一种光热转化组装体的制备方法及其应用

本发明涉及一种光热转化组装体的制备方法及其应用，属于功能材料制备领域。

背景技术：

1、太阳能是一种清洁、可再生的能源，开发利用太阳能对环境保护和新能源开发利用意义重大。将太阳能转化为热能是开发利用太阳能资源重要的方式之一。与太阳能相比，热能容易储存、方便使用，在海水淡化、盐水脱盐等领域具有一定的应用潜力。

2、光热转化常用的实施方式主要包括整体加热和界面蒸发两种。整体加热方式将溶液全部加热，而界面蒸发方式仅加热液体表面。与整体加热方式相比，界面蒸发方式能产生更高的界面蒸发温度，有利于溶液的蒸发与盐分的浓缩，适合光热能的原位高效利用。

3、制备性能优异的光热转化组装体以达到高的界面蒸发温度是太阳能界面蒸发程序的核心技术。因此，太阳能界面蒸发程序需要依靠良好的光热转化材料，要求具有优异的光吸收能力和光热转化能力。碳基材料、等离激元材料和半导体材料具有高太阳光吸收和高光热转化特性，常被用于制备光热转化组装体。

技术实现思路

1、为了进一步提高太阳能界面蒸发程序的太能能利用效率和界面蒸发温度，本发明提供了一种光热转化组装体的制备方法及其应用。本发明的目的在于提供一种实现超高界面蒸发温度的光热转化组装体，用于海水淡化、盐水脱盐和光热活化过硫酸盐降解有机污染物。

2、一种光热转化组装体的制备方法，将金属盐与max陶瓷粉末混合均匀，在惰性气体氛围下煅烧，自然冷却后，使用去离子水清洗，得到mxene负载金属纳米/微米颗粒材料。将上述制得的材料与ptfe乳液搅拌混合均匀，使用刷子涂覆在海绵的表层，自然晾干之后制得光热转化组装体。

3、进一步地，所述mxene是刻蚀max陶瓷中的中间层原子制得的金属碳化物或氮化物层状材料。max为一种陶瓷材料，分子式为mn + 1axn，n = 1， 2，3，其中m主要为早期过渡金属元素，包括但不仅限于sc、ti、v、cr、zr、nb、mo、hf和ta；a是ⅲ、ⅳ主族元素，包括但不仅限于al、p、s、ge、as、cd、in、sn、tl和pb；x为c和/或n元素。优选地，m为ti或nb，a为al。

4、进一步地，所述金属盐为铁、钴、铜、锌、锰、镁、镍、铌、钌、铅、铂、金、铱的无机盐中的任一种或多种。

5、进一步地，所述惰性气体为氮气、氩气、氦气中的一种。

6、进一步地，所述煅烧温度为高于金属盐熔点以上的温度。优选地，所示煅烧温度高于金属盐熔点以上100 ℃

7、进一步的，所述max粉末与金属盐的质量比为1：0.5-1:10.

8、进一步地，所述煅烧时间为6-72 h。

9、进一步地，mxene负载金属纳米颗粒材料与ptfe的质量比为：1:0.05-1

10、进一步地，所述海绵是指聚醚、聚乙烯醇或聚酯材质的多孔材料，剪裁的厚度为0.5-5 cm。

11、进一步地，光热转换组装体mxene负载金属颗粒的负载量为0.1-100 mg/cm2

12、本发明的另一目的在于提供所述光热转化组装体在海水淡化、盐水脱盐和光热活化过硫酸盐降解有机污染物中的应用。

13、进一步，将光热转化组装体放置到溶液表面，太阳光照射下产生界面高温，蒸发水溶液生成水蒸气，水蒸气冷凝后得到清洁的淡水。

14、本发明的增益效果为：本发明所述光热转化组装体协同利用mxene材料良好的太阳光吸收能力和原位生成金属纳米/微米颗粒的等离激元效应，将太阳能高效转化为界面热能。所制备的光热转化组装体具有自漂浮特性，可以在溶液界面产生超高的界面蒸发温度。所制得光热转化组装体在海水淡化、盐水脱盐、光热活化过硫酸盐降解有机污染物过程中具有优异的性能。

技术特征：

1.一种光热转化组装体的制备方法，其特征在于包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述mxene是刻蚀max陶瓷中的中间层原子制得的金属碳化物或氮化物层状材料。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述金属盐为铁、钴、铜、锌、锰、镁、镍、铌、钌、铅、铂、金、铱的无机盐中的任一种或多种。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述煅烧温度为高于金属盐熔点以上的温度，煅烧时间为6-72 h，煅烧装置为管式炉或马弗炉。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述max陶瓷粉末与金属盐的质量比为1:0.5-10。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：mxene负载金属纳米/微米颗粒材料与ptfe的质量比为：1:0.1-1。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述海绵是指聚醚、聚乙烯醇或聚酯材质的多孔材料，剪裁的厚度为0.5-5 cm。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过控制刷子涂覆的次数控制组装体材料的负载量为0.11-100 mg/cm2。

9.一种根据权利要求1-8任一所述方法制得的光热转化组装体。

10.一种根据权利要求9所述的光热转化组装体在海水淡化、盐水脱盐和光热活化过硫酸盐降解有机污染物上的应用。

技术总结
本发明公开了一种光热转化组装体的制备方法及其应用，所述方法包含以下步骤：将金属盐与MAX陶瓷粉末混合均匀，在惰性气体氛围下煅烧，自然冷却后，使用去离子水清洗，得到MXene负载金属纳米/微米颗粒材料；将上述制得的材料与PTFE乳液搅拌混合均匀，使用刷子涂覆在海绵的表层，自然晾干后，制得光热转化组装体。本发明所述光热转化组装体协同利用MXene材料良好的太阳光吸收能力和原位生成金属纳米/微米颗粒的等离激元效应，将太阳能高效转化为界面热能。所制备的光热转化组装体具有自漂浮特性，可以在溶液界面产生超高的界面蒸发温度。所制得光热转化组装体在海水淡化、盐水脱盐、光热活化过硫酸盐降解有机污染物过程中具有优异的性能。

技术研发人员：宋浩然,田森林,赵群,李杰,李晨,胡学伟,崔祥芬,黄建洪,刘树根,史建武,李英杰,宁平
受保护的技术使用者：昆明理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16