【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光热转换，尤其涉及一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料及其制备方法与应用。
技术介绍
1、随着全球人口的持续增长和工业化的不断加深，世界范围内的淡水消耗量日益增加，而地球上的淡水资源相对缺乏，因此，提供一种可持续制备淡水的方法具有重要的实用价值。海水淡化作为一种稳定的淡水资源增量技术，已逐步成为补充淡水资源的重要途径。
2、太阳能与传统热源相比具有安全、环保等优势，因此，近年来，太阳能界面蒸发技术已被认为是一种低成本、可持续性的海水淡化战略，用于生产淡水。目前的太阳能界面蒸发材料在进行长时间的海水淡化处理过程中，随着海水中水的不断蒸发，海水中的盐容易结晶析出，这些析出的盐堵塞在蒸发材料的输水通道中，同时阻碍了阳光照射到蒸发材料表面，从而大大降低了蒸发速度。
3、为了解决结盐问题，通常有两种方法：第一种方法是局部盐结晶，使盐在特定位置结晶，然后物理去除。由于这种方法需要后续的清洁步骤，会间断蒸发过程，降低蒸发效率，同时会增加额外的系统维护成本，因此很难大面积应用。第二种方法是盐循环，主要涉及以下三种排盐机制：(1)基于扩散和平流的盐排斥，即不断向蒸发器增加供水，使盐的溶解速度大于其结晶速度，进而使盐结晶重新溶解，但是这会带来较大的热量损失，从而使蒸发速率下降，最终不能达到高效的处理浓盐水的目的(2)在蒸发器表面做疏水处理，直接从源头上防止盐的生成。(3)利用道南效应抑制盐结晶，通过静电吸引和排斥作用，减少盐离子扩散到蒸发器中，达到抑制盐结晶的效果。以上三种抗盐方法，尽管在抗盐策略方面取得
4、有鉴于此，有必要设计一种改进的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料及其制备方法与应用，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料及其制备方法与应用，通过水热反应在织物表面形成一层致密的mof纳米层，再通过碳化处理，将织物进行碳化；利用mof的特殊结构，降低水的蒸发焓，同时提高太阳能的利用率，进而提高蒸发效率；再者，利用mof的高吸水特性，加强了盐水在光热材料表面的对流与扩散，避免了盐离子在材料表面的析出。
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，包括如下步骤：
3、s1.制备mof前驱体溶液；
4、s2.将纤维织物和步骤s1制备的所述mof前驱体溶液一并置于反应器中，进行水热反应，得到mof@纤维织物；
5、s3.将步骤s2制备的所述mof@纤维织物进行碳化处理，得到面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料。
6、作为本专利技术的进一步改进，步骤s3中，所述碳化处理的温度为500～600℃，处理时间为2～4h。
7、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中，所述水热反应的温度为150～200℃，反应时间为10～20h。
8、作为本专利技术的进一步改进，所述mof前驱体溶液的制备是将有机配体和金属盐加入去离子水中超声混匀；所述有机配体和所述金属盐的摩尔比为1:(0.8～1.3)，所述mof前驱体溶液中所述有机配体和所述金属盐的总浓度为7wt％～15wt％。
9、作为本专利技术的进一步改进，所述纤维织物包括聚酰亚胺纤维织物、聚四氟乙烯纤维织物或芳香族聚酰胺纤维织物中的一种。
10、作为本专利技术的进一步改进，步骤s1中，所述mof前驱体溶液包括fe-mof前驱体溶液、cr-mof前驱体溶液或cu-mof前驱体溶液中的一种。
11、作为本专利技术的进一步改进，步骤s2中，在进行水热反应前，需要将所述纤维织物置于酒精中浸泡并超声30～40min，进行洗涤、烘干。
12、为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，采用上述所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法制备得到。
13、作为本专利技术的进一步改进，所述面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料在1kw/m2下，在纯水中的蒸发速率高达1.63kg·m-2·h-1；在浓度为10wt％的浓盐水中的蒸发效率高达1.46kg·m-2·h-1，且在户外工作7天不会出现盐结晶。
14、为实现上述专利技术目的，本专利技术还提供了一种采用上述所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法制备得到的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料或者上述所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的应用，所述面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料用于海水淡化。
15、本专利技术的有益效果是：
16、(1)本专利技术提供的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，通过调控有机配体和金属盐的比例，得到特定浓度的mof前驱体溶液，进而将纤维织物和mof前驱体溶液进行水热反应，控制反应温度即时间，使有机配体和金属盐通过配位作用自组装成特殊结构的多孔晶体材料，并均匀负载于纤维织物的表面及内部孔隙中，在纤维织物表面负载一层致密的mof纳米层。最后通过对织物进行碳化处理，不仅改善了该光热材料的吸光性，提高其吸收太阳光的效率，从而提高材料的光热转化效率，进而提高水的蒸发效率。同时，该过程中会进一步改变有机配体、金属和纤维织物之间的键合结构，形成更为稳定的键合体，提高该材料的使用寿命。
17、同时，mof的特殊结构对水分的吸收快于水分的蒸发速率，即源源不断的提供水源，使盐结晶不容易析出。
18、(2)本专利技术制备的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，在织物表面形成了一层纳米负载层，改善了织物的亲水性，使织物能吸收更多的水；同时，mof根据自身特殊的多孔结构，能够吸收更多的水分，并通过自身孔隙结构对水进行限域作用，破坏水分子的微观结构，降低水分子蒸发所需要的热能，即降低水的蒸发焓。与此同时，该光热材料可以吸收更多的太阳能，将更多的太阳能转化为热能，加快了水的逃逸，能提高水的蒸发效率。
19、mof的特殊结构对水分的吸收快于水分的蒸发速率，即源源不断的提供水源，加强了盐水在蒸发器表面的对流与扩散，避免了盐离子在蒸发器表面的析出。
20、(3)本专利技术提供的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，为改善目前基于界面蒸发的太阳能淡化高浓度盐水系统的高效蒸发以及抑制盐结晶生成提供了一个很有前景的策略。
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1.一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述碳化处理的温度为500～600℃，处理时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述水热反应的温度为150～200℃，反应时间为10～20h。
4.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，所述MOF前驱体溶液的制备是将有机配体和金属盐加入去离子水中超声混匀；所述有机配体和所述金属盐的摩尔比为1:(0.8～1.3)，所述MOF前驱体溶液中所述有机配体和所述金属盐的总浓度为7wt％～15wt％。
5.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，所述纤维织物包括聚酰亚胺纤维织物、聚四氟乙烯纤维织物或芳香族聚酰胺纤维织物中的一种。
6.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料
7.根据权利要求3所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤S2中，在进行水热反应前，需要将所述纤维织物置于酒精中浸泡并超声30～40min，进行洗涤、烘干。
8.一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法制备得到。
9.根据权利要求8所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料，其特征在于，所述面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料在1kW/m2下，在纯水中的蒸发速率高达1.63kg·m-2·h-1；在浓度为10wt％的浓盐水中的蒸发效率高达1.46kg·m-2·h-1，且在户外工作7天不会出现盐结晶。
10.一种采用权利要求1至7任一项所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法制备得到的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料或者权利要求8至9任一项所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的应用，其特征在于，所述面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料用于海水淡化。
...【技术特征摘要】
1.一种面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤s3中，所述碳化处理的温度为500～600℃，处理时间为2～4h。
3.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤s2中，所述水热反应的温度为150～200℃，反应时间为10～20h。
4.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，所述mof前驱体溶液的制备是将有机配体和金属盐加入去离子水中超声混匀；所述有机配体和所述金属盐的摩尔比为1:(0.8～1.3)，所述mof前驱体溶液中所述有机配体和所述金属盐的总浓度为7wt％～15wt％。
5.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，所述纤维织物包括聚酰亚胺纤维织物、聚四氟乙烯纤维织物或芳香族聚酰胺纤维织物中的一种。
6.根据权利要求1所述的面向高浓盐水的高效抗盐和蒸发的光热材料的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述mof前驱体溶液...
【专利技术属性】
技术研发人员：肖杏芳，王迎奥，张骞，徐卫林，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：
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