【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于海水淡化，涉及一種納米纖維素基太陽能界面蒸發器件、其制備方法及用途。
技術介紹
1、淡水資源是人類賴以生存的根本，更在工業及食品生產等國民經濟重要支柱產業中起著決定性的作用。目前，被認為最可能解決淡水資源短缺問題的技術便是海水淡化技術。較為成熟的海水淡化技術有蒸餾法、電滲析法、滲透法和冷凍法等。
2、太陽能驅動界面水蒸發技術，簡單而言，就是使用太陽能作為“動力”，通過光熱轉換材料的設計，吸收太陽能并將其轉化為熱能，將水加熱從而產生水蒸氣。太陽能驅動界面水蒸發系統應用于海水淡化時，只需要將產生的水蒸氣進行收集便能得到淡水資源，無需大規模的生產設備并避免了化石能源的消耗。
3、納米纖維素氣凝膠較低的導熱率能夠避免能量的浪費，而多孔的結構則能夠增強太陽光的多重反射進而增強材料對于太陽能的吸收，另外納米纖維素氣凝膠優異的親水性能夠保障水分的快速傳輸。由于以上的幾個優點，納米纖維素氣凝膠被認為是最為優異的太陽能水蒸發器的基底支撐材料。但納米纖維素氣凝膠本身并不吸收太陽光，因此需要與其他光熱材料進行結合才能獲得優異的水蒸氣蒸發性能。
技術實現思路
1、針對現有技術存在的不足，本專利技術的目的在于提供一種納米纖維素基太陽能界面蒸發器件、其制備方法及用途。
2、為達此目的，本專利技術采用以下技術方案：
3、第一方面，本專利技術提供了一種納米纖維素基太陽能界面蒸發器件的制備方法，所述制備方法包括：
4、（ⅰ）將氧化石墨烯分散于
5、（ⅱ）將氟化鋰加入鹽酸溶液中，混合均勻后得到刻蝕溶液，向所述刻蝕溶液中加入鈦碳化鋁粉末，經磁力攪拌和水浴加熱后得到懸浮液，采用去離子水對所述懸浮液依次進行洗滌和離心，重復洗滌和離心操作至少三次后取沉淀物分散于去離子水中，靜置后取上清液進行干燥，得到mxene納米片；將所述mxene納米片分散于去離子水中形成mxene分散液，將所述mxene分散液轉移至搖床中，向所述mxene分散液中加入聚乙烯亞胺，在搖床中加熱振蕩以進行氨基化改性；隨后，在室溫下向所述mxene分散液中加入多巴胺溶液，在搖床中混合振蕩使得多巴胺發生原位氧化自聚合形成聚多巴胺，最后經過濾、洗滌和干燥后得到改性mxene納米片；
6、（ⅲ）將殼聚糖分散于醋酸水溶液中，進行混合攪拌并加熱直至殼聚糖完全溶解，得到殼聚糖溶液，向所述殼聚糖溶液中滴入2,3-環氧丙基三甲基氯化銨，進行混合攪拌并加熱以對殼聚糖進行季銨化改性，隨后經過濾、洗滌和干燥后得到季銨化殼聚糖；將聚乙烯醇、丙三醇和去離子水混合均勻得到反應前體溶液，對所述反應前體溶液進行加熱回流反應，反應結束后經過濾、洗滌和干燥后得到改性聚乙烯醇；將海藻酸鈉溶于去離子水中得到海藻酸鈉溶液，向所述海藻酸鈉溶液中加入高碘酸鈉，在室溫和避光條件下進行攪拌以發生氧化反應，反應結束后經過濾、洗滌和干燥后得到氧化海藻酸鈉；
7、（ⅳ）將步驟（ⅲ）得到的所述季銨化殼聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸鈉加入納米纖維素溶液中，混合均勻后得到前體混合液，向所述前體混合液中加入步驟（ⅰ）得到的所述光熱轉換材料以及步驟（ⅱ）得到的所述改性mxene納米片，經超聲分散后得到凝膠前體溶液；
8、（ⅴ）將戊二醛與鹽酸溶液混合均勻，得到戊二醛酸溶液，將步驟（ⅳ）得到的所述凝膠前體溶液倒入模具中，向所述凝膠前體溶液中滴入所述戊二醛酸溶液，混合攪拌以發生交聯反應，反應結束后置于室溫下靜置以進行凝膠化，得到水凝膠中間體；將所述水凝膠中間體在低溫條件下冷凍一段時間，隨后取出解凍一段時間，重復進行冷凍和解凍過程至少三次，得到復合水凝膠；
9、（ⅵ）將步驟（ⅴ）得到的所述復合水凝膠浸泡于苯胺單體溶液中，向所述苯胺單體溶液中滴加過硫酸銨溶液，混合攪拌后靜置以發生反應生成聚苯胺，反應結束后依次經過濾、洗滌和干燥后得到改性復合水凝膠，將所述改性復合水凝膠置于冷板上進行定向冷凍，所述改性復合水凝膠的一側面與所述冷板的表面接觸以在所述改性復合水凝膠的內部的豎直方向上形成溫度梯度，在所述冷板上放置一段時間后將所述改性復合水凝膠取下置于冷凍干燥機中進行冷凍干燥，以在所述改性復合水凝膠的內部形成垂直孔道，得到氣凝膠基體；
10、（ⅶ）將吡咯單體溶解于鹽酸溶液中，混合均勻后得到吡咯單體溶液，將步驟（ⅵ）得到的所述氣凝膠基體浸泡于所述吡咯單體溶液中并進行磁力攪拌，使得所述吡咯單體進入所述氣凝膠基體的孔道內部；隨后，向所述吡咯單體溶液中加入三氯化鐵溶液，在冰水浴環境下進行磁力攪拌以發生反應，使得所述吡咯單體在所述氣凝膠基體的表面和孔道內壁發生原位氧化自聚合形成聚吡咯，反應結束后經過濾、洗滌和液氮冷凍干燥后得到所述納米纖維素基太陽能界面蒸發器件。
11、本專利技術以季銨化殼聚糖、改性聚乙烯醇、氧化海藻酸鈉和納米纖維素溶液作為凝膠前體溶液，并在凝膠前體溶液中加入由氧化石墨烯和硫化銅組成的光熱轉換材料以及經聚乙烯亞胺和聚多巴胺改性的改性mxene納米片，在戊二醛交聯劑的作用下，通過氫鍵交聯和凍融循環作用構建了具有良好骨架結構的復合水凝膠；隨后利用化學原位聚合，以過硫酸銨為氧化劑，引發了苯胺單體在復合水凝膠內部進行原位生長生成聚苯胺納米纖維，通過定向冷凍干燥，得到了具有垂直排列的大孔通道的氣凝膠基體，最后在氣凝膠基體表面進行吡咯原位聚合反應生成聚吡咯，聚吡咯作為光吸收位點顯著提高了太陽能界面蒸發器件的光捕獲能力，有助于實現太陽能界面蒸發器件在全光譜范圍內的寬吸收，提高了太陽能界面蒸發器件對太陽光的利用率。
12、影響太陽能界面蒸發器件對水蒸發速率的主要因素包括太陽能界面蒸發器件的結構設計和具有優異吸光性能的光熱轉換材料，還原氧化石墨烯具有較大的比表面積、良好的光熱轉換性能和優異的熱穩定性，其太陽能-熱轉換效率高達90.1%，太陽能-蒸汽轉換效率高達96.2%。硫化銅由于在近紅外區域具有很強的光吸收能力，本專利技術將還原氧化石墨烯與硫化銅相結合，利用二者之間的協同增效作用，極大地提高了太陽能界面蒸發器件對太陽光的利用率。
13、硫化銅是一種p型半導體材料，由晶格內的銅空位引起，通過等離子體的共震效應導致表面的載流子發生遷移而表現出優異的光熱轉換性能。目前制備硫化銅材料多以硫化鈉、硫脲和二甲基亞砜作為硫源，需要使用大量的化學試劑。本專利技術采用生物質氨基酸—l-半胱氨酸作為硫源，以氯化銅為銅源，l-半胱氨酸在水熱反應過程中發揮了還原劑、供硫劑和連接劑的三重作用，一方面，l-半胱氨酸中含有羧基（-cooh本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種納米纖維素基太陽能界面蒸發器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅰ）中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的質量分數為10~20wt%；
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅱ）中，所述鹽酸溶液的濃度為3~5mol/L；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅲ）中，所述醋酸水溶液中的醋酸的質量分數為2~3wt%；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅳ）中，所述季銨化殼聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸鈉以及所述納米纖維素溶液中的絕干納米纖維素的質量比為1:(3~5):(0.5~0.8):(0.6~0.7)；
6.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅴ）中，所述鹽酸溶液的濃度為1~2mol/L；
7.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（Ⅵ）中，所述苯胺單體溶液中的苯胺單體的濃度為1.5~2.5g/L；
8.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（
9.一種采用權利要求1至8任一項所述的制備方法制備得到的納米纖維素基太陽能界面蒸發器件。
10.一種權利要求9所述的納米纖維素基太陽能界面蒸發器件的用途，其特征在于，所述納米纖維素基太陽能界面蒸發器件用于海水淡化。
...【技術特征摘要】
1.一種納米纖維素基太陽能界面蒸發器件的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
2.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅰ）中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的質量分數為10~20wt%；
3.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅱ）中，所述鹽酸溶液的濃度為3~5mol/l；
4.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅲ）中，所述醋酸水溶液中的醋酸的質量分數為2~3wt%；
5.根據權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟（ⅳ）中，所述季銨化殼聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸鈉以及所述納米纖維素溶液中的絕干納米纖維素的質量比為1:(3~5):...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉朝輝，黃仁亮，蘇榮欣，韓承志，
申請(專利權)人：天津永續新材料有限公司，
類型：發明
國別省市：
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