為0.5～2cm的模具可以形成合適的水凝膠厚度，這有利于水分的向上傳輸，可以避免由于水傳輸通道過長造成傳輸速率下降以及蒸發(fā)器過薄而造成的熱量損失。

20、本發(fā)明的mos2基水凝膠蒸發(fā)器的內(nèi)部間隙、水傳輸微通道和三維交聯(lián)聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可以保證海水蒸發(fā)時水分的快速補充，并防止鹽分積聚，具有優(yōu)異的界面海水蒸發(fā)速率，可實現(xiàn)高效光吸收和光轉(zhuǎn)熱、出色的耐鹽性、低熱傳質(zhì)和較少的熱損失的高效海水蒸發(fā)速率，使其能在太陽能界面蒸發(fā)中廣泛應(yīng)用。優(yōu)異的性能和聚合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使其成為一種很有前途的海水淡化蒸發(fā)器。

21、本發(fā)明的mos2基水凝膠蒸發(fā)器在太陽能光熱界面水蒸發(fā)中的應(yīng)用時，相比于純pva水凝膠蒸發(fā)器，負(fù)載具有良好光熱性能的mos2復(fù)合水凝膠蒸發(fā)器海水蒸發(fā)速率明顯提高，其海水蒸發(fā)速率提高約8倍。

技術(shù)特征：

1.一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s1將每7.2g聚乙烯醇在64.8ml去離子水中溶脹12～16h，再加入mos2納米顆粒。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s1中所述的mos2納米顆粒按如下過程得到：

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s1在85～95℃下溶解mos2納米顆粒，之后將混合液冷卻至室溫后再加入戊二醛和鹽酸。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s2所述的攪拌速率為15～25rpm，之后分別以8～10μl/min和10～12μl/min的速率逐滴加入到混合液中，得到混合體系。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s2將混合體系密封在高度為0.5～2cm的模具中室溫靜置22～26h，得到交聯(lián)體系。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s3將交聯(lián)體系在-22～-18℃下冷凍7～9h，再在23～25℃下溶解2.5～3.5h，重復(fù)上述冷凍和冷凍過程6～8次，再去除多余的戊二醛。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法，其特征在于，s3通過在去離子水中浸泡22～26h的方式去除多余的戊二醛。

9.一種由權(quán)利要求1～8中任一項所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器的制備方法得到的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器。

10.如權(quán)利要求9所述的具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器在太陽能光熱界面水蒸發(fā)中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器及制備方法和應(yīng)用，所述方法將聚乙烯醇在去離子水中進行溶脹，之后加入MoS<subgt;2</subgt;納米顆粒后進行溶解，聚乙烯醇和MoS<subgt;2</subgt;納米顆粒的質(zhì)量比為72：(0.9～3.6)，得到混合液；將戊二醛和鹽酸在攪拌的狀態(tài)下，加入到混合液中，戊二醛和S1中MoS<subgt;2</subgt;納米顆粒的比例為(80～120)μL：(0.09～0.36)g，得到混合體系，之后將混合體系在密封的環(huán)境下室溫靜置，得到交聯(lián)體系；將交聯(lián)體系進行冷凍和溶解，之后去除多余的戊二醛，得到具有可調(diào)孔隙結(jié)構(gòu)的二硫化鉬基水凝膠蒸發(fā)器，克服了目前海水淡化過程中對光的利用率差，光熱轉(zhuǎn)化效率低，水傳輸能力差，鹽累積而導(dǎo)致的蒸發(fā)速率低下，能量散失的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：王傳義,崔永倩,梁芯芯,王靜怡,黃欣,張曉龍
受保護的技術(shù)使用者：陜西科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9