申请日2018.03.06
公开(公告)日2018.09.04
IPC分类号C01B32/184; F24S70/10; C02F1/14; C02F103/08
摘要
本发明提供了光热转换材料及其用途、水处理设备、太阳能热水器以及生态房系统。其中，光热转换材料包括：基体;多个柱状结构，所述多个柱状结构间隔设置在所述基体的至少一个表面，其中，形成所述基体与所述多个柱状结构的材料包括石墨烯泡沫。发明人发现，该光热转换材料具有三维结构，比表面积较大，光吸收性能较佳，热导率较低，太阳能光热转换性能较佳，光热转换效率较高，其可以吸收太阳能进而将水汽化，并且水蒸汽的扩散空间较大。
权利要求书
1.一种光热转换材料，其特征在于，包括：
基体;
多个柱状结构，所述多个柱状结构间隔设置在所述基体的至少一个表面，
其中，形成所述基体与所述多个柱状结构的材料包括石墨烯泡沫。
2.根据权利要求1所述的光热转换材料，其特征在于，所述柱状结构的高度为0.5～3毫米，水平方向的尺寸为200～800微米，
任选的，相邻两个所述柱状结构之间的间距为100～800微米。
3.一种权利要求1-2任一项所述的光热转换材料在海水淡化、污水处理、制备太阳能热水器或者制备生态房系统中的用途。
4.一种制备权利要求1-2任一项所述的光热转换材料的方法，其特征在于，包括：
提供石墨烯泡沫块体;
对所述石墨烯泡沫块体进行加工以便得到所述光热转换材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述石墨烯泡沫块体是通过以下步骤制备的：
制备氧化石墨烯溶液;
将所述氧化石墨烯溶液与乙醇混合，并将所得到的混合溶液进行冷冻干燥，以便得到氧化石墨烯泡沫块体;
对所述氧化石墨烯泡沫块体进行还原处理，以得到所述石墨烯泡沫块体，
任选的，所述氧化石墨烯溶液的浓度为4～12mg mL-1，
任选的，所述乙醇和氧化石墨烯溶液的体积比为1：(10～30)，
任选的，所述冷冻干燥步骤中利用液氮将所述混合溶液冷冻，
任选的，所述还原处理为激光还原处理，采用的激光强度为0.5～5W，还原时间为0.5～2s。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，对所述石墨烯泡沫块体进行加工包括：
根据所述光热转换材料的预定形状，利用激光器对所述石墨烯泡沫块体进行激光处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述激光器的扫描速率为6000～8000mm s-1，脉冲宽度为8～10ms，电流为0.02～0.1A，功率小于等于3W。
8.一种用于海水淡化或污水处理的水处理设备，其特征在于，包括权利要求1或2所述的光热转换材料。
9.一种太阳能热水器，其特征在于，包括权利要求1或2所述的光热转换材料。
10.一种生态房系统，其特征在于，包括权利要求1或2所述的光热转换材料。
说明书
光热转换材料及其用途、水处理设备、太阳能热水器以及生态房系统
技术领域
本发明涉及能量转换技术领域，具体的，涉及光热转换材料及其用途、水处理设备、太阳能热水器以及生态房系统，更具体的，涉及光热转换材料及其制备方法，光热转换材料在海水淡化、污水处理、制备太阳能热水器或者制备生态房系统中的用途、用于海水淡化或污水处理的水处理设备、太阳能热水器以及生态房系统。
背景技术
随着经济的发展、人口的增加以及人们对水资源的不合理开采和利用，很多国家和地区出现了不同程度的水资源短缺现象。目前，很多污水处理技术，例如吸附法、超过滤、膜蒸馏技术、反渗透、电渗析法和太阳能海水淡化等被广泛研究将不可用水变成可用水来解决水资源短缺问题。尤其是太阳能光热转换技术生产清洁水由于不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而具有很好的发展前景。因而，可以实现太阳能光热转换的光热转换材料近些年被广泛关注。
然而将光热转换材料应用于实现高产量、高效率的制备可饮用清洁水、生产家用热水以及生产清洁水以满足家用洗衣、洗澡和植物种植等水的供给等方面仍然面临挑战。
因而，目前的光热转换材料仍有待改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有较大的比表面积或者光热转换效率较高的光热转换材料。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种光热转换材料。根据本发明的实施例，该光热转换材料包括：基体;多个柱状结构，所述多个柱状结构间隔设置在所述基体的至少一个表面，其中，形成所述基体与所述多个柱状结构的材料包括石墨烯泡沫。发明人发现，该光热转换材料具有三维结构，比表面积较大，光吸收性能较佳，热导率较低，太阳能光热转换性能较佳，光热转换效率较高，其可以吸收太阳能进而将水汽化，并且水蒸汽的扩散空间较大。
根据本发明的实施例，所述柱状结构的高度为0.5～3毫米，水平方向的尺寸为200～800微米。由此，上述尺寸的柱状结构增大光热转换材料的比表面积的效果较佳。
根据本发明的实施例，相邻两个所述柱状结构之间的间距为100～800微米。由此，水蒸汽的扩散空间较大，有利于水分子较快速的逃逸，加速水的蒸发，且柱状结构之间存在间距使得光热转换材料的导热率较低，能量损失较少，能量利用率较高。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种前面所述的光热转换材料在海水淡化、污水处理、制备太阳能热水器或者制备生态房系统中的用途。发明人发现，将上述光热转换材料应用于海水淡化、污水处理、制备太阳能热水器或者制备生态房系统中，可以有效获得清洁水或者家用热水，且操作简单方便，易于实现。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种制备前面所述的光热转换材料的方法。根据本发明的实施例，该方法包括：提供石墨烯泡沫块体;对所述石墨烯泡沫块体进行加工以便得到所述光热转换材料。发明人发现，该方法操作简单、方便，易于实现，成本较低，并且能够获得比表面积较大或者光热转换效率较高的光热转换材料，有利于大规模生产。
根据本发明的实施例，所述石墨烯泡沫块体是通过以下步骤制备的：制备氧化石墨烯溶液;将所述氧化石墨烯溶液与乙醇混合，并将所得到的混合溶液进行冷冻干燥，以便得到氧化石墨烯泡沫块体;对所述氧化石墨烯泡沫块体进行还原处理，以得到所述石墨烯泡沫块体。由此，操作简单、方便，易于实现。
根据本发明的实施例，所述氧化石墨烯溶液的浓度为4～12mg mL-1。由此，氧化石墨烯溶液浓度合适，氧化石墨烯分散效果较佳，有效避免氧化石墨烯的堆积。
根据本发明的实施例，所述乙醇和氧化石墨烯溶液的体积比为1：(10～30)。由此，可制备大面积氧化石墨烯泡沫块体，在氧化石墨烯溶液中加入上述比例的乙醇可以降低溶液的表面张力，在冷冻干燥过程中氧化石墨烯块体不容易被破坏。
根据本发明的实施例，所述冷冻干燥步骤中利用液氮将所述混合溶液冷冻。由此，操作简单、方便，易于实现，且可以比较快速的将混合溶液冷冻，有效形成泡沫结构以增大比表面积。
根据本发明的实施例，所述还原处理为激光还原处理，采用的激光强度为0.5～5W，还原时间为0.5～2s。由此，操作简单、方便，易于实现，还原效果较佳。
根据本发明的实施例，对所述石墨烯泡沫块体进行加工包括：根据所述光热转换材料的预定形状，利用激光器对所述石墨烯泡沫块体进行激光处理。由此，可以加工得到比表面积较大、光热转换效率较高的光热转换材料，且操作简单、方便，成本较低，适于大规模生产。
根据本发明的实施例，所述激光器的扫描速率为6000～8000mm s-1，脉冲宽度为8～10ms，电流为0.02～0.1A，功率小于等于3W。由此，激光器的上述参数的设置可以使得对石墨烯泡沫块体进行激光处理更容易实现，且基本不会造成石墨烯泡沫块体的损毁或者打飞，并且可以制备出含有柱状结构的光热转换材料，其具有增大的可利用三维蒸发面积和有利于水蒸汽扩散的柱状结构之间的间隙，可以实现高速率太阳能水蒸汽产生。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种用于海水淡化或污水处理的水处理设备。根据本发明的实施例，该设备包括前面所述的光热转换材料。发明人发现，利用该设备进行海水淡化离子或者细菌去除率较高，得到可以饮用的盐度较低的清洁水;利用该设备进行污水处理的效率较高，处理后的水接近中性，有机溶剂或者细菌去除率较高，可以获得比较清洁的水以供使用。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种太阳能热水器。根据本发明的实施例，该太阳能热水器包括前面所述的光热转换材料。发明人发现，该太阳能热水器升温速率较快，比较适于生产家用热水，使用性能较佳。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种生态房系统。根据本发明的实施例，该生态房系统包括前面所述的光热转换材料。发明人发现，该生态房系统结构简单，易于搭建，可以有效实现对生活污水的再处理循环应用，进而实现自供给清洁水，适于家用。