一种高稳定性水下超疏油光热织物及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性水下超疏油光热织物及其制备方法和应用。本发明专利技术通过在棉织物基底上沉积光热材料炭黑纳米颗粒和水下超疏油材料海藻酸钙水凝胶制备得到水下超疏油光热织物。应用为：将水下超疏油光热织物和聚乙烯泡沫以二维水通道的方式自上而下组装在一起，构成太阳能界面水蒸发器件。本发明专利技术的高稳定性水下超疏油光热材料的整个制备过程具有原料价格低廉、制备工艺简单温和、易于扩大化生产等优势，在性能上同时实现了高效的光吸收和水下超疏油功能，并可耐受酸性、碱性、盐水环境，超声，高温处理等恶劣环境，可用于太阳能驱动的含油水体水质净化。驱动的含油水体水质净化。驱动的含油水体水质净化。

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性水下超疏油光热织物及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及环境功能材料领域，具体涉及一种高稳定性水下超疏油光热织物及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在“碳达峰碳中和”的发展背景下，太阳能界面水蒸发作为一种清洁能源驱动的环境友好型水处理技术，在海水淡化、污水处理等应用上具有广阔的前景。光热材料可以吸收太阳能并转化为热能来加速水蒸发，从而分离水分子与污染物。设计具备优异性能的光热材料是实现有效太阳能水蒸发的关键。
[0003]油是水环境中常见的一类典型污染物，可能会粘附在光热材料上，不利于水分输运，从而抑制太阳能水蒸发器件的蒸发性能。高稳定性水下超疏油光热材料可以在含油水体中成功抵抗油的污染，从而实现太阳能驱动的含油水体水质净化，对实际应用具有极大的积极意义，然而目前相关研究仍然较少。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种高稳定性水下超疏油光热织物及其制备方法和应用。通过在棉织物基底上沉积光热材料炭黑纳米颗粒和水下超疏油材料海藻酸钙水凝胶制备得到水下超疏油光热织物。将该织物以二维水通道的方式镶嵌在聚乙烯泡沫隔热材料上构成太阳能界面水蒸发器件，可应用于太阳能驱动的含油水体水质净化。
[0005]一、一种高稳定性水下超疏油光热织物的制备方法，包括以下步骤：
[0006](1)将炭黑纳米颗粒和海藻酸钠溶解于去离子水中，进行0.5～10h磁力搅拌和0.5～10h超声处理后得到均匀分散的炭黑悬浮液。
[0007](2)在该悬浮液中浸泡棉织物0.5～120min，然后将该棉织物转移至CaCl2溶液中浸泡0.5～120min以实现Ca
2+
交联。反应后使用去离子水彻底洗涤，自然干燥1～72h后得到高稳定性水下超疏油光热织物。
[0008]步骤(1)中，所述的炭黑悬浮液中炭黑的质量分数为0.01～10.0wt％(进一步优选0.05～5％)，海藻酸钠的质量分数为0.01～10.0wt％(进一步优选0.05～5％)。
[0009]作为优选，磁力搅拌时间为0.5～5h，超声处理时间为0.5～5h。
[0010]步骤(2)中，所述的CaCl2溶液中CaCl2的质量分数为0.1～30wt％(进一步优选1～10mol/L)。
[0011]作为优选，在炭黑悬浮液中的浸泡时间为1～60min；在CaCl2溶液中的浸泡时间为1～60min；自然干燥为在空气中晾干8～24h。
[0012]二、基于高稳定性水下超疏油光热织物的抗油型太阳能界面水蒸发器件的应用
[0013]将水下超疏油光热织物以二维水通道的方式镶嵌在聚乙烯泡沫隔热材料上，形成太阳能驱动的抗油型界面水蒸发器件。
[0014]在蒸发测试过程中，1kW m
‑2的模拟太阳光通过太阳光模拟器(CEL
‑
AAAS50,
Aulight)提供，室内温度维持在24～26℃、湿度为45％～65％。将抗油型界面水蒸发器件放置在盛有水的烧杯上，蒸发时的重量变化用电子天平记录，计算所得的蒸发速率以考察器件的蒸发性能。
[0015]对器件的抗油性能进行研究时，使用注射器将1mL大豆油注入烧杯中，用电子天平记录重量变化，计算蒸发速率以考察器件在含油水体中的蒸发性能。
[0016]对该水下超疏油光热织物在多种典型恶劣环境下的稳定性进行了测试。其中，酸性环境(pH＝1)、碱性环境(pH＝11)和盐水环境(0.5M NaCl)分别由HCl、NaOH和NaCl的水溶液提供，织物在这些溶液中的浸泡时间为48h；超声处理时，将织物置于去离子水中用超声清洗机处理30min；高温处理时，将该织物在80℃烘箱内处理3h。然后对这几种恶劣环境处理后的织物分别进行相关测试，包括其在太阳光波段的吸收光谱、水下大豆油接触角以及含油水体中的太阳能蒸发速率，方法和之前未经过处理的织物测试方法相同。
[0017]对器件的水质净化性能进行考察时，将器件放入盛有含油污水或含染料废水的烧杯中，在模拟太阳光下产生的蒸汽会在一个用于收集冷凝水的大烧杯内壁上冷凝成液体，蒸发前后的污水和冷凝水用总有机碳分析仪测定TOC浓度、用紫外
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可见
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近红外分光光度计测定染料吸光度。
[0018]本专利技术将水下超疏油光热织物和聚乙烯泡沫以二维水通道的方式自上而下组装在一起，构成太阳能界面水蒸发器件。本专利技术的高稳定性水下超疏油光热材料的整个制备过程具有原料价格低廉、制备工艺简单温和、易于扩大化生产等优势，在性能上同时实现了高效的光吸收和水下超疏油功能，并可耐受酸性、碱性、盐水环境，超声，高温处理等恶劣环境，可用于太阳能驱动的含油水体水质净化。
[0019]与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：
[0020](1)通过在棉织物上负载炭黑纳米颗粒和海藻酸钙水凝胶方法，可以制备得到高稳定性水下超疏油光热织物，具有原料价格低廉、制备工艺简单温和、易于扩大化生产等优势。
[0021](2)在性能上同时实现了高效的光吸收和水下超疏油功能，可用于太阳能驱动的含油水体水质净化。
[0022](3)基于水下超疏油光热织物的界面水蒸发器件对含油废水中TOC和模拟染料废水中的染料成功净化。
附图说明
[0023]图1为水下超疏油光热织物的实物图和SEM图。
[0024]图2为水下超疏油光热织物的紫外
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可见
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近红外吸收光谱和光照下处于稳定状态时的红外图。
[0025]图3为水下超疏油光热织物的水下大豆油接触角。
[0026]图4为基于水下超疏油光热织物的抗油型太阳能界面水蒸发器件(置于烧杯上)。
[0027]图5为器件在含油水体与不含油水体中的蒸发速率，结果显示器件性能在两种水体中接近，证实器件的抗油效果。
[0028]图6为水下超疏油光热织物在多种典型恶劣环境处理后的紫外
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可见
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近红外吸收光谱、水下大豆油接触角以及相应蒸发器件的太阳能蒸发速率。
[0029]图7为器件对含油水体和模拟染料废水的净化效果。
具体实施方式
[0030]本专利技术通过以下实例结合附图作进一步详述。
[0031](1)本专利技术的处理过程
[0032]一种高稳定性水下超疏油光热织物的制备方法。首先将炭黑纳米颗粒(炭黑悬浮液中质量分数0.2wt％)和海藻酸钠(炭黑悬浮液中质量分数1wt％)溶解于去离子水中，进行1h磁力搅拌和1h超声处理后得到均匀分散的炭黑悬浮液。在该悬浮液中浸泡棉织物10min，然后将该棉织物转移至CaCl2水溶液(5wt％)中浸泡10min以实现Ca
2+
交联。反应后使用去离子水彻底洗涤，自然干燥12h后得到高稳定性水下超疏油光热织物。图1显示了织物的光学照片以及SEM图，后者展示的表面粗糙结构有助于促进织物的润湿性(水下超疏油特性)。
[0033]如图2所示，用紫外<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性水下超疏油光热织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将炭黑纳米颗粒和海藻酸钠溶解于水中，进行磁力搅拌和超声处理，得到均匀分散的炭黑悬浮液；(2)在炭黑悬浮液中浸泡棉织物，然后将棉织物转移至CaCl2水溶液中浸泡以实现Ca
2+
交联，反应后使用水洗涤，自然干燥后得到高稳定性水下超疏油光热织物。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，磁力搅拌0.5～10h；超声处理0.5～10h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的炭黑悬浮液中炭黑的质量分数为0.01～10.0wt％，海藻酸钠的质量分数为0.01～10.0wt％。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的CaCl2水溶液中CaCl2的质量分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王娟，徐煜霞，刘维屏，
申请(专利权)人：安庆市长三角未来产业研究院，
类型：发明
国别省市：