本發(fā)明屬于輻射制冷材料，特別涉及一種3d多孔界面黑體材料及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、淡水日益短缺的問(wèn)題已成為全世界關(guān)注的問(wèn)題，對(duì)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成威脅。除海水和冰川水外，僅有的0.8％淡水資源也因?yàn)殡y開(kāi)采、污染和區(qū)域降水失衡等原因無(wú)法被直接有效地利用，將鹽水轉(zhuǎn)化為飲用水仍然是增加淡水供應(yīng)的有效途徑。受大自然水文循環(huán)的啟發(fā)，利用黑體材料，直接將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，以實(shí)現(xiàn)海水/污水的蒸發(fā)過(guò)程，既界面光熱水蒸發(fā)技術(shù)issg被視為最經(jīng)濟(jì)、可持續(xù)的水資源再生技術(shù)之一。

2、與傳統(tǒng)體相加熱蒸發(fā)器相比，利用多孔且隔熱的黑體材料來(lái)實(shí)現(xiàn)界面太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換和蒸汽逃逸過(guò)程，選擇性地加熱蒸發(fā)界面部分，有效地減少了熱能的損失，將光熱蒸發(fā)器的效率提升至90％以上，具有廣闊的實(shí)際應(yīng)用前景。

3、對(duì)于issg材料，獲得高能量利用效率的關(guān)鍵是以下三點(diǎn)：

4、1、具有高效的太陽(yáng)能吸收和熱轉(zhuǎn)換的黑色材料，可以增加對(duì)太陽(yáng)能與熱能的利用率；

5、2、具有親水性的多孔結(jié)構(gòu)，可以保證充足的水輸送和水蒸氣的快速蒸發(fā)；

6、3、具有低熱導(dǎo)的隔熱材料，可有效減少熱量損失并將熱量集中到蒸發(fā)位置。

7、碳基材料因其本征寬帶光吸收性，熱酸/熱堿及紫外線的耐候性，以及經(jīng)濟(jì)，可持續(xù)和良好的加工性能，而被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)化水蒸發(fā)過(guò)程最有前景和最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料之一，然而，普通碳材料的高導(dǎo)熱性會(huì)提高蒸發(fā)界面的熱量損失；高疏水性會(huì)阻礙水傳輸。為解決此問(wèn)題，已經(jīng)提出通過(guò)大量孔道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及界面修飾的方法用來(lái)解決碳基材料缺陷。盡管如此，所面臨的高成本，宏量生產(chǎn)困難，以及蒸發(fā)速率緩慢等痛點(diǎn)問(wèn)題仍亟待解決。

8、因此，找到一種更為適宜的制作方法，解決現(xiàn)有的黑體材料存在的上述問(wèn)題，已成為領(lǐng)域內(nèi)諸多具有前瞻性的研究人員廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、解決的技術(shù)問(wèn)題：本技術(shù)主要是提出一種3d多孔界面黑體材料及其制備方法與應(yīng)用，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的普通碳材料的高導(dǎo)熱性會(huì)提高蒸發(fā)界面的熱量損失，高疏水性會(huì)阻礙水傳輸，高成本，宏量生產(chǎn)困難，以及蒸發(fā)速率緩慢等等技術(shù)問(wèn)題，本技術(shù)提供的3d多孔界面黑體材料，即一種廉價(jià)的三維桁架狀微納結(jié)構(gòu)材料作為模板，利用功能納米材料進(jìn)行界面修飾，實(shí)現(xiàn)碳基黑體材料的janus浸潤(rùn)性及仿生多孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程；是一種具有高效界面光熱轉(zhuǎn)化水凈化黑體材料，具有自漂浮能力、良好的抗鹽能力和離子去除能力，具有長(zhǎng)期耐用性與抗紫外線能力，而且制備方法簡(jiǎn)單，可控性好，適于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用。

2、技術(shù)方案：

3、一種3d多孔界面黑體材料的制備方法，所述3d多孔界面黑體材料的制備方法具體包括以下步驟：

4、第一步：按質(zhì)量份數(shù)配比取密胺海綿ms1-3份與聚酰亞胺溶液40-60份，將密胺海綿ms與聚酰亞胺溶液經(jīng)過(guò)混合進(jìn)行疏水化改性后，得到疏水化的密胺海綿pums；

5、第二步：按質(zhì)量份數(shù)配比細(xì)菌纖維素與乙醇的質(zhì)量比為3：1，將細(xì)菌纖維素與乙醇混合制得混合溶液a；

6、第三步，將混合溶液a，注入疏水化的密胺海綿pums后凍干12h得到具有親水管道的疏水化密胺海綿bpums；

7、第四步，按質(zhì)量份數(shù)配比聚酰亞胺與炭黑質(zhì)量比為25：1，將聚酰亞胺與炭黑混合制得混合溶液b；

8、第五步：最后將混合溶液b用浸染法室溫浸染3-5min使其均勻涂抹在疏水化密胺海綿bpums中，再進(jìn)行熱處理得到3d多孔界面黑體材料bcpums。

9、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第一步中聚酰亞胺溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。

10、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第一步中的密胺海綿ms為清洗后的密胺海綿，清洗方法為將密胺海綿ms用丙酮和去離子水超聲清洗3次，清洗時(shí)間為10分鐘到30分鐘，清洗溫度為40℃到60℃，超聲清洗后在80℃烘箱里干燥10min。

11、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第四步中炭黑為乙炔黑。

12、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第五步中熱處理溫度為100℃～150℃，熱處理時(shí)間為2～10min。

13、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述第五步中熱處理溫度為120℃～150℃，熱處理時(shí)間為4～7min。

14、本技術(shù)還公開(kāi)了上述任一制備方法制得的3d多孔界面黑體材料，所述3d多孔界面黑體材料為仿生大孔骨架的3d擴(kuò)展桁架海綿，具體為經(jīng)過(guò)表面浸染與疏水化處理后具有3d互聯(lián)的骨架結(jié)構(gòu)親水管道的密胺海綿，大孔的孔徑為50～200μm，所述3d多孔界面黑體材料擁有親水輸水管道。

15、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：所述3d多孔界面黑體材料具有janus結(jié)構(gòu)，3d互聯(lián)的骨架結(jié)構(gòu)中的交錯(cuò)的骨架之間形成孔道結(jié)構(gòu)，孔道結(jié)構(gòu)為多孔的大孔結(jié)構(gòu)，大孔的孔徑為80～170μm。

16、一種3d多孔界面黑體材料在光熱轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用，光熱轉(zhuǎn)化為界面光熱水蒸發(fā)或界面光熱水凈化。

17、作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案：界面光熱水蒸發(fā)具體為海水淡化，界面光熱水凈化具體為污水處理。

18、原理解釋：本發(fā)明提供的3d多孔界面黑體材料，通過(guò)界面修飾，合成了具有大孔與親水管道結(jié)構(gòu)的三維桁架結(jié)構(gòu)的高效界面光熱轉(zhuǎn)化水凈化黑體材料，大孔與親水管道具有高速的水運(yùn)輸能力，有利于水再生過(guò)程中水蒸發(fā)，聚酰亞胺的疏水化修飾與黑體表面的構(gòu)建，有利于光熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的界面熱管控，以實(shí)現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)化水蒸發(fā)。

19、有益效果：本技術(shù)所述3d多孔界面黑體材料的制備方法采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果：

20、1、本發(fā)明提供的3d多孔界面黑體材料，為經(jīng)過(guò)炭黑浸染后的密胺海綿，將經(jīng)過(guò)疏水化處理的商用三聚氰胺海綿ms表面浸在聚酰亞胺與炭黑混合濁液中，浸涂均勻，在100℃～150℃烘箱中烘4～7min，制備方法簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)，可控性好，適于規(guī)?；a(chǎn)和應(yīng)用，在界面光熱水凈化等領(lǐng)域的具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，特別是在高效海水淡化和污水處理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景；

21、2、本發(fā)明提供的3d多孔界面黑體材料具有大量的孔道結(jié)構(gòu)，具有互聯(lián)大孔結(jié)構(gòu)的仿生3d桁架結(jié)構(gòu)的海綿骨架，受益于其3d桁架結(jié)構(gòu)的海綿骨架與親水管道的構(gòu)建，有效的解決了現(xiàn)有的多孔材料構(gòu)建的密閉結(jié)構(gòu)不利于水的運(yùn)輸和蒸發(fā)等問(wèn)題；

22、3、本發(fā)明3d多孔界面黑體材料，具有仿生大孔骨架的3d擴(kuò)展桁架海綿以及大量纖維素構(gòu)建的高效率的親水化輸水管道，碳浸染的表面具有良好的光熱轉(zhuǎn)化效率，有利于光熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的界面熱管控，以實(shí)現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)化水蒸發(fā)；

23、4、本發(fā)明3d多孔界面黑體材料與其他多孔隔熱材料不同的是，本發(fā)明制備的利用聚酰亞胺改性，使其具有良好的抗老化能力與疏水性，以得到良好的自漂浮能力與長(zhǎng)期的耐用性；

24、5、本發(fā)明提供的3d多孔界面黑體材料，通過(guò)界面修飾，合成了具有大孔結(jié)構(gòu)的三維桁架結(jié)構(gòu)的高效界面光熱轉(zhuǎn)化水凈化黑體材料，具有50～200μm的大孔與親水管道，可以用于光熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的快速水運(yùn)輸，具有高速的水運(yùn)輸能力，有利于水再生過(guò)程中水蒸發(fā)，聚酰亞胺的疏水化修飾與黑體表面的構(gòu)建，有利于光熱轉(zhuǎn)化過(guò)程中的界面熱管控，以實(shí)現(xiàn)高效的光熱轉(zhuǎn)化水蒸發(fā)，用于鹽水中具有長(zhǎng)期穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換和高速率的水蒸發(fā)效果；

25、6、本發(fā)明提供的3d多孔界面黑體材料，為經(jīng)過(guò)表面碳浸染后的疏水化修飾密胺海綿黑體材料，與普通密胺海綿相比表現(xiàn)出相當(dāng)高的太陽(yáng)能水蒸發(fā)速率，制作方法簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)化效率高，可以很好的適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)與規(guī)?；瘧?yīng)用。