本發(fā)明涉及界面蒸發(fā)材料，具體涉及一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、界面蒸發(fā)材料是指用于在特定界面上進(jìn)行高效蒸發(fā)過(guò)程的材料，這類(lèi)材料廣泛應(yīng)用于能源轉(zhuǎn)換、海水淡化、熱管理以及環(huán)境修復(fù)等領(lǐng)域。界面蒸發(fā)材料通常具有高光吸收率和光熱轉(zhuǎn)換效率，并且豐富的孔結(jié)構(gòu)可以讓水蒸氣快速逃逸。

2、現(xiàn)有的界面蒸發(fā)材料包括碳基材料、金屬納米材料、聚合物材料、半導(dǎo)體材料以及復(fù)合材料等。其中，金屬納米材料雖然具有表面等離子體共振效應(yīng)，能顯著增強(qiáng)光熱轉(zhuǎn)化，但是其成本較高且穩(wěn)定性差，易氧化或腐蝕。聚合物材料具備可設(shè)計(jì)性強(qiáng)和柔性好的優(yōu)點(diǎn)，但耐熱性較低，存在可能降解的問(wèn)題，光熱轉(zhuǎn)化效率也不如無(wú)機(jī)材料。半導(dǎo)體材料雖然擁有椒蒿的光催化性能和耐化學(xué)腐蝕的優(yōu)勢(shì)，但制備復(fù)雜且成本較高，并且在低光強(qiáng)條件下效率較低。復(fù)合材料能綜合多種材料的優(yōu)勢(shì)，但制備工藝復(fù)雜，成本較高，并且材料間的性能匹配可能存在問(wèn)題。

3、相比之下，碳基材料在界面蒸發(fā)應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)。碳基材料能夠在寬波段范圍內(nèi)有效吸收太陽(yáng)光，提高光熱轉(zhuǎn)化效率，并且具有豐富的多孔結(jié)構(gòu)，能夠促進(jìn)傳熱和傳質(zhì)過(guò)程，加速蒸發(fā)。此外，碳材料來(lái)源廣泛，價(jià)格低廉，具有可持續(xù)性和環(huán)保性，同時(shí)還具備優(yōu)異的電熱性能，可用于焦耳熱加熱，從而增強(qiáng)蒸發(fā)速率。

4、然而，現(xiàn)有的碳基界面蒸發(fā)材料還存在以下問(wèn)題：

5、第一，現(xiàn)有的碳基界面蒸發(fā)材料在處理含鹽量較高的水體，例如海水淡化時(shí)，隨著水分的蒸發(fā)，鹽分會(huì)逐漸濃縮并在碳基界面蒸發(fā)材料內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)中沉積和堵塞。材料內(nèi)部發(fā)生堵塞后有效蒸發(fā)面積減少，蒸發(fā)速率降低。

6、第二，現(xiàn)有碳基界面蒸發(fā)材料的制備通常涉及多步驟的化學(xué)反應(yīng)、高溫處理或特殊的物理氣相沉積技術(shù)等，這些工藝不僅操作復(fù)雜而且成本高昂。

7、第三，目前大多數(shù)碳基界面蒸發(fā)材料只具有界面蒸發(fā)功能，對(duì)水中存在的有機(jī)污染物以及病原體等的處理能力有限。理想的界面蒸發(fā)材料應(yīng)該能夠在實(shí)現(xiàn)高效蒸發(fā)的同時(shí)，兼具良好的污染物降解能力和抗菌抗病毒特性，但鮮有這樣的產(chǎn)品出現(xiàn)。

8、因此，需要制備一種兼具高效蒸發(fā)、防堵塞、低成本制備以及多功能的界面蒸發(fā)材料。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

2、為解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的碳基界面蒸發(fā)材料容易堵塞、制備工藝復(fù)雜、成本高、且缺乏對(duì)污染物和病原體的處理能力的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料及其制備方法和應(yīng)用。

3、(二)技術(shù)方案

4、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術(shù)方案包括：

5、一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，包括如下步驟：

6、使葡萄糖與聚(4-苯乙烯磺酸-co-馬來(lái)酸)鈉鹽水熱反應(yīng)，得到水熱碳化碳；

7、將十八烷基三氯硅烷與水混合，然后加入非極性有機(jī)溶劑，得到混合物；

8、將絲瓜海綿浸泡在聚多巴胺溶液中，干燥后得到聚多巴胺改性的絲瓜海綿，接著將聚多巴胺改性的絲瓜海綿放入水熱碳化碳溶液中，使水熱碳化碳負(fù)載于聚多巴胺改性的絲瓜海綿上，然后將混合物涂覆在絲瓜海綿的表面，得到多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料。

9、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，將葡萄糖與聚(4-苯乙烯磺酸-co-馬來(lái)酸)鈉鹽溶解在水中，然后在170-190℃下反應(yīng)8-10h。

10、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，葡萄糖與聚(4-苯乙烯磺酸-co-馬來(lái)酸)鈉鹽的質(zhì)量比為100:1-115:1。

11、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，聚多巴胺溶液的制備方法如下：向水中加入鹽酸多巴胺，得到鹽酸多巴胺溶液，然后向鹽酸多巴胺溶液中加入tris-hcl緩沖液，得到聚多巴胺溶液；

12、所述鹽酸多巴胺溶液的濃度為1.5-2.5mg/l。

13、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，通過(guò)渦旋處理以及超聲處理使十八烷基三氯硅烷與水混合，然后加入非極性有機(jī)溶劑，得到混合物。

14、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，所述非極性有機(jī)溶劑為正己烷，十八烷基三氯硅烷占非極性有機(jī)溶劑體積的5％。

15、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，絲瓜海綿在聚多巴胺溶液中的浸泡時(shí)間≥24h，聚多巴胺改性的絲瓜海綿在水熱碳化碳溶液中的浸泡時(shí)間≥24h，浸泡過(guò)程中持續(xù)攪拌水熱碳化碳溶液；

16、將混合物涂覆在絲瓜海綿的表面，經(jīng)過(guò)干燥后，表層的厚度為0.05-0.1mm。

17、如上所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，優(yōu)選地，水熱碳化碳溶液的制備方法如下：將水熱碳化碳溶解在乙醇中，得到水熱碳化碳溶液，水熱碳化碳溶液的濃度為1-1.5g/l。

18、第二方面，本發(fā)明提供一種上述制備方法制備得到的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料在太陽(yáng)能利用、海水淡化或污水處理中的應(yīng)用。

19、第三方面，本發(fā)明還提供一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料，所述多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料通過(guò)上述的制備方法制備得到。

20、(三)有益效果

21、本發(fā)明的制備原料來(lái)源廣泛、成本低廉并且對(duì)環(huán)境友好，制備步驟簡(jiǎn)單易操作，易于大規(guī)模生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明通過(guò)生物質(zhì)合成水熱碳化碳，使聚多巴胺覆蓋在絲瓜海綿的表面，然后負(fù)載水熱碳化碳，最后在絲瓜海綿的表面涂覆混合物，聚多巴胺層與表層的聚硅氧烷形成下層超親水、上層超疏水的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。

22、多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的這種下層超親水、上層超疏水的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)與絲瓜海綿豐富的多孔結(jié)構(gòu)能在寬波段內(nèi)有效吸收太陽(yáng)光，促進(jìn)熱量和物質(zhì)的傳遞，提高光熱轉(zhuǎn)化效率，顯著提高了界面蒸發(fā)速率，能夠促進(jìn)水快速傳輸至表面，使得鹽分能夠聚集在材料的外層而不會(huì)堵塞在絲瓜海綿內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)中。

23、多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料中負(fù)載的水熱碳化碳在光照條件下能夠產(chǎn)生自由基，例如羥基自由基等，這些活性物質(zhì)可以有效降解有機(jī)污染物并殺滅病原體，展現(xiàn)出比傳統(tǒng)水界面蒸發(fā)材料更強(qiáng)的多功能性和優(yōu)勢(shì)。

24、本發(fā)明的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料在界面蒸發(fā)中的研究對(duì)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義，它具備廣譜光吸收和高效光熱轉(zhuǎn)化能力，使其在太陽(yáng)能利用、海水淡化以及污水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)特征：

1.一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，將葡萄糖與聚(4-苯乙烯磺酸-co-馬來(lái)酸)鈉鹽溶解在水中，然后在170-190℃下反應(yīng)8-10h。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，葡萄糖與聚(4-苯乙烯磺酸-co-馬來(lái)酸)鈉鹽的質(zhì)量比為100:1-115:1。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，聚多巴胺溶液的制備方法如下：向水中加入鹽酸多巴胺，得到鹽酸多巴胺溶液，然后向鹽酸多巴胺溶液中加入tris-hcl緩沖液，得到聚多巴胺溶液；

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，通過(guò)渦旋處理以及超聲處理使十八烷基三氯硅烷與水混合，然后加入非極性有機(jī)溶劑，得到混合物。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，所述非極性有機(jī)溶劑為正己烷，十八烷基三氯硅烷占非極性有機(jī)溶劑體積的3-7％。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，絲瓜海綿在聚多巴胺溶液中的浸泡時(shí)間≥24h，聚多巴胺改性的絲瓜海綿在水熱碳化碳溶液中的浸泡時(shí)間≥24h，浸泡過(guò)程中持續(xù)攪拌水熱碳化碳溶液；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，水熱碳化碳溶液的制備方法如下：將水熱碳化碳溶解在乙醇中，得到水熱碳化碳溶液，水熱碳化碳溶液的濃度為1-1.5g/l。

9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料在太陽(yáng)能利用、海水淡化或污水處理中的應(yīng)用。

10.一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料，其特征在于，所述多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料通過(guò)權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及界面蒸發(fā)材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于消毒和蒸發(fā)集水的多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料及其制備方法和應(yīng)用。多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料的制備方法包括如下步驟：使葡萄糖與聚(4?苯乙烯磺酸?co?馬來(lái)酸)鈉鹽水熱反應(yīng)，得到水熱碳化碳；將十八烷基三氯硅烷與水混合后加入非極性有機(jī)溶劑，得到混合物；將絲瓜海綿浸泡在聚多巴胺溶液中，干燥后繼續(xù)放入水熱碳化碳溶液中，然后將混合物涂覆在絲瓜海綿的表面，得到多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料。本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單易操作，易于大規(guī)模生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。多功能太陽(yáng)能界面蒸發(fā)材料具有較高的界面蒸發(fā)速率，使得鹽分能夠聚集在材料的外層，避免內(nèi)部堵塞。水熱碳化碳在光照條件下能夠產(chǎn)生自由基，有效降解有機(jī)污染物并殺滅病原體。

技術(shù)研發(fā)人員：裘文慧,張舒雯,鄭明,鄭春苗
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南方科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15