一种新型三维立体太阳能光热油水分离器制备方法与流程

本发明涉及膜分离技术领域，具体是指一种新型三维立体太阳能光热油水分离器制备方法。

背景技术：

水是公共卫生和社会发展的最重要资源之一。但是，淡水的短缺已成为社会关注的重要问题之一。为了解决该问题，迫切需要可从废水或海水中回收淡水的新型水处理技术。近年来，太阳能蒸馏技术由于其二氧化碳零排放特征而在海水淡化和污水处理领域中得到极大关注。其工作原理是：将光热膜置于水面，吸收太阳能并转换为热能，通过热能加速气液界面出的水蒸汽产生，最后冷凝得到淡水。过去的几年中，已经基于各种类型的材料制造了许多太阳能水蒸发膜，例如：碳基材料、金属、金属氧化物/碳化物和聚合物。然而，这些光热膜仍然显示出明显的不足，它们在油水分离的过程中容易遭受油污染的影响，导致淡水提取效率显著下降。因此，开发高效且耐油污的新型光热转换膜具有重要意义。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服以上技术缺陷，提供一种新型三维立体太阳能光热油水分离器制备方法。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种新型三维立体太阳能光热油水分离器制备方法，包括以下制备步骤，

(1)将泡沫cu裁剪为矩形，并分别用盐酸、无水乙醇、丙酮和去离子水清洗备用；

(2)配置氢氧化钠和过硫酸铵的混合水溶液，将洗净后的泡沫cu置于其中浸泡一段时间，然后取出，用去离子水洗净，得到分级结构cu(oh)2/泡沫cu；

(3)将步骤(2)中得到的泡沫铜置于硫化钠中浸泡一段时间后取出，得到分级结构cuxs/泡沫cu；

(4)将步骤(3)中得到的泡沫铜弯曲成倒“u”型，即可得到高效且耐油污的三维分级结构蒸发膜；

(5)将步骤(4)中得到的倒“u”型cuxs/泡沫cu垂直穿过可支撑基底，得到三维分级结构cuxs复合光热膜，即三维立体结构的太阳能光热油水分离器。

进一步的，步骤(1)中泡沫cu的孔径为100ppi，盐酸浓度为1mol/l，无水乙醇和丙酮均为200ml。

进一步的，步骤(2)中氢氧化钠和过硫酸铵的浓度比为20:1，混合液总体积为250ml，泡沫cu的浸泡时间为1小时。

进一步的，步骤(3)中硫化钠的浓度为1mm-9mm，浸泡时间为4小时，其中硫化钠浓度的变化用于调节其化学组成。

进一步的，步骤(4)中通过控制倒“u”型结构两端长度和顶面宽度实现输水深度和蒸发面积的调控。

进一步的，步骤(5)中支撑基底将倒“u”型蒸发膜架起，防止蒸发膜完全浸入溶液，形成三维立体蒸发结构，并且通过支撑基底调节蒸发膜的浸泡深度和上端蒸发面积，从而控制输水速率和蒸发速率。

进一步的，步骤(5)中支撑基底的选材为结构稳定、可穿孔、且具有漂浮特性或物理支撑特性的泡沫或者平板。

进一步的，支撑基底采用聚苯乙烯泡沫或铝板。

本发明的有益效果为：

(1)本发明方法得到三维分级结构cuxs复合光热膜取代了传统的制备工艺复杂且耐受性差的人工合成多孔有机分离膜材料。

(2)本发明方法制备的三维分级结构cuxs复合光热膜采用成本低廉、光吸收能力强、且光热转换效率高的复合铜基硫化物材料替代传统的等离子体贵金属颗粒，如：金、铂等，作为光吸收和转换材料，大大降低了器件制作成本并提高的器件的稳定性。

(3)本发明所得太阳能油水分离膜，光热效率高，分离性能好，且无需任何电力驱动，性价比高。

(4)本发明制备流程简单易推广，容易实现大规模制备。

附图说明

图1是本发明制作的三维立体太阳能光热油水分离器结构实物图；

图2是分级结构cuxs/泡沫cu的扫描电镜图；

图3是分级结构cuxs/泡沫cu的接触加测量图；

图4是油水溶液分离前/后的光学显微图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1-4，本发明采用的技术方案为：一种新型三维立体太阳能光热油水分离器制备方法，包括以下制备步骤，

(1)将孔径约100ppi的泡沫cu裁剪为3cm×10cm矩形，并分别用1mol/l盐酸、200ml无水乙醇、200ml丙酮和200ml去离子水清洗备用；

(2)配置250ml浓度比为20:1的氢氧化钠和过硫酸铵混合水溶液，将洗净后的泡沫cu置于其中浸泡1小时，然后取出用去离子水洗净，得到分级结构cu(oh)2/泡沫cu；

(3)将(2)中得到的cu(oh)2/泡沫cu置于浓度为1mm-9mm的硫化钠溶液中浸泡4小时后取出，用去离子水冲洗得到分级结构cuxs/泡沫cu，其中硫化钠浓度的变化可调节其化学组成；

(4)将(3)中所得到的cuxs/泡沫cu弯曲成倒“u”型，即可得到高效且耐油污的三维分级结构蒸发膜；

(5)将(4)中得到的倒“u”型cuxs/泡沫cu垂直穿过可支撑基底，即可得到三维立体结构简易蒸发器，如图1中使用的支撑基底为聚苯乙烯泡沫。

从图2可以看出，采用本发明所述制备方法处理后的泡沫cu表面长满了茸毛状的分级结构cuxs纳米棒材料，且纳米棒表面呈现明显的粗糙结构，不但有助于提高对入射太阳光的光散射，还能增加蒸发面积，提高光热转换效率和水蒸发速率。

图3为接触角测量图，可以看出cuxs/泡沫cu光热膜在空气中能快速的吸收水，呈现超亲水特性，并且在水中对油滴具有明显的阻隔作用，呈现出色的水下超疏油特性。这种超亲水和水下超疏油特性使得所制备的三维立体倒“u”蒸发膜结构只将水从两端运输到蒸发层，而油污被阻隔在底部油水混合中，从而达到很好的抗油污能力。

图4为采用本发明所处理的油水混合液分离前/后的光学照片和显微图片，可以看出，分离后的溶液明显澄清，且在显微镜下也观察不到分离前的油滴，说明采用本发明进行油水分离的可行性。

本发明方法基于cu泡沫的三维多孔结构及其柔性可弯折特性，巧妙的将其设计成三维倒“u”型立体结构，并在其多孔骨架表面原位生长具有超亲水和水下超疏油特性的分级结构cuxs复合光热材料，实现新型、高效率且耐油污光热膜的制备。本发明选取的cu基底价格低廉，制备过程简单，适合大规模生产；所制备的分级结构cuxs复合光热材料能显著增加蒸发表面积，不但具有强光捕获效应，还具有高效光热转换性能；所设计的三维立体蒸发结构不但能增加蒸发面积，还能有效的将蒸发层和油污层隔离，实现长效防油污作用。

以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。