一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料及其制备方法。其技术方案是：在氮气或氩气气氛中，将废弃织物于温度为300～700℃条件下热处理120～300min，得到具有多孔结构的碳纤维；然后将金属盐按照等摩尔比配料，在100～200℃条件下搅拌10～25min，即得混合盐熔体；再将所述具有多孔结构的碳纤维在所述混合盐熔体中浸渍10～30min，取出，水洗，干燥，制得高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料。本发明专利技术具有生产周期短、工艺简便、成本低、原料廉价易得和能实现大规模生产的特点，所制备的高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料具有优异的光热转换效率和高的水蒸发速率。热转换效率和高的水蒸发速率。热转换效率和高的水蒸发速率。

【技术实现步骤摘要】
一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于碳纤维光热转换材料
具体涉及一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]尽管地球上有丰富的水资源，但海水占地球总水量的96.5％，而饮用淡水仅占地球总水量的2.5％左右。随着人口的不断增长和经济的快速发展，淡水资源短缺问题更加凸显。便捷、廉价和高效的获取淡水资源，是研究者们努力的方向。废旧纺织品不仅造成了大量资源的浪费也加大了环境的污染，因此充分利用废弃织物对于提高资源利用率、保护环境等方面具有重要意义。
[0003]太阳能由于其具有清洁、安全、便捷和高效的个特性，已成为世界各国普遍关注和重点发展的清洁能源。利用太阳能从海水或者污水中获得纯净水，是一种获取淡水资源的低碳绿色技术。现有的太阳能蒸馏装置能够利用太阳能加热水体蒸发，进而冷凝获得清洁水资源，但是其能量转换率低(<30％)，极大地限制了太阳能在水处理领域的实际应用。
[0004]“一种碳纳米纤维薄膜光热转换材料及其制备”(CN103361625A)专利所制备的光热转换材料虽提高了光吸收率以及热交换效率，但该专利选用的金属基体预处理过程耗时长，成本较高，难以大规模化生产应用；“碳纤维光热转换材料及其在纯化回收多介质溶剂中的用途”(CN111249757A)所制备的光热转换材料太阳能转化效率虽高，但该专利所述的碳纤维光热转换材料制作工艺复杂，且由于水热碳层的比表面积与表面粗糙度难于控制，进而影响光热转换效率；“一种光热转换复合纳米碳纤维膜及其制备方法”(CN113699686A)所制备的复合碳纤维材料通过多次折射吸收太阳光，提高了光的吸收，但该专利所述的热压处理极易破坏纤维薄膜的孔道，影响复合材料的吸水能力，进而影响复合碳纤维材料的水蒸发效率。
[0005]综上所述，现有技术存在如下技术缺陷：生产周期长、工艺复杂、成本低、和难以大规模生产，所制备的光热转换材料吸水能力差、水蒸发速率低和光热转换效率低。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于解决上述现有材料和技术的不足，目的在于提供一种生产周期短、工艺简便、成本低、原料廉价易得和能实现大规模生产的高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的制备方法，用该方法制备的高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料具有优异的光热转换效率和高的水蒸发速率。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008](1)在氮气或氩气气氛中，将废弃织物于温度为300～700℃条件下热处理120～300min，得到具有多孔结构的碳纤维。
[0009](2)将金属盐按照等摩尔比配料，在100～200℃条件下搅拌10～25min，即得混合盐熔体；再将所述具有多孔结构的碳纤维在所述混合盐熔体中浸渍10～30min，取出，水洗，
干燥，制得高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料。
[0010]所述高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料具有多孔结构，且高熵水滑石均匀包覆在具有多孔结构的碳纤维表面。
[0011]上述技术方案中：
[0012]所述废弃织物为废弃天然植物纤维纺织品、废弃高聚物合成纤维纺织品和废弃混合纤维纺织品中的一种以上。
[0013]所述金属盐为：六水合硝酸镁、九水合硝酸铝、四水合硝酸锰、一水合氯化锰、九水合硝酸铁、六水合三氯化铁、六水合硝酸钴、六水合氯化钴、六水合硝酸镍、六水合氯化镍、三水合硝酸铜、六水合硝酸锌、水合三氯化铱、水合三氯化钌、水合三氯化铑中的任意5种～10种。
[0014]由于采用上述技术方案，本专利技术与现有技术相比具有如下积极效果和突出特点：
[0015](1)本专利技术以废弃织物属于纺织行业的可再生废料，具有纯度高、长径比大、力学性能优异等特点，属于废弃物的再利用。废弃织物是由细小柔长物通过交叉、绕结、连接构成的平软片块物，本身具有丰富且有序的孔道结构，其材质多为棉纤维(纤维素含量大于90％)、涤纶纤维、腈纶纤维等长链状高分子化合物，经过碳化处理，体积收缩小，获得的碳纤维基本保持了一维纤维形状和织物的多孔结构，能有效保留碳纤维多孔结构，吸水能力强，光热转换效率高。
[0016](2)废弃织物原料来源十分广泛，价格低廉，经过热解获得的碳纤维为石墨化程度低的非晶态碳(无定形碳)，表面具有大量缺陷和亲水官能团，与水的润湿性好，可有效增加界面水含量，有益于高熵水滑石在其表面形核生长，促进高熵水滑石在均匀多孔碳纤维表面包覆，有效提高碳纤维材料的光热转换效率。
[0017](3)本专利技术以含结晶水的金属硝酸盐或氯盐为原料，金属盐硝酸盐和氯盐具有较低熔点，不同金属盐混合可进一步降低熔点，保障了其在较低的温度下形成均匀的混合盐熔体。混合熔盐中的金属阳离子与结晶水中的羟基相结合，形成了金属元素分布均匀的高熵水滑石，该制备方法工艺简单，无需额外热处理和高温高压设备、生产周期短，生产成本低。
[0018](4)本专利技术以废弃织物热解碳纤维为载体，再经过简便的浸渍工艺负载高熵水滑石。在制备过程中，通过调整金属离子种类，可实现半导体带隙结构的有效调控，增强材料对太阳光的吸收率和利用率，显著提高了高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的光热转换效率。
[0019](5)本专利技术涉及的高熵水滑石为层状多金属复合氢氧化物，具有丰富的亲水官能团和大量的微孔结构，以及大比表面积和强吸附能力。与多孔碳纤维复合，可为碳纤维基体提供丰富的微孔结构，增加水分子的传输和扩散通道，从而提高了材料表面亲水性和水分子运输能力，进而大大提升了碳纤维光热转换材料的水蒸发速率。此外，水滑石层间阴离子的NO3‑
容易被废水中的阴离子置换出来，从而达到去除污染物的目的。
[0020]因此，本专利技术生产周期短、工艺简便、成本低、原料廉价易得和能实现大规模生产，所制备的高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料具有优异的光热转换效率和高的水蒸发速率。
附图说明
[0021]图1为本专利技术制备的1～4种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的XRD图；
[0022]图2为图1中第4种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的SEM图；
[0023]图3为图1中第4种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的EDS图；
[0024]图4为图1中第1种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料在不同光照强度下的光热转换温度图；
[0025]图5为图1中第1、第2和第4种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的蒸发速率。
具体实施方式
[0026]下面结合附图和截图实施方式对本专利技术做全面、细致地描述，但本专利技术的保护范围并不限于以下具体实施方式。
[0027]一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料及其制备方法。本具体实施方式所述制备方法是：
[0028](1)在氮气或氩气气氛中，将废弃织物于温度为300～700℃条件下热处理120～300min，得到具有多孔结构的碳纤维。
[0029](2)将金属盐按照等摩尔比配料，在100～20本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的制备方法，其特征在于所述制备方法是：(1)在氮气或氩气气氛中，将废弃织物于温度为300～700℃条件下热处理120～300min，得到具有多孔结构的碳纤维；(2)将金属盐按照等摩尔比配料，在100～200℃条件下搅拌10～25min，即得混合盐熔体；再将所述具有多孔结构的碳纤维在所述混合盐熔体中浸渍10～30min，取出，水洗，干燥，制得高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料；所述废弃织物为废弃天然植物纤维纺织品、废弃高聚物合成纤维纺织品和废弃混合纤维纺织品中的一种以上。2.根据权利要求1所述高熵水滑石改性碳纤维光热转换材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁峰，陆骏，易若钧，谷昊辉，田宇，王涛，李建辉，张海军，
申请(专利权)人：武汉科技大学，
类型：发明
国别省市：