一种光热转化气凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种光热转化气凝胶及其制备方法和应用。本发明专利技术以茶叶渣作为原料，并通过碱液处理获得茶叶渣纤维；将茶叶渣纤维通过高温煅烧，得到碳化茶叶渣；再将茶叶渣纤维和碳化茶叶渣加入至海藻酸钠溶液中，通过液氮冷冻干燥，得到茶叶渣纤维和碳化茶叶渣气凝胶；将其浸泡在CaCl2溶液中进行交联，通过液氮冷冻干燥，得到全生物质废弃物基的光热转化气凝胶；本发明专利技术的光热转化气凝胶具有以下优点：1)光热转化气凝胶具有垂直定向导水通道，可实现稳定的海水淡化，能有效缓解淡水资源短缺；2)光热转化气凝胶可以稳定的淡化10wt％的盐水，效率为1.5kg m

【技术实现步骤摘要】
一种光热转化气凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及气凝胶
，尤其涉及一种光热转化气凝胶及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]淡水短缺、能源危机和环境污染是当前人类面临的迫切挑战。海水占据了地球水资源的97％，通过海水淡化技术，可以有效缓解全球水资源短缺问题。然而，传统的海水淡化方法，例如热蒸馏和反渗透，消耗了大量能源，进一步加剧了能源危机。2014年，提出了界面太阳能驱动海水淡化作为一种有希望解决这一问题的方案，因其高蒸发速率和环境友好性而引起了广泛关注。界面太阳能驱动海水淡化系统通常包括光热材料、隔热层和水传输器。光热材料能够吸收太阳光并将其转化为热能，隔热层则限制热能向水汽界面的大量水中散失。水传输器用于将水送至光热材料表面进行蒸发。光热材料主要分为四类：等离子体、半导体、聚合物和碳材料。
[0003]碳材料，尤其是生物质炭，因其丰富的可获取性和广泛的太阳能吸收能力而引起了广泛的关注。此外，界面太阳能驱动海水淡化的蒸发机制类似于植物的蒸腾作用，根系向叶片供水蒸发，正如水传输器将水输送到光热材料以产生蒸汽一样。已经开发出许多基于全生物质的太阳能蒸发器，可以分为两种类型。第一种类型是基于碳化生物质的太阳能蒸发器，其保留了生物质的天然孔隙结构以用于界面太阳能驱动海水淡化，例如碳化蘑菇和木材。尽管这种方法可以方便地制造太阳能蒸发器，但碳化生物质容易因水分损失而破裂。第二种类型是基于全生物废弃物的光热转化膜。虽然光热膜的制造相对简单，但其脱盐性能可能会受到脱盐过程中盐结晶在其表面沉积的影响。
[0004]基于目前基于生物废弃物的光热转化材料的存在的缺陷，有必要对此进行改进。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种光热转化气凝胶及其制备方法和应用，以解决现有技术中存在的缺陷。
[0006]第一方面，本专利技术提供了一种光热转化气凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0007]将茶叶渣加入至碱液中，于150～170℃下反应，过滤，洗涤，得到茶叶渣纤维；
[0008]将茶叶渣纤维置于管式炉中于500～700℃下煅烧，得到碳化茶叶渣；
[0009]将碳化茶叶渣研磨成粉末，加入至酸液中，浸泡，洗涤，得到茶叶渣碳粉；
[0010]将海藻酸钠加入至水中，再加入茶叶渣纤维，然后加入茶叶渣碳粉搅拌，冷冻凝固后，置于冷冻干燥机中冻干，得到气凝胶；
[0011]再将气凝胶置于CaCl2溶液中浸泡，洗涤，继续置于冷冻干燥机中冻干，得到光热转化气凝胶。
[0012]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，所述碱液包括NaOH溶液、KOH溶液中的至少一种。
[0013]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，所述碱液的浓度为0.5～2mol/L。
[0014]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，将茶叶渣加入至碱液中，于150～170℃下反应4～8h，过滤，洗涤至中性，得到茶叶渣纤维；其中，所述茶叶渣与碱液的质量体积比为(3～7)g:(50～100)mL。
[0015]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，将茶叶渣纤维置于管式炉中于500～700℃下煅烧的步骤中，煅烧时间为1～3h。
[0016]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，将碳化茶叶渣研磨成粉末，加入至酸液中，浸泡1～3h，洗涤至中性，得到茶叶渣碳粉；其中，所用酸液包括HCl溶液、H2SO4溶液、HNO3溶液中的至少一种，所述酸液的质量浓度为2～20％。
[0017]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，将海藻酸钠加入至水中，再加入茶叶渣纤维，然后加入茶叶渣碳粉搅拌的步骤中，所述海藻酸钠、水、茶叶渣纤维、茶叶渣碳粉的质量比为(0.3～0.7):(20～30):(2～6):(0.03～0.07)。
[0018]优选的是，所述的光热转化气凝胶的制备方法，将气凝胶置于CaCl2溶液中浸泡的步骤中，所述CaCl2溶液的质量浓度为3～7％，浸泡时间为10～15h。
[0019]第二方面，本专利技术还提供了一种光热转化气凝胶，采用所述的制备方法制备得到。
[0020]第三方面，本专利技术还提供了一种所述的制备方法制备得到的光热转化气凝胶或所述的光热转化气凝胶在制备太阳能蒸发器和海水淡化中的应用。
[0021]本专利技术的光热转化气凝胶及其制备方法和应用，相对于现有技术具有以下
[0022]有益效果：
[0023]本专利技术的光热转化气凝胶的制备方法，以茶叶渣作为原料，并通过碱液处理获得茶叶渣纤维；随后，将茶叶渣纤维通过高温煅烧处理，得到了一种吸光材料，即碳化茶叶渣；然后将茶叶渣纤维和碳化茶叶渣加入至海藻酸钠溶液中，通过液氮冷冻干燥的方法，得到茶叶渣纤维和碳化茶叶渣气凝胶；将其浸泡在CaCl2溶液中进行交联处理，并通过液氮冷冻干燥的方法，制备了一种全生物质废弃物基的光热转化气凝胶，该光热转化凝胶具有垂直定向导水通道；本专利技术的光热转化气凝胶具有以下优点：1)茶叶渣基光热转化气凝胶具有垂直定向导水通道，可实现稳定的海水淡化性能，有效缓解淡水资源短缺问题；2)茶叶渣基光热转化气凝胶可以稳定的淡化10wt％的盐水，效率为1.5kg m
–2h
–1；3)茶叶渣基光热转化气凝胶能有效地减少茶叶渣对环境的污染。本专利技术依据“变废为宝”的理念，以茶叶渣为原料，设计了一款海水淡化性能稳定的光热转化气凝胶，可以稳定的淡化10wt％的盐水，本专利技术的茶叶渣基光热转化气凝胶为解决全球淡水短缺、能源危机和环境污染问题提供了有前途的解决方案。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0025]图1为实施例1得到的光热转化气凝胶(样品3)和实施例2中得到的光热转化气凝胶(样品1)的电镜图；
[0026]图2为实施例1～2中含有不同茶叶渣碳粉的光热转化气凝胶样品1～4的吸光性能结果图；
[0027]图3为实施例1～2中含有不同茶叶渣碳粉的光热转化气凝胶样品1～4蒸发地下水的蒸发速率图；
[0028]图4为实施例1中光热转化气凝胶(样品3)淡化不同浓度盐水蒸发效率图；
[0029]图5为实施例1中光热转化气凝胶(样品3)淡化10wt％盐水的户外图。
具体实施方式
[0030]下面将结合本专利技术实施方式，对本专利技术实施方式中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本专利技术一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本专利技术中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本专利技术保护的范围。
[0031]需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。另外，在本申请的描述中，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种光热转化气凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将茶叶渣加入至碱液中，于150～170℃下反应，过滤，洗涤，得到茶叶渣纤维；将茶叶渣纤维置于管式炉中于500～700℃下煅烧，得到碳化茶叶渣；将碳化茶叶渣研磨成粉末，加入至酸液中，浸泡，洗涤，得到茶叶渣碳粉；将海藻酸钠加入至水中，再加入茶叶渣纤维，然后加入茶叶渣碳粉搅拌，冷冻凝固后，置于冷冻干燥机中冻干，得到气凝胶；再将气凝胶置于CaCl2溶液中浸泡，洗涤，继续置于冷冻干燥机中冻干，得到光热转化气凝胶。2.如权利要求1所述的光热转化气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碱液包括NaOH溶液、KOH溶液中的至少一种。3.如权利要求1所述的光热转化气凝胶的制备方法，其特征在于，所述碱液的浓度为0.5～2mol/L。4.如权利要求1所述的光热转化气凝胶的制备方法，其特征在于，将茶叶渣加入至碱液中，于150～170℃下反应4～8h，过滤，洗涤至中性，得到茶叶渣纤维；其中，所述茶叶渣与碱液的质量体积比为(3～7)g:(50～100)mL。5.如权利要求1所述的光热转化气凝胶的制备方法，其特征在于，将茶叶渣纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊俊，韩晨曦，吴宇鸣，李明，杨智慧，钟鑫，闵雪，王伟明，彭俊军，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：