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CN115262135A - 一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法 - Google Patents

一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法 Download PDF

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CN115262135A CN202210925529.9A CN202210925529A CN115262135A CN 115262135 A CN115262135 A CN 115262135A CN 202210925529 A CN202210925529 A CN 202210925529A CN 115262135 A CN115262135 A CN 115262135A
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Abstract

本文公开了一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法，属于海水淡化技术领域。该Janus棉布制备方法包括：（1）棉布用墨水染色直至为均匀黑色；（2）通过自组装的方式使得漆酚负载在墨水处理过后的棉布上；（3）选择棉布其中的一面用墨水进行喷涂，制备成一种具有超吸热性能且一面亲水一面疏水的Janus棉布。本发明设计的棉布属于多孔织物，棉布自身的孔不受墨水与漆酚的负载的影响，有利于水分的运输。该材料具有良好的太阳能转换率与蒸发率，且Janus棉布的疏水漆酚层为下层，可隔绝盐结晶，涂布碳颗粒的面为上层，增加了吸光度，提升了光热转换效率。

Description

一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法
技术领域
本发明属于海水淡化技术领域，具体涉及一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法。
背景技术
水资源短缺是当今世界面临的一个日益严重的问题。海水淡化是填补沿海国家水资源短缺问题的一种很有前景的方法。太阳能淡化利用丰富的太阳能促使海水蒸发，水蒸气重新冷凝获得淡水，由于其可持续性和环境友好性而受到越来越多的关注。目前太阳能海水淡化的材料包括纳米二氧化钛、纳米沸石、石墨烯等材料，受限制于其专门的合成技术、团聚、浸出以及环境与健康等问题，无法实现工业化推广与应用。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种用于海水淡化的Janus棉布及其制备方法。通过墨水、漆酚材料的结合制备了一种具有双侧润湿性差异的Janus棉布，在蒸发过程中，既能实现太阳能的高效转换，又能隔绝盐结晶。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗数分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗数分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗数分钟；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱中烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的棉布放置于含有墨水的培养皿中将棉布染至均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱中干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的棉布浸泡于漆酚乙醇溶液中数小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布放入烘箱中干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水喷涂处理；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到所述用于海水淡化的Janus棉布。
进一步地，步骤1中，棉布为直径3厘米的圆形棉布，乙醇超声清洗的时间为30~40分钟。
进一步地，步骤2中，所述的NaOH水溶液质量分数为3.5wt%~10 wt%，超声清洗时间为30~40分钟。
进一步地，步骤3中，棉布用去离子水超声清洗5~10遍，每遍超声清洗时间为30~40分钟。
进一步地，步骤4、6、8中，烘箱的设定温度为50℃~100℃。
进一步地，步骤5中的墨水为以碳颗粒为主要成分的黑色墨水，如碳素墨水，一得阁，曹素功等墨水。
进一步地，步骤7中漆酚的浓度为0.01g/ml~0.05g/ml，浸泡时间为12h~48h。
进一步地，步骤9中所述喷涂墨水的质量为5mg~25mg。
本发明采用以上技术方案，通过自组装的方式使得漆酚负载在墨水处理过后的棉布上，然后选择棉布其中的一面用墨水进行喷涂，制备成一种具有超吸热性能且一面亲水一面疏水的Janus棉布。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
（1）本发明以墨水、天然产物漆酚、棉布为主要材料，利用墨水的亲水性与漆酚的疏水性制造了Janus棉布，该Janus棉布具有良好的太阳能吸收性能，能在短时间内将太阳能转换成热能，且具有良好的蒸发效果。该海水淡化材料由于其双侧润湿性差异，使得在蒸发过程中，位于下层的疏水的侧可隔绝盐结晶，上层的纳米碳颗粒可以增加吸光度，避免阳光直射，降低漆酚光降解速率。
（2）本发明设计的棉布属于多孔结构，棉布自身的孔不受墨水与漆酚的负载的影响，有利于水分的运输；墨水的碳颗粒与漆酚的苯酚结构提供了吸收太阳能的条件。该材料具有良好的太阳能转换率与蒸发率率。
（3本发明的制备方法简单，制备周期短，采用的是天然产物及常见的碳素墨水，原料来源丰富且对环境友好。
附图说明
图1为Janus棉布疏水面接触角。
图2为Janus棉布亲水面接触角。
图3为Janus棉布在一段时间内的升温情况。
图4为氙气灯模拟一个太阳的海水蒸发率。
具体实施方式
实施例1
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.01g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为15mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例2
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.02g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为15mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例3
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.03g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为15mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例4
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.04g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为15mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例5
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.05g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为15mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例6
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.05g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为5mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例7
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.05g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为10mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例8
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.05g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为20mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
实施例9
步骤1：将市面上购置的棉布放进乙醇中超声清洗30分钟；
步骤2：用NaOH水溶液将步骤1清洗后的棉布超声清洗30分钟；
步骤3：用去离子水将步骤2清洗后的棉布超声清洗30分钟，清洗10遍；
步骤4：将步骤3清洗后的棉布放置到烘箱80℃烘干；
步骤5：将步骤4干燥后的布放置于含有碳素墨水的培养皿中将棉布染至为均匀的黑色；
步骤6：将步骤5的棉布再次放入烘箱80℃干燥；
步骤7：将步骤6干燥后的碳素棉布浸泡于0.05g/ml的漆酚乙醇溶液中12h~48h小时；
步骤8：将步骤7浸泡完的棉布进行干燥；
步骤9：选择步骤8棉布的一面进行墨水的喷涂处理，喷涂墨水的质量为25mg；
步骤10：将步骤9的棉布进行干燥，干燥后得到最终用于海水淡化的Janus棉布。
对实施例1~5制备的Janus棉布进行测试
1. 水接触角测试
用DSA25接触角测试仪（德国Kurss）进行测试，测试得一面接触角110°，接触角大于90°，说明此面为疏水面，另一面接触角在几秒内从滴落瞬间变为0°，说明此面为亲水面。通过接触角测试，棉布的两面具有不同的润湿性能，说明成功制备了Janus棉布。
2. 太阳能转换性能测试
用PLS-SXE 300 氙气灯（北京泊菲莱科技有限公司）模拟太阳能光源，RX400红外热成像仪记录实时温度变化。可测得在氙气灯模拟的一个太阳光下，实验例1~5棉布的温度最低为78.3℃，温度最高可达84.5℃，说明Janus棉布具有良好的光热转换能力。
3. 蒸发性实验
氙气灯作为模拟太阳能光源，在聚四氟乙烯容器中加入适当的人工海水并将环形的聚乙烯发泡海绵作为隔热层放在水面，将Janus棉布放置其上作为太阳能蒸发装置，Janus棉布直径与容器直径相近。通过电子天平记录海水淡化过程中蒸发器的质量变化。记录一个小时内氙气灯模拟一个太阳下，实验例1~5制备的Janus棉布蒸发率，一个小时内最低为1.42kg m-2，最高为1.64kg m-2，相比于没放置Janus棉布时，海水在氙气灯模拟一个太阳下高3.35倍（没放置Janus棉布时海水在氙气灯模拟一个太阳下蒸发率为0.49kg m-2）。
综上所述，本发明利用墨水的亲水性与漆酚的疏水性制造了Janus棉布，该Janus棉布具有良好的太阳能吸收性能，能在短时间内将太阳能转换成热能，且具有良好的蒸发效果。

Claims (9)

1.一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将棉布清洗后放置到烘箱中烘干；
步骤2：将上述棉布放置于含有墨水的培养皿中将棉布染至黑色；
步骤3：将上述棉布再次放入烘箱中干燥；
步骤4：将上述棉布浸泡于漆酚乙醇溶液中；
步骤5：将上述棉布放入烘箱中干燥；
步骤6：将干燥后的棉布的一面进行墨水喷涂处理；
步骤7：将上述布进行干燥处理，得到所述用于海水淡化的Janus棉布。
2.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述棉布依次用乙醇、NaOH水溶液、去离子水超声清洗。
3.根据权利要求2所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，乙醇超声清洗的时间为30~40分钟。
4. 根据权利要求2所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，所述的NaOH水溶液质量分数为3.5wt%~10 wt%，超声清洗时间为30~40分钟。
5.根据权利要求2所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，棉布用去离子水超声清洗5~10遍，每遍超声清洗时间为30~40分钟。
6.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，步骤1、3、5中，烘箱的设定温度为50℃~100℃。
7.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，步骤4中，所述漆酚乙醇溶液中漆酚的浓度为0.01g/ml~0.05g/ml，浸泡时间为12h~48h。
8.根据权利要求1所述的一种用于海水淡化的Janus棉布的制备方法，其特征在于，步骤6中，所述喷涂墨水的质量控制在5mg~25mg。
9.根据权利要求1~8任一项所述的制备方法得到的用于海水淡化的Janus棉布。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US20060154544A1 (en) * 2004-12-10 2006-07-13 Ruela Talingting-Pabalan Method for durable hydrophilization of a hydrophobic surface
FR3051183A1 (fr) * 2016-05-10 2017-11-17 Cyril Marc Michel Grandpierre Distillateur solaire a tapis hydrophile et hydrophobe
CN107987661A (zh) * 2017-12-29 2018-05-04 西北农林科技大学 一种生物质石墨烯改性生漆重防腐复合涂料及其制备方法
CN111977729A (zh) * 2020-08-17 2020-11-24 福建师范大学 一种基于聚氨酯泡沫的海水淡化材料及其制备方法
CN113005765A (zh) * 2021-04-07 2021-06-22 吉林大学 一种亲水-疏水“两面神”结构复合光热转化材料、制备方法及其应用

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