本發(fā)明屬于太陽能界面水汽轉換，具體涉及一種用于海水蒸發(fā)的mxene/pvdf光熱復合薄膜。

背景技術：

1、作為地球中最常見的物質，水是每一種生物不可或缺的生存保障。據統(tǒng)計，地球70.8％的地表面積被水覆蓋，但其中97％是無法直接利用的海水，僅有不到3％的水是人類所亟需的淡水。無論是農業(yè)灌溉抑或是工業(yè)發(fā)展，均離不開淡水資源，再加上水資源分布的不均，全球約2/3的人口面臨著不同程度淡水資源匱乏的問題。因此，當下亟需尋找解決淡水資源匱乏的有效方法，如何將淡水從海水中低成本提取出來并且符合使用標準成為關鍵研究方向之一。

2、光熱復合薄膜材料被認為是一種吸收太陽能并能將其高效轉換為熱能的膜材料，它是太陽能驅動水蒸發(fā)技術的核心。但在光熱轉換過程中，空氣、水等周圍低溫的環(huán)境會讓光熱能量消散在其中。例如，熱傳導和熱輻射等情況在光熱復合薄膜材料光熱轉換過程中常有出現，從而損耗部分能量；此外，由于高溫和強光的照射，某些光熱復合薄膜材料可能會被腐蝕或降解，從而大幅影響材料性能，縮短材料壽命。在海水淡化應用中，還存在鹽析現象，凝結出的鹽會吸附在光熱復合薄膜表面，降低了膜對光的吸收、熱轉化的效率，從而降低了光熱復合薄膜材料的水蒸發(fā)性能。所以，光熱材料組分的選擇與復合薄膜的結構設計成為了關鍵。比如為降低能量損失、提高光熱轉換效率，在復合薄膜下表面設計隔熱層，同時對光熱復合薄膜材料表面微結構，即表面親疏水性、粗糙度等進行調控，一方面減少熱量向水體傳遞，另一方面提高光的吸收率；此外，通過在膜表面構筑涂層或調控膜結構，顯著提高了光熱復合薄膜材料的穩(wěn)定性。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的之一在于提供一種用于海水蒸發(fā)的mxene/pvdf光熱復合薄膜，其光熱轉換性能優(yōu)良，在保證良好的親水性能的同時，可自漂浮于水面，為海水蒸發(fā)器的制備提供了基礎。

2、本發(fā)明的目的之二在于提供所述用于海水蒸發(fā)的mxene/pvdf光熱復合薄膜制備方法。

3、本發(fā)明的目的之一采用如下技術方案實現：

4、一種mxene/pvdf光熱復合薄膜，所述光熱復合薄膜是將光熱轉換材料mxene分散液與pvdf共混得到鑄膜液進行刮涂制膜；所述光熱轉換材料mxene為ti3c2tx在水中的分散液；所述光熱轉換材料mxene由hcl+lif刻蝕ti3alc2得到；所述mxene/pvdf光熱復合薄膜中mxene分散液與pvdf質量比優(yōu)選為1:2-4；所述mxene/pvdf光熱復合薄膜中mxene凈含量與pvdf質量比為(25-45mg)：3.5g。

5、優(yōu)選的，所述mxene/pvdf光熱復合薄膜進行冷凍干燥后保存。

6、優(yōu)選的，所述hcl+lif刻蝕ti3alc2的步驟為：

7、在聚四氟乙烯容器中依次加入去離子水及hcl溶液，再稱取lif分多次加入到鹽酸溶液中，通過磁力攪拌器攪拌直到混合均勻后將ti3alc2粉末分多次加入到混合液后恒溫攪拌，分離倒出上清液后向沉淀中加入去離子水超聲清洗至上清液ph＝5；向沉淀中加入乙醇，并在冰浴環(huán)境超聲清洗離心后倒出上清液，向沉淀中加入去離子水超聲清洗離心取上清液得到最終產物mxene分散液，抽濾測得1ml分散液中mxene凈含量為20.5mg。

8、優(yōu)選的，所述hcl溶液濃度為9mol/l，聚四氟乙烯容器中去離子水與hcl溶液體積比為1:3。

9、優(yōu)選的，lif用量為2g，分多次加入避免反應劇烈，同時使材料混合均勻，達到較好的刻蝕效果。

10、優(yōu)選的，恒溫溫度為40℃，設定攪拌時間為24-48h。

11、優(yōu)選的，恒溫溫度為40℃，設定攪拌時間為48h。

12、優(yōu)選的，采用離心機3750r/min離心10min分離上清液，并且重復此步驟直至上清液ph＝5。

13、優(yōu)選的，冰浴超聲設定超聲清洗時間為1h。

14、優(yōu)選的，所述mxene/pvdf光熱復合薄膜厚度為100-250μm。

15、優(yōu)選的，所述mxene/pvdf光熱復合薄膜可自漂浮于水面，mxene/pvdf復合薄膜初始狀態(tài)接觸角θ＜90°，表現為親水性，隨著時間增加，接觸角持續(xù)減小，最終θ＝0°，表現為完全浸潤。

16、優(yōu)選的，所述光熱復合薄膜促進海水蒸發(fā)速率為1.25-1.82g/(m2·s)。

17、本發(fā)明的目的之二采用如下技術方案實現：

18、所述mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

19、將所述mxene分散液與pvdf、dmac、制孔劑pvp按照一定配比一起投加入燒杯中，

20、通過集熱式恒溫加熱磁力攪拌器油浴加熱攪拌，待鑄膜液完全混合均勻后，放入真空烘箱脫泡；傾斜燒杯，將鑄膜液平穩(wěn)地澆在刮膜平板上，利用四面濕膜制備器控制膜厚在100-200μm，勻速刮涂后將mxene/pvdf膜連同刮膜平板一起在室溫下放置10-20s，然后迅速放入25-35℃的水中，等待膜溶劑交換后從刮膜平板上自行脫落，冷凍干燥后保存。

21、優(yōu)選的，所述pvdf與溶劑dmac質量比為1:5。

22、優(yōu)選的，所述pvdf、dmac、制孔劑pvp配比為6.7：33：1。

23、優(yōu)選的，所述選取由華國精密檢測設備廠購入的，型號為szq的四面濕膜制備器進行刮膜，控制膜厚為100μm。

24、優(yōu)選的，所述通過集熱式恒溫加熱磁力攪拌器油浴加熱攪拌時選取攪拌溫度為65℃。

25、優(yōu)選的，所述通過集熱式恒溫加熱磁力攪拌器油浴加熱攪拌時選取加熱時間為6-24h。

26、優(yōu)選的，所述通過集熱式恒溫加熱磁力攪拌器油浴加熱攪拌時選取加熱時間為6h。

27、優(yōu)選的，所述真空烘箱脫泡條件為真空烘箱35℃脫泡1-5h。

28、優(yōu)選的，所述冷凍干燥溫度為-60℃。

29、優(yōu)選的，所述冷凍干燥真空度為8.5-9.0pa，干燥時間為24-30h。

30、優(yōu)選的，所述冷凍干燥真空度為8.5pa，干燥時間為24h。

31、與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果主要在于：

32、本發(fā)明通過共混mxene與pvdf制備光熱復合薄膜，并探究了mxene的引入對于mxene/pvdf復合薄膜親疏水性以及光熱轉換性能的影響，mxene具有良好的光熱轉換性能與親水性，pvdf作為常用的膜材料具有疏水性，二者結合使復合薄膜可以吸水的同時自浮于水面進行界面光熱轉換。本發(fā)明中采用刮涂法制備mxene/pvdf復合薄膜，整體工藝較為簡單，便于進行膜結構表征和膜性能測試，為后續(xù)海水蒸發(fā)器的搭建與應用提供理論與實踐基礎。

技術特征：

1.一種mxene/pvdf光熱復合薄膜，其特征在于，所述光熱復合薄膜是將光熱轉換材料mxene分散液與pvdf共混得到鑄膜液進行刮涂制膜；

2.根據權利要求1所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜，其特征在于，所述hcl+lif刻蝕ti3alc2的步驟為：

3.根據權利要求1所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜，其特征在于，所述光熱復合薄膜厚度為100-250μm。

4.根據權利要求1所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜，其特征在于，所述mxene/pvdf光熱復合薄膜可自漂浮于水面，mxene/pvdf復合薄膜初始狀態(tài)接觸角θ＜90°，表現為親水性，隨著時間增加，接觸角持續(xù)減小，最終θ＝0°，表現為完全浸潤。

5.根據權利要求1所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜，其特征在于，所述光熱復合薄膜促進海水蒸發(fā)速率為1.25-1.82g/(m2·s)。

6.權利要求1～4任意一項所述mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，包括以下步驟：

7.根據權利要求6所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述pvdf與溶劑dmac質量比為1:5。

8.根據權利要求5所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述pvdf、dmac、制孔劑pvp配比為6.7：33：1。

9.根據權利要求5所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述油浴加熱攪拌時間為6-24h，真空烘箱35℃脫泡1-5h。

10.根據權利要求5所述的mxene/pvdf光熱復合薄膜的制備方法，其特征在于，所述冷凍干燥溫度為-60℃，真空度為8.5-9.0pa，干燥時間為24-30h。

技術總結
本發(fā)明公開了一種用于海水蒸發(fā)的MXene/PVDF光熱復合薄膜，屬于太陽能界面水汽轉換技術領域。所述光熱復合薄膜是將MXene分散液與PVDF共混得到鑄膜液進行刮涂制膜；所述光熱轉換材料MXene為Ti<subgt;3</subgt;C<subgt;2</subgt;T<subgt;x</subgt;在水中的分散液；所述光熱轉換材料MXene由HCl+LiF刻蝕Ti<subgt;3</subgt;AlC<subgt;2</subgt;得到。本發(fā)明通過共混MXene與PVDF制備光熱復合薄膜，并探究了MXene的引入對于MXene/PVDF復合薄膜親疏水性以及光熱轉換性能的影響，MXene具有良好的光熱轉換性能與親水性，PVDF作為常用的膜材料具有疏水性，二者結合使復合薄膜可以吸水的同時自浮于水面進行界面光熱轉換。本發(fā)明中采用刮涂法制備MXene/PVDF復合薄膜，整體工藝較為簡單，便于進行膜結構表征和膜性能測試，為后續(xù)海水蒸發(fā)器的搭建與應用提供理論與實踐基礎。

技術研發(fā)人員：潘蕾,陳震午,張浩然,劉夢欣,章子怡,黃心萌,黃姝琳
受保護的技術使用者：南京航空航天大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/1/6