适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料及其制备方法

本发明涉及光热材料领域，具体涉及一种适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、太阳能水蒸发系统通过将太阳能转化为热量来加热蒸发光热材料周围的水分，是一种新兴的光热蒸发技术。在界面太阳能蒸发系统中，光热转换材料需要漂浮在水面上。气凝胶材料具有良好的隔热能力和自漂浮能力，是一种优良的光热转换材料。气凝胶材料表面没有特殊的吸光结构或吸光物质，这导致了气凝胶的吸光率较低，也会导致光热效率的降低，不利于太阳能水蒸发过程。研究人员采用涂抹、喷洒、沉积、负载吸光材料于气凝胶表面来增加气凝胶的吸光率，但这种方法制备的光热转化材料的吸光材料与气凝胶材料不是同一种物质，在长期的使用过程中存在着稳定性差等缺点。在长期复杂的使用环境中，光吸收材料可能会与隔热供水材料分离，这不仅难以实现长期的水蒸发性能，同时也会带来一定的污染逸散问题。

2、其中，专利cn115403093a公开了一种用于太阳能光热蒸汽转化的smng蒸发器，通过将掺杂银的二氧化锰纳米颗粒分散在水中制备悬浊液，再将其滴入石墨烯气凝胶中，沉积干燥得到smng蒸发器。专利cn112898627a公开了一种聚多巴胺/茶多酚/纤维素复合光热凝胶，通过先将纤维素气凝胶浸入氨溶液中，再浸入盐酸多巴胺茶多酚溶液中，在纤维素气凝胶上原位涂覆聚多巴胺/茶多酚膜，冷冻干燥制备而成。这两种方式制备的制备光热转换材料由两种不同的物质复合而成，两者之间的结合仅仅通过沉积干燥而成，这会导致材料存在着稳定性较差的缺点，在长期的光热水蒸发过程中可能会导致吸光材料与气凝胶分离，影响材料吸光率与太阳能水蒸发性能，同时又导致了新的污染和材料的浪费。

3、同时大多数科研人员只注重与提高光热材料的蒸发速率与效率和增加其抗盐的性能。然而，在实际的应用环境中，有机污染物、油污水、海水等无处不在，而大多数光热转换材料是亲水性和亲油性的，光热转换材料的孔隙极其容易被油污堵塞，这将使得水分子难以输送到样品表面用于水蒸发，从而严重影响到界面太阳能蒸发系统的光热转换效率；在某些极端情况下，甚至会导致光热转换材料完全失效或者报废。

技术实现思路

1、为了解决吸光层与隔热层不是同一种物质以及界面结合不稳定、易分离的缺点，本发明提供了一种适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料及其制备方法。

2、本发明采用如下技术方案：一种适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料及其制备方法，包括如下步骤：

3、s1还原氧化石墨烯管阵列-气凝胶材料的制备

4、s11通过纳米压印法在石墨烯薄膜中心区域压印出排列紧密的纳米管结构；

5、s12除中心区域的纳米管外其他区域逐次滴加水合肼，静置一段时间，重复滴加多次直至滴加区域明显发泡并形成气凝胶结构；

6、s13在石墨烯薄膜另一面滴加水合肼，静置一段时间，重复滴加多次直至滴加区域明显发泡并形成气凝胶结构；

7、s14切割气凝胶多余区域，保留纳米管结构所在区域，静置直至获得干燥硬化的还原氧化石墨烯管阵列-气凝胶材料；

8、s2光热转换复合材料的制备

9、s21将上述还原氧化石墨烯管阵列-气凝胶材料浸泡在带正电的聚二烯丙基二甲基氯化铵(pdda)溶液中一段时间，再用带负电的全氟辛酸钠(pfo)溶液浸泡一段时间；

10、s22重复步骤s21多次，干燥后得到光热转换复合材料。

11、进一步地，步骤s11中，石墨烯薄膜厚度为10-100um，直径10-50mm。

12、进一步地，步骤s12和步骤s13中，水合肼浓度为50-85wt％，滴加速率为2-5μl/30min，滴加次数为10-30次。

13、进一步地，步骤s12和步骤s13中，静置30min以上。

14、进一步地，步骤s14中，静置12h以上。

15、进一步地，步骤s21中，pdda分子量为10000-20000，pdda溶液浓度为35-55wt％。

16、进一步地，步骤s21中，pfo浓度为0.1-1.0mol/l。

17、进一步地，步骤s21中，浸泡时间为10～30min。

18、进一步地，步骤s22中，重复步骤s21三次至五次。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

20、(1)相较于稳定性较差的传统光热转换材料，本发明在保留超黑还原氧化石墨烯纳米管的基础上，通过薄膜部分发泡的方式制备出具有管阵列上层和气凝胶底座的一体化双层石墨烯材料，从而在有效提高材料光热转换效率与结构界面稳定性，同时显著改善了材料的使用寿命；

21、(2)通过浸泡法在底座表面负载一层亲水疏油的pdda-pfo聚合物膜，赋予材料优异的抗油、抗有机溶液污染性能，从而完美适用于含有油、有机物的污水净化处理过程。

技术特征：

1.一种适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s11中，石墨烯薄膜厚度为10-100 um，直径10-50 mm。

3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s12和步骤s13中，水合肼浓度为50-85wt%，滴加速率为2-5 μl/30 min，滴加次数为10-30次。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s12和步骤s13中，静置30min以上。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s14中，静置12h以上。

6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s21中，pdda分子量为10000-20000，pdda溶液浓度为35-55 wt%。

7. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s21中，pfo浓度为0.1-1.0 mol/l。

8. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s21中，浸泡时间为10-30 min。

9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤s22中，重复步骤s21三次至五次。

10.如权利要求1-9任一所述的方法制备的适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料。

技术总结
本发明公开了一种适用于净化含油废水和有机物污水的光热转换复合材料及其制备方法，在保留还原氧化石墨烯纳米管这一特殊吸光结构的基础上，先后在薄膜边缘区域和底部通过滴加水合肼来促使其发泡以形成气凝胶结构，并在切割后获得具有管阵列和气凝胶复合结构的还原氧化石墨烯材料。本发明还通过外表面包覆聚二烯丙基二甲基氯化铵‑全氟辛酸钠聚合物膜的方式来赋予材料亲水疏油特性，使其完美适用于含油废水、含有机物污水的净化。测试结果表明，本发明制备的复合材料在波长200‑2500 nm范围内的光吸收率高于98%，在1 kW·m<supgt;‑2</supgt;的光强度下可以达到1.28 kg·m<supgt;‑2</supgt;·h<supgt;‑1</supgt;的水蒸发速率与81.95%的能量转换效率。

技术研发人员：姜炜,卿笳豪,郭凡,王苏炜,郝嘎子,胡玉冰,肖磊,张光普
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13