本發(fā)明屬于高分子材料制備，具體涉及一種具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、用于太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器的材料有水凝膠、生物質(zhì)碳化材料和氣凝膠等。然而，基于水凝膠的界面蒸發(fā)器在使用過(guò)程中容易發(fā)生膨脹變形。水凝膠的滲透方式驅(qū)動(dòng)的輸水難以與蒸發(fā)速率匹配，這也限制了其在蒸發(fā)器中的應(yīng)用。

2、膜基太陽(yáng)界面蒸發(fā)器具有制備方法簡(jiǎn)單、品種豐富、可擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。但是在海水淡化處理過(guò)程中，供水需要依靠外部條件。

3、為了追求綠色、無(wú)毒、可降解的可用于太陽(yáng)界面蒸發(fā)的材料，自然界中常見(jiàn)的生物質(zhì)材料成為滿足這一條件的良好選擇。但是，基于生物質(zhì)碳化材料的界面蒸發(fā)器一般蒸發(fā)速率較低，不利于快速生產(chǎn)可飲用淡水。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決背景技術(shù)部分指出的蒸發(fā)器的蒸發(fā)速率慢、需要依靠外部供水的問(wèn)題，本發(fā)明通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制備了交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，上層加入光熱材料，增加光吸收，供水層保證了水源的自主供給。解決了由于蒸發(fā)速率慢、供水問(wèn)題造成在某些領(lǐng)域應(yīng)用受限的問(wèn)題。

2、本發(fā)明提供的新型交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器有著良好的力學(xué)性能，以及較好的吸附性能，其制備過(guò)程如下：

3、(1)前驅(qū)體制備

4、在三口燒瓶中加入除水dmac，并加入聯(lián)苯羧酸2,2’-dcb，攪拌至其完全溶解。少量多次(5次)加二酐單體4,4'-聯(lián)苯醚二酐(odpa)，保證分子鏈末端是氨基封端，反應(yīng)8h后，向其中加入封端劑順丁烯二酸酐(ma)，降低轉(zhuǎn)速，并添加4ml的三乙胺(tea)持續(xù)反應(yīng)3h，每次加料后進(jìn)行氮?dú)庵脫Q三次，排除反應(yīng)裝置中的空氣。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物倒入丙酮中進(jìn)行溶劑置換5h，過(guò)濾、干燥得到前驅(qū)體a。

5、在三口燒瓶中加入除水dmac，并加入間聯(lián)甲苯胺(mtd)，攪拌至其完全溶解。少量多次(5次)加入二酐單體六氟二酐(6fda)或9,9-雙(三氟甲基)-2,3,6,7-氧雜蒽四羧基二酐(6fcda)，保證分子鏈末端是氨基封端，反應(yīng)8h后，向其中加入封端劑順丁烯二酸酐(ma)，降低轉(zhuǎn)速，并添加4ml的三乙胺(tea)持續(xù)反應(yīng)3h，每次加料后進(jìn)行氮?dú)庵脫Q三次，排除反應(yīng)裝置中的空氣。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物倒入丙酮中進(jìn)行溶劑置換5h，過(guò)濾、干燥得到前驅(qū)體b。

6、其中，二胺單體、二酐單體、順丁烯二酸酐以及三乙胺的摩爾比為10：10：10：20；三乙胺主要起到催化劑的作用：促進(jìn)聚合物的形成并調(diào)節(jié)聚酰胺酸的分子量、分子量分布以及聚合物的性質(zhì)等作用。

7、(2)復(fù)合氣凝膠的制備

8、paa復(fù)合氣凝膠的制備方法為：稱取步驟(1)制備的前驅(qū)體a、b分別溶解于三乙胺水溶液中，然后向前驅(qū)體b的溶液中加入光熱材料石墨烯得到混合溶液b，將前驅(qū)體a溶液倒入模具中進(jìn)行冷凍15min，再將混合溶液b倒入該模具中冷凍5h，然后放入冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥48h得到paa復(fù)合氣凝膠雙層太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，經(jīng)過(guò)熱亞胺化得到pi復(fù)合氣凝膠雙層太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器上層為光熱吸收層，下層為水源輸送層；其中，光熱吸收層是六氟二酐或9,9-雙(三氟甲基)-2,3,6,7-氧雜蒽四羧基二酐與間聯(lián)甲苯胺經(jīng)順丁烯二酸酐封端后添加石墨烯制成；水源輸送層是4,4'-聯(lián)苯醚二酐與聯(lián)苯羧酸2,2’-dcb經(jīng)順丁烯二酸酐封端制成。

9、其中，三乙胺水溶液按照質(zhì)量體積比的組成為三乙胺：去離子水＝1：17。

10、前驅(qū)體a、前驅(qū)體b的加入量為三乙胺水溶液質(zhì)量的3-9wt％，前驅(qū)體用量減少，氣凝膠力學(xué)強(qiáng)度低，前驅(qū)體用量增多雖然會(huì)使氣凝膠的結(jié)構(gòu)更加致密，但是會(huì)使氣孔結(jié)構(gòu)減少不能稱為定義的“氣凝膠”。

11、石墨烯的添加量為前驅(qū)體b溶液質(zhì)量的2-8wt％。

12、前驅(qū)體a溶液、混合溶液b的質(zhì)量比為：1：1-2：1。

13、冷凍干燥條件為，-80℃≤溫度≤-50℃，壓力≤1pa。

14、(2)將制得的paa復(fù)合氣凝膠在真空烘箱110℃，2h除去水分，200℃、280℃各1h完成酰亞胺化，得到聚酰亞胺氣凝膠。

15、有益效果

16、本發(fā)明制得的交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，結(jié)構(gòu)新穎，有著較高的蒸發(fā)速率，使得這種類型的太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器在水凈化方面的應(yīng)用有著很大的優(yōu)勢(shì)。蒸發(fā)器制備時(shí)加入的光熱材料還原氧化石墨烯表面含有大量的極性基團(tuán)，與聚酰亞胺分子鏈之間可以形成氫鍵相互作用；加入的酸酐封端劑，熱亞胺化時(shí)使得聚酰亞胺分子鏈進(jìn)行交聯(lián)，為雙層結(jié)構(gòu)的聯(lián)結(jié)提供了保障。并且所制備的太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器是雙層結(jié)構(gòu)，下層“親水”結(jié)構(gòu)保證了水源的供給，上層含有光熱材料，可以將光能轉(zhuǎn)化為熱能，實(shí)現(xiàn)污水的凈化，該蒸發(fā)器具有較高的蒸發(fā)效率，區(qū)別于傳統(tǒng)蒸發(fā)器蒸發(fā)效率低、水源供給動(dòng)力不足。

技術(shù)特征：

1.一種具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，所述雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器上層為光熱吸收層，下層為水源輸送層；其中，光熱吸收層是六氟二酐或9,9-雙(三氟甲基)-2,3,6,7-氧雜蒽四羧基二酐與間聯(lián)甲苯胺經(jīng)順丁烯二酸酐封端后添加石墨烯制成；水源輸送層是4,4'-聯(lián)苯醚二酐與聯(lián)苯羧酸2,2’-dcb經(jīng)順丁烯二酸酐封端制成。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，所述雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器的制備方法為：將前驅(qū)體a、前驅(qū)體b分別溶于三乙胺水溶液中；然后向前驅(qū)體b溶液中加入石墨烯得到混合有石墨烯的溶液b；將前驅(qū)體a溶液倒入模具中冷凍20min，再將溶液b倒入該模具中，再次冷凍5h后，然后再次放入冷凍干燥機(jī)中進(jìn)行冷凍干燥48h得到paa復(fù)合氣凝膠雙層太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，最后，經(jīng)過(guò)熱亞胺化得到pi復(fù)合氣凝膠雙層太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器。

3.根據(jù)權(quán)利要2所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，三乙胺水溶液中三乙胺和去離子水的質(zhì)量體積比為：1：17。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，所述前驅(qū)體a以及前驅(qū)體b的制備方法為：將二酐單體與二胺單體在溶劑中初步反應(yīng)后，加入順丁烯二酸酐，反應(yīng)形成酸酐封端的聚酰胺酸溶液，再加入三乙胺催化反應(yīng)，經(jīng)丙酮洗滌、沉淀、過(guò)濾、干燥得到前驅(qū)體a以及前驅(qū)體b。

5.根據(jù)權(quán)利要4所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，制備前驅(qū)體a的二酐單體為：4,4'-聯(lián)苯醚二酐，二胺單體為：聯(lián)苯羧酸；制備前驅(qū)體b的二酐單體為：六氟二酐或9,9-雙(三氟甲基)-2,3,6,7-氧雜蒽四羧基二酐，二胺單體為：間聯(lián)甲苯胺。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，二胺單體、二酐單體、順丁烯二酸酐以及三乙胺的摩爾比為10：10：10：20。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，前驅(qū)體a、前驅(qū)體b加入量為三乙胺水溶液質(zhì)量的3-9wt％，石墨烯添加量為前驅(qū)體b溶液質(zhì)量的2-8wt％。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，前驅(qū)體a和溶液b的質(zhì)量比為：1：1-2：1。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，其特征在于，冷凍干燥條件為，-80℃≤溫度≤-50℃，壓力≤1pa；高溫烘箱中熱酰亞胺化的過(guò)程為：110℃，2h除去水分，200℃、280℃各1h完成酰亞胺化。

10.一種根據(jù)權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器的應(yīng)用，其特征在于，所述界面蒸發(fā)器用作水凈化材料。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于高分子材料制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器及應(yīng)用。4,4'?聯(lián)苯醚二酐與聯(lián)苯羧酸，或六氟二酐、9,9?雙(三氟甲基)?2,3,6,7?氧雜蒽四羧基二酐與間聯(lián)甲苯胺在溶劑中初步反應(yīng)后，用順丁烯二酸酐封端形成聚酰胺酸溶液，再加入三乙胺催化反應(yīng)，經(jīng)洗滌、沉淀、過(guò)濾、干燥得前驅(qū)體A及前驅(qū)體B。然后，將前驅(qū)體A、B分別配制成水溶液，再在水溶液B中加入光熱材料石墨烯。接著，將前驅(qū)體A溶液倒入模具中進(jìn)行冷凍，再將混合了石墨烯的溶液B倒入該模具中，再次冷凍、熱亞胺化，得到交聯(lián)聯(lián)結(jié)的雙層結(jié)構(gòu)太陽(yáng)能界面蒸發(fā)器，該蒸發(fā)器在海水淡化、污水處理方面具有廣泛的應(yīng)用前景。

技術(shù)研發(fā)人員：王艷賓,周楠,肖寶林,王標(biāo)兵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：常州大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15