用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法技术

本发明专利技术公开一种用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法，通过配制特定pH值的尿素

【技术实现步骤摘要】
用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法


[0001]本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法。

技术介绍

[0002]太阳能驱动的界面水蒸发技术因其环境友好、低成本、不需要用电及复杂的设备等优势，被认为是最有潜力的解决水资源缺乏问题的技术之一。有效热管理和水管理是决定光热转化效率的两个重要方面。多孔结构的蒸发器有利于光的捕获以及水和蒸汽的快速传输，受到广泛关注。
[0003]天然木头和人工合成的海绵常被用于光热材料的载体，它们的多孔结构使其具有快速的水传输特性，但是其较高的储水性质会造成光转化产生的热通过传导、对流、辐射等方式损失，而不能被有效用于界面处的水蒸发。人们为了降低热量的损失，设计出蒸发器与水非接触式的结构，该结构能够有效降低热传导、热对流造成的热损失，但是其采用的一维或二维的水供给方式因较窄的路径会降低供水速度和供水量，这将与界面处的高蒸发速率不匹配，从而降低转化效率。由于快速的水传输、低的含水量和低的热损失相互影响和制约，目前通过有效的方法获得同时满足高效太阳光驱动界面水蒸发在热管理和水管理方面需求的蒸发器还存在很大挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有的用于太阳能驱动界面水蒸发的蒸发器难以同时满足有效热管理和水管理需求的问题，提供一种低成本、易操作、可放大的具有等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法；相比木头和海绵多孔材料，采用本专利技术公开方法合成的具有等级梯度孔的氧化硅气凝胶能够有效平衡光热水蒸发过程中的热管理和水管理、显著提升光热转化效率。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案是：
[0006]用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法，采用以下步骤：
[0007]步骤1将2～5mol/L的尿素溶液与0.22～0.44mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液混合均匀，然后再向其中加入冰乙酸，使溶液的pH值达到4.2～4.3，得到混合溶液A；将混合溶液A加热并搅拌2～4h至完全透明，其中，尿素与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为3:4～15:4；
[0008]步骤2将正硅酸乙酯加到步骤1得到的混合溶液A中，并持续搅拌20～40min至半透明状，得到混合溶液B，其中，尿素与正硅酸乙酯的质量比为6:23.4～15:14；
[0009]步骤3将步骤2得到的混合溶液B倒入耐高温的塑料容器中并紧密密封，将该塑料容器置于60～80℃的烘箱中凝胶化20～30h；
[0010]步骤4向步骤3凝胶化处理后的容器中倒入10～30ml无水乙醇，并紧密密封，在室温环境下浸泡20～30h后，倒出无水乙醇，将容器再次密封，并置于60～80℃烘箱中继续凝胶化60～80h；
[0011]步骤5向执行完步骤4的容器中倒入去离子水并置于60～80℃烘箱中洗涤样品，洗涤过程中，将去离子水更换3～5次，直到上清液清澈，将洗涤好的样品置于60～80℃的烘箱中干燥20～30h，最终得到具有等级梯度孔的氧化硅气凝胶。
[0012]本专利技术的优点是：
[0013](1)本专利技术开发的合成等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法具有环境友好、低成本、可放大化制备的优点；
[0014](2)本专利技术制备的具有等级梯度孔结构的氧化硅气凝胶具有水传输快、容水量低、热损失小的特点，同时纳米孔的限域作用在降低热损失的同时，也大幅降低了蒸发焓，同时满足了有效热管理和水管理的需求；
[0015](3)本专利技术制备的具有等级梯度孔结构的氧化硅气凝胶在负载光热剂后，表现出了优异的光热水蒸发性能；
[0016](4)本专利技术制备的氧化硅气凝胶蒸发器具有优异的循环利用性，且在高浓度的15％盐水中依然保持稳定的水蒸发速率，具有良好的耐盐性。
附图说明
[0017]图1为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶上表面的扫描电镜图片(SEM)；
[0018]图2为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶下表面的扫描电镜图片(SEM)；
[0019]图3为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶的N2吸脱附曲线；
[0020]图4为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶的孔径分布图；
[0021]图5为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶的红外图谱(FTIR)；
[0022]图6为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶的导热系数；
[0023]图7为采用本专利技术方法制备的氧化硅气凝胶的水传输特性；
[0024]图8为本专利技术制备的氧化硅气凝胶蒸发器在模拟太阳光照射下(1kW m
‑2)的表面温度和体相水温度；
[0025]图9为分布在氧化硅气凝胶蒸发器中的水的差示扫描热分析曲线图(DSC)；
[0026]图10为本专利技术制备的氧化硅气凝胶蒸发器在模拟太阳光照射下(1kW m
‑2)的光热水蒸发速率和效率；
[0027]图11为本专利技术制备的氧化硅气凝胶蒸发器在15％盐水中的光热水蒸发特性。
具体实施方式
[0028]以下结合附图介绍本专利技术详细技术方案：
[0029]用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法，采用以下步骤：
[0030]步骤1将2～5mol/L的尿素溶液与0.22～0.44mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液混合均匀，然后再向其中加入冰乙酸，使溶液的pH值达到4.2～4.3，得到混合溶液A；将混合溶液A加热并搅拌2～4h至完全透明，其中，尿素与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为3:4～15:4；
[0031]步骤2将正硅酸乙酯加到步骤1得到的混合溶液A中，并持续搅拌20～40min至半透明状，得到混合溶液B，其中，尿素与正硅酸乙酯的质量比为6:23.4～15:14；
[0032]步骤3将步骤2得到的混合溶液B倒入耐高温的塑料容器中并紧密密封，将该塑料
容器置于60～80℃的烘箱中凝胶化20～30h；
[0033]步骤4向步骤3凝胶化处理后的容器中倒入10～30ml无水乙醇，并紧密密封，在室温环境下浸泡20～30h后，倒出无水乙醇，将容器再次密封，并置于60～80℃烘箱中继续凝胶化60～80h；
[0034]步骤5向执行完步骤4的容器中倒入去离子水并置于60～80℃烘箱中洗涤样品，洗涤过程中，将去离子水更换3～5次，直到上清液清澈，将洗涤好的样品置于60～80℃的烘箱中干燥20～30h，最终得到具有等级梯度孔的氧化硅气凝胶。
[0035]实施例1
[0036]用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法，采用以下步骤：
[0037]步骤1取3mol/L的尿素与0.3mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液混合均匀，然后再向其中加入冰乙酸使溶液的pH值调为4.25，得到混合溶液A；将混合溶液A加热并搅拌3h至完全透明；
[0038]步骤2取22.8mL正硅酸乙酯加到步骤1得到的混合溶液A中，并持续搅拌30min至半透明状，得到混合溶液B；
[0039]步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于高效水蒸发的等级梯度孔的氧化硅气凝胶制备方法，其特征在于：采用以下步骤：步骤1将2～5mol/L的尿素溶液与0.22～0.44mol/L的十六烷基三甲基溴化铵溶液混合均匀，然后再向其中加入冰乙酸，使溶液的pH值达到4.2～4.3，得到混合溶液A；将混合溶液A加热并搅拌2～4h至完全透明，其中，尿素与十六烷基三甲基溴化铵的质量比为3:4～15:4；步骤2将正硅酸乙酯加到步骤1得到的混合溶液A中，并持续搅拌20～40min至半透明状，得到混合溶液B，其中，尿素与正硅酸乙酯的质量比为6:23.4～15:14；步骤3将步...

【专利技术属性】
技术研发人员：常青，张暄，周凌云，胡胜亮，李宁，薛超瑞，郝彩红，杨金龙，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：