【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海水淡化，涉及一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件、其制备方法及用途。
技术介绍
1、淡水资源是人类赖以生存的根本，更在工业及食品生产等国民经济重要支柱产业中起着决定性的作用。目前，被认为最可能解决淡水资源短缺问题的技术便是海水淡化技术。较为成熟的海水淡化技术有蒸馏法、电渗析法、渗透法和冷冻法等。
2、太阳能驱动界面水蒸发技术，简单而言，就是使用太阳能作为“动力”，通过光热转换材料的设计，吸收太阳能并将其转化为热能，将水加热从而产生水蒸气。太阳能驱动界面水蒸发系统应用于海水淡化时，只需要将产生的水蒸气进行收集便能得到淡水资源，无需大规模的生产设备并避免了化石能源的消耗。
3、纳米纤维素气凝胶较低的导热率能够避免能量的浪费，而多孔的结构则能够增强太阳光的多重反射进而增强材料对于太阳能的吸收，另外纳米纤维素气凝胶优异的亲水性能够保障水分的快速传输。由于以上的几个优点，纳米纤维素气凝胶被认为是最为优异的太阳能水蒸发器的基底支撑材料。但纳米纤维素气凝胶本身并不吸收太阳光，因此需要与其他光热材料进行结合才能获得优异的水蒸气蒸发性能。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件、其制备方法及用途。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、第一方面，本专利技术提供了一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件的制备方法，所述制备方法包括：
4、（ⅰ）将氧化石墨烯分散于
5、（ⅱ）将氟化锂加入盐酸溶液中，混合均匀后得到刻蚀溶液，向所述刻蚀溶液中加入钛碳化铝粉末，经磁力搅拌和水浴加热后得到悬浮液，采用去离子水对所述悬浮液依次进行洗涤和离心，重复洗涤和离心操作至少三次后取沉淀物分散于去离子水中，静置后取上清液进行干燥，得到mxene纳米片；将所述mxene纳米片分散于去离子水中形成mxene分散液，将所述mxene分散液转移至摇床中，向所述mxene分散液中加入聚乙烯亚胺，在摇床中加热振荡以进行氨基化改性；随后，在室温下向所述mxene分散液中加入多巴胺溶液，在摇床中混合振荡使得多巴胺发生原位氧化自聚合形成聚多巴胺，最后经过滤、洗涤和干燥后得到改性mxene纳米片；
6、（ⅲ）将壳聚糖分散于醋酸水溶液中，进行混合搅拌并加热直至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液，向所述壳聚糖溶液中滴入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，进行混合搅拌并加热以对壳聚糖进行季铵化改性，随后经过滤、洗涤和干燥后得到季铵化壳聚糖；将聚乙烯醇、丙三醇和去离子水混合均匀得到反应前体溶液，对所述反应前体溶液进行加热回流反应，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到改性聚乙烯醇；将海藻酸钠溶于去离子水中得到海藻酸钠溶液，向所述海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠，在室温和避光条件下进行搅拌以发生氧化反应，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到氧化海藻酸钠；
7、（ⅳ）将步骤（ⅲ）得到的所述季铵化壳聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸钠加入纳米纤维素溶液中，混合均匀后得到前体混合液，向所述前体混合液中加入步骤（ⅰ）得到的所述光热转换材料以及步骤（ⅱ）得到的所述改性mxene纳米片，经超声分散后得到凝胶前体溶液；
8、（ⅴ）将戊二醛与盐酸溶液混合均匀，得到戊二醛酸溶液，将步骤（ⅳ）得到的所述凝胶前体溶液倒入模具中，向所述凝胶前体溶液中滴入所述戊二醛酸溶液，混合搅拌以发生交联反应，反应结束后置于室温下静置以进行凝胶化，得到水凝胶中间体；将所述水凝胶中间体在低温条件下冷冻一段时间，随后取出解冻一段时间，重复进行冷冻和解冻过程至少三次，得到复合水凝胶；
9、（ⅵ）将步骤（ⅴ）得到的所述复合水凝胶浸泡于苯胺单体溶液中，向所述苯胺单体溶液中滴加过硫酸铵溶液，混合搅拌后静置以发生反应生成聚苯胺，反应结束后依次经过滤、洗涤和干燥后得到改性复合水凝胶，将所述改性复合水凝胶置于冷板上进行定向冷冻，所述改性复合水凝胶的一侧面与所述冷板的表面接触以在所述改性复合水凝胶的内部的竖直方向上形成温度梯度，在所述冷板上放置一段时间后将所述改性复合水凝胶取下置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，以在所述改性复合水凝胶的内部形成垂直孔道，得到气凝胶基体；
10、（ⅶ）将吡咯单体溶解于盐酸溶液中，混合均匀后得到吡咯单体溶液，将步骤（ⅵ）得到的所述气凝胶基体浸泡于所述吡咯单体溶液中并进行磁力搅拌，使得所述吡咯单体进入所述气凝胶基体的孔道内部；随后，向所述吡咯单体溶液中加入三氯化铁溶液，在冰水浴环境下进行磁力搅拌以发生反应，使得所述吡咯单体在所述气凝胶基体的表面和孔道内壁发生原位氧化自聚合形成聚吡咯，反应结束后经过滤、洗涤和液氮冷冻干燥后得到所述纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件。
11、本专利技术以季铵化壳聚糖、改性聚乙烯醇、氧化海藻酸钠和纳米纤维素溶液作为凝胶前体溶液，并在凝胶前体溶液中加入由氧化石墨烯和硫化铜组成的光热转换材料以及经聚乙烯亚胺和聚多巴胺改性的改性mxene纳米片，在戊二醛交联剂的作用下，通过氢键交联和冻融循环作用构建了具有良好骨架结构的复合水凝胶；随后利用化学原位聚合，以过硫酸铵为氧化剂，引发了苯胺单体在复合水凝胶内部进行原位生长生成聚苯胺纳米纤维，通过定向冷冻干燥，得到了具有垂直排列的大孔通道的气凝胶基体，最后在气凝胶基体表面进行吡咯原位聚合反应生成聚吡咯，聚吡咯作为光吸收位点显著提高了太阳能界面蒸发器件的光捕获能力，有助于实现太阳能界面蒸发器件在全光谱范围内的宽吸收，提高了太阳能界面蒸发器件对太阳光的利用率。
12、影响太阳能界面蒸发器件对水蒸发速率的主要因素包括太阳能界面蒸发器件的结构设计和具有优异吸光性能的光热转换材料，还原氧化石墨烯具有较大的比表面积、良好的光热转换性能和优异的热稳定性，其太阳能-热转换效率高达90.1%，太阳能-蒸汽转换效率高达96.2%。硫化铜由于在近红外区域具有很强的光吸收能力，本专利技术将还原氧化石墨烯与硫化铜相结合，利用二者之间的协同增效作用，极大地提高了太阳能界面蒸发器件对太阳光的利用率。
13、硫化铜是一种p型半导体材料，由晶格内的铜空位引起，通过等离子体的共震效应导致表面的载流子发生迁移而表现出优异的光热转换性能。目前制备硫化铜材料多以硫化钠、硫脲和二甲基亚砜作为硫源，需要使用大量的化学试剂。本专利技术采用生物质氨基酸—l-半胱氨酸作为硫源，以氯化铜为铜源，l-半胱氨酸在水热反应过程中发挥了还原剂、供硫剂和连接剂的三重作用，一方面，l-半胱氨酸中含有羧基（-cooh本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅰ）中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量分数为10~20wt%；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅱ）中，所述盐酸溶液的浓度为3~5mol/L；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅲ）中，所述醋酸水溶液中的醋酸的质量分数为2~3wt%；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅳ）中，所述季铵化壳聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸钠以及所述纳米纤维素溶液中的绝干纳米纤维素的质量比为1:(3~5):(0.5~0.8):(0.6~0.7)；
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅴ）中，所述盐酸溶液的浓度为1~2mol/L；
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（Ⅵ）中，所述苯胺单体溶液中的苯胺单体的浓度为1.5~2.5g/L；
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（
9.一种采用权利要求1至8任一项所述的制备方法制备得到的纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件。
10.一种权利要求9所述的纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件的用途，其特征在于，所述纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件用于海水淡化。
...【技术特征摘要】
1.一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅰ）中，所述氧化石墨烯分散液中的氧化石墨烯的质量分数为10~20wt%；
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅱ）中，所述盐酸溶液的浓度为3~5mol/l；
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅲ）中，所述醋酸水溶液中的醋酸的质量分数为2~3wt%；
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（ⅳ）中，所述季铵化壳聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸钠以及所述纳米纤维素溶液中的绝干纳米纤维素的质量比为1:(3~5):...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘朝辉，黄仁亮，苏荣欣，韩承志，
申请(专利权)人：天津永续新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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