一种ZIF-8衍生光热材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种ZIF

【技术实现步骤摘要】
一种ZIF
‑
8衍生光热材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及光热材料领域，特别涉及一种ZIF
‑
8衍生光热材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]在热局部化太阳能蒸发系统中，热量是由太阳能吸收器通过太阳能吸收和随后的光热过程产生的，许多光热材料由于具有较高的太阳吸收率而被开发为太阳能吸收材料。光热材料以光子形式吸收光能并将其吸收能量转化为热量。光热材料的热产生取决于材料本身的物理特性，不同的光热材料都能因为不同的物理特性以不同的形式将能量转化为热能进行利用，但是所有的光热材料都不可能将100％的太阳能转化为热能。目前，在众多类型的光热转化材料中，拥有较为高效转化能力的材料包括金属材料、半导体材料和碳基材料等，它们在太阳能热能化领域尤为常见。该三类材料都拥有特有的光热转化机理：金属等离子体颗粒的局部共振效应；半导体的非辐射弛豫过程；碳材料的分子热振动。
[0003]大多数光热材料在太阳能水蒸发领域都有很强的应用前景，旨在解决清洁淡水资源在生活中的现实匮乏问题，百家争鸣，各类材料的设计和合成都很具特点，可以说在解决淡水问题上提出了许多的应对措施。但是大多光热颗粒材料在选择上合成过程更为复杂，材料的结构也不利于构建更为基础化的水热传能的界面。目前常见光热材料在有诸如合成复杂、成本较高和可设计性低的问题，研究具有功能化协同光热过程的衍生材料具有重要意义。

技术实现思路

[0004]鉴于此，本专利技术提出一种ZIF
‑
8衍生光热材料及其制备方法和应用。
[0005]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种ZIF
‑
8衍生光热材料的制备方法，包括以下步骤：以ZIF
‑
8(2
‑
甲基咪唑锌盐)碳化制得ZIF
‑
C粉体，使得ZIF
‑
C粉体吸附Cu
2+，
，最后高温碳还原合成Cu颗粒，制得ZIF
‑
8衍生铜碳复合光热颗粒Cu@ZIF
‑
C。
[0007]进一步的技术方案为，所述ZIF
‑
8衍生光热材料的制备方法包括以下步骤：
[0008](1)将ZIF
‑
8粉体在氮气或惰性气体保护下进行碳化预处理，碳化温度为890～910℃，保温碳化，制得ZIF
‑
C粉体；
[0009](2)将步骤(1)得到ZIF
‑
C粉体加入硝酸铜三水合物溶液中，超声分散、搅拌，得到悬浊液，蒸干，干燥；
[0010](3)将步骤(2)干燥所得样品研磨后，在氮气或惰性气体保护下进行高温碳还原，碳还原温度为900～1200℃，冷却至室温后取出样品后洗涤、干燥，制得ZIF
‑
8衍生铜碳复合光热颗粒Cu@ZIF
‑
C。
[0011]进一步的技术方案为，步骤(1)，所述硝酸铜溶液由硝酸铜三水合物和乙醇按照摩尔体积比mol/L为0.8～1.2：40～50制得。
[0012]进一步的技术方案为，步骤(1)，所述硝酸铜三水合物和ZIF
‑
C粉体的摩尔质量比mmol/g为0.8～1.2：0.4～0.6。
[0013]进一步的技术方案为，
[0014]步骤(2)中，所述蒸干具体操作：所述悬浊液经油浴加热反复蒸干，反复蒸干过程添加溶剂，所述油浴加热温度为75～85℃，反复蒸干次数为2～4次；
[0015]步骤(3)中，所述洗涤的具体操作：取出样品后用0.4～0.6M H2SO4超声洗涤30～50min，离心，用去离子水清洗。
[0016]进一步的技术方案为，
[0017]步骤(1)，所述碳化预处理温度为890～910℃，保温时间为1h以上，优选1～3h；
[0018]步骤(2)，所述超声分散时间为30min以上，所述搅拌时间为24h以上，优选24～30h；
[0019]步骤(3)，所述高温碳还原的保温时间为2h以上，优选2～3h，
[0020]进一步的技术方案为，
[0021]步骤(1)、步骤(3)，保温前升温速率为4～6℃/min；
[0022]步骤(2)，所述干燥为真空干燥，干燥温度为75～85℃，干燥时间为7～9h；
[0023]步骤(3)，所述干燥为鼓风干燥，干燥温度为75～85℃，干燥时间为5～7h。
[0024]进一步的技术方案为，在步骤(1)保温阶段分别引入水蒸气刻蚀20～240min，待样品冷却至室温后取出样品进行酸洗，干燥。
[0025]进一步的技术方案为，引入水蒸气的流量为140～160sccm。
[0026]更进一步的技术方案为：所述ZIF
‑
8衍生光热材料的制备方法包括以下步骤：
[0027](1)将ZIF
‑
8粉体用石英舟装好移至管式炉内，在90～110ml/min流速的氮气保护下，先预通20min以上排掉管内原有的空气，后再以4～6℃/min的加热速率加热到890～910℃并保温1h以上，待炉内温度冷却至室温，所得到的黑色粉末ZIF
‑
C；
[0028](2)称量0.8～1.2mmol硝酸铜三水合物分散在40～50ml乙醇溶液形成浅蓝色溶液，然后加入0.4～0.6g ZIF
‑
C粉体超声30min以上分散均匀，室温下搅拌24h以上，使Cu
2+
通过浓度梯度差充分扩散到ZIF
‑
C孔道内，所得乙醇悬浊液转移到油浴搅拌锅内在75～85℃下加热，直到烧杯中的乙醇含量接近蒸干后再加入少量乙醇，反复蒸干2～4次，最后将烧杯放入真空干燥箱内在75～85℃真空干燥7～9h；
[0029](3)将真空干燥所得黑色样品研磨后置于石英舟中，移到管式炉，氮气氛围下预通15～25min后再以4～6℃/min的升温速率加热至900～1200℃，并在该温度下保温2h，待样品冷却至室温之后，取出样品后用30～50ml 0.4～0.6MH2SO4超声洗涤30～50min，离心2～4次并用去离子水清洗，提取出样品后在75～85℃鼓风干燥箱内干燥5～7h，所制得材料即为ZIF
‑
8衍生铜碳复合光热颗粒Cu@ZIF
‑
C。
[0030]本专利技术ZIF
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8衍生光热材料在光热水蒸发器中应用。
[0031]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0032](1)本专利技术以ZIF
‑
8为初始模板，引入并合成等离子体金属铜颗粒，在内部形成铜碳包覆的复合材料结构，采用简单的高温碳还原实现具有更加优良水蒸发性能，大大提升了材料的热能转化能力，提升了材料的光热转化效率，实现高效化热能水蒸发。
[0033](2)本专利技术还利用水煤气反应通过水蒸气对碳点刻蚀进行孔径控制。刻蚀过程不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种ZIF
‑
8衍生光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：以2
‑
甲基咪唑锌盐碳化预处理制得ZIF
‑
C粉体，将ZIF
‑
C粉体加入铜离子溶液中使其吸附Cu
2+，
，最后碳还原合成Cu颗粒，制得ZIF
‑
8衍生铜碳复合光热颗粒Cu@ZIF
‑
C。2.根据权利要求1所述的ZIF
‑
8衍生光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将2
‑
甲基咪唑锌盐在氮气或惰性气体保护下进行碳化预处理，保温碳化，制得ZIF
‑
C粉体；(2)将步骤(1)得到ZIF
‑
C粉体加入硝酸铜溶液中，超声分散、搅拌，得到悬浊液，蒸干，干燥；(3)将步骤(2)干燥所得样品研磨后，在氮气或惰性气体保护下进行高温碳还原，碳还原温度为900～1200℃，冷却至室温后取出样品后洗涤、干燥，制得ZIF
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8衍生铜碳复合光热颗粒Cu@ZIF
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C。3.根据权利要求2所述的ZIF
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8衍生光热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)，所述硝酸铜溶液由硝酸铜三水合物和乙醇按照摩尔体积比mol/L为0.8～1.2：40～50制得。4.根据权利要求2所述的ZIF
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8衍生光热材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)，所述硝酸铜三水合物和ZIF
‑
C粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞宝，张子琪，刘钟馨，黄玮，张明鑫，杨薇羚，胡康阳，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：