一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法及应用

本发明属于光热转化，尤其涉及一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法及应用。

背景技术：

1、世界范围内的水资源短缺已经成为亟待解决的问题。目前常用的水处理方法有膜分离、吸附、絮凝、光催化、太阳能蒸发等。太阳能作为可再生和绿色能源，在水环境治理领域具有重要的意义。在污水净化领域中，利用光热转化原理将太阳能转化为热能，再利用热能对水体进行蒸馏，可以实现污染物和水体分离的目的。然而在自然蒸发条件下,水对太阳能利用率低。因此实现高效的光热转化，提高光热材料对太阳能利用率，将光热转化材料转化的热量聚集在空气-水的界面是一个关键技术问题。

2、近年来常用的光热转化材料主要有碳材料、无机半导体、有机聚合物、导电聚合物等。目前存在的主要技术难点包括如何实现光热转化材料持续的光热转化以及转化热能的有效存储和再利用。因此，如何将光能转化成热能并持续不断地利用产生的热能实现对含盐污水中不同污染物的高效去除，对于高效利用太阳能实现水资源的净化、回收和利用具有重要的研究意义。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法及应用，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、本发明实施例是这样实现的，一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，所述光热转化材料包括核部和壳部两部分功能材料，核部和壳部之间存在空腔；所述核部为可交联环境友好型聚合物包覆相变高分子材料高密度聚乙烯颗粒，所述壳部由兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒以及与核部相同的可交联环境友好型聚合物共混制成；

3、所述方法包括以下步骤：

4、步骤1、将可交联环境友好型聚合物分别溶于对应溶剂中得到溶液a，将交联剂分别溶于对应溶剂中得到溶液b；

5、步骤2、在溶液a中加入一定量的高密度聚乙烯颗粒，充分搅拌后将被溶液a包覆的高密度聚乙烯颗粒均匀分散到溶液b中交联，得到球型核部材料；

6、步骤3、将兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒均匀分散在溶液a中得到壳部溶液，将步骤2中得到的球型核部材料均匀分散在壳部溶液中包覆后取出，同样均匀分散到溶液b中交联，得到一种球型产物；

7、步骤4、将步骤3中得到的球型产物进行冷冻干燥，得到具有核壳结构的气凝胶球型光热转化材料。

8、进一步的技术方案，所述光热转化材料的核部直径为0.1～2cm，壳部厚度为1.0～3.0cm，空腔体积占核壳结构气凝胶球型光热转化材料总体积的10％～40％。

9、进一步的技术方案，在所述步骤1中，溶液a的浓度为1～20mol/l，溶液b的浓度为2～20wt％。

10、进一步的技术方案，在所述步骤2中，高密度聚乙烯颗粒的投加质量与溶液a的体积之比为10～500mg/ml，交联温度为25～80℃，交联时间为1～3h。

11、进一步的技术方案，在所述步骤3中，兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒的投加质量与溶液a的体积之比为10～100mg/ml，交联温度为25～80℃，交联时间为1～3h。

12、进一步的技术方案，在所述步骤4中，预冷冻时间为10～24h，预冷冻温度为-20～-18℃；冷冻干燥时间为24～48h，冷冻干燥温度为-60～-40℃，通过冷冻干燥过程中壳部和核部的体积收缩率的不同，在核部和壳部之间形成空腔。

13、本发明实施例的另一目的在于，一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的应用，基于上述方法所制备的光热转化材料，将所述光热转化材料应用于含抗生素(阿莫西林、四环素、土霉素、红霉素、环丙沙星、磺胺甲恶唑等)、有机染料(罗丹明b、甲基橙、甲基蓝、刚果红、孔雀绿等)和含重金属(cr(vi)、cu2+、pb2+、cd2+、hg2+等)的含盐废水治理领域。

14、本发明实施例的又一目的在于，一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的应用，基于上述方法所制备的光热转化材料，将所述光热转化材料应用于太阳能界面海水淡化。

15、本发明实施例提供的一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法及应用，其有益效果如下：

16、(1)该方法以可交联环境友好型聚合物包覆相变高分子材料高密度聚乙烯颗粒为核部，以兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒和与核部相同的可交联环境友好型合物共混为壳部，实现太阳能界面光热转化的同时，将剩余热能存储于材料内部，在无光条件下，热能持续循环利用；

17、(2)所制备的核壳结构气凝胶球型光热转化材料组分中的功能纳米材料或接枝功能官能团，通过吸附和太阳能海水蒸发实现多种污染物的去除和水体的多重净化效果；

18、(3)所制备的核壳结构气凝胶球型光热转化材料易转移、可实现100％回收和重复利用，同时可大规模生产制备。

1.一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，所述光热转化材料包括核部和壳部两部分功能材料，核部和壳部之间存在空腔；所述核部为可交联环境友好型聚合物包覆高密度聚乙烯颗粒，所述壳部由兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒以及与核部相同的可交联环境友好型聚合物共混制成；

2.根据权利要求1所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，可交联环境友好型聚合物包括但不限于海藻酸钠、壳聚糖以及聚己内酯，其对应的溶剂包括但不限于去离子水、冰醋酸和三氯甲烷；

3.根据权利要求2所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤1中，溶液a的浓度为1～20mol/l，溶液b的浓度为2～20wt％。

4.根据权利要求3所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤2中，高密度聚乙烯颗粒的投加质量与溶液a的体积之比为10～500mg/ml，交联温度为25～80℃，交联时间为1～3h。

5.根据权利要求4所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，无机纳米颗粒包括但不限于二硫化钼、石墨烯和碳纳米管。

6.根据权利要求5所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤3中，兼具吸附和光热转换性能的无机纳米颗粒的投加质量与溶液a的体积之比为10～100mg/ml，交联温度为25～80℃，交联时间为1～3h。

7.根据权利要求6所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法，其特征在于，在所述步骤4中，预冷冻时间为10～24h，预冷冻温度为-20～-18℃；冷冻干燥时间为24～48h，冷冻干燥温度为-60～-40℃，通过冷冻干燥过程中壳部和核部的体积收缩率的不同，在核部和壳部之间形成空腔。

8.一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的应用，基于上述权利要求1-7任一项所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法所制备的光热转化材料，其特征在于，将所述光热转化材料应用于含抗生素、有机染料和重金属的含盐废水治理领域。

9.根据权利要求8所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的应用，其特征在于，抗生素包括阿莫西林、四环素、土霉素、红霉素、环丙沙星和磺胺甲恶唑；

10.一种核壳结构气凝胶球型光热转化材料的应用，基于上述权利要求1-7任一项所述的核壳结构气凝胶球型光热转化材料的制备方法所制备的光热转化材料，其特征在于，将所述光热转化材料应用于太阳能界面海水淡化。