本發(fā)明涉及光熱蒸發(fā)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料、其制備方法及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、全球淡水資源的短缺已經(jīng)成為當今人類面臨的挑戰(zhàn)之一。而海水占地球水的96％，因此海水淡化成為解決淡水資源短缺的有效方案。

2、界面光熱蒸發(fā)因其高效、低成本、環(huán)境友好而成為最有前途的海水淡化技術(shù)之一。它是利用光熱轉(zhuǎn)換材料將太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，進一步加熱界面水體，使水從液相轉(zhuǎn)化成氣相。這一過程發(fā)生在氣-液界面，因此可以極大降低熱量損失，有效提高水從液相到氣相的轉(zhuǎn)換效率。其中，光熱轉(zhuǎn)換材料是光熱蒸發(fā)器的重要核心部件，它能吸收太陽光并將其轉(zhuǎn)換為熱量以產(chǎn)生水蒸氣。

3、迄今為止，已經(jīng)開發(fā)了各種光熱轉(zhuǎn)換材料，如碳基材料、半導(dǎo)體材料、等離子體金屬材料、有機聚合物材料等。然而這些材料存在許多缺點，例如價格昂貴、制備困難等。在這方面，生物炭因其無毒、資源豐富、成本低、易于制造、吸收光譜寬等特點被認為是最具有前途的光熱轉(zhuǎn)換材料之一。在最近的研究中，基于生物炭的光熱蒸發(fā)器可以推進廢物管理的實際應(yīng)用，在太陽能海水淡化和資源回收方面具有很大潛力，生物炭光熱蒸發(fā)器被廣泛開發(fā)和設(shè)計。然而，機械穩(wěn)定性差、鹽沉積問題和低的水蒸發(fā)率仍然限制了基于生物炭的光熱蒸發(fā)的應(yīng)用。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、茶葉是一種重要的經(jīng)濟作物，是制作全球最受歡迎的非酒精飲料之一。然而隨著茶及其衍生產(chǎn)品的消費量不斷上升，導(dǎo)致全球茶葉產(chǎn)量大幅增長，也導(dǎo)致每年產(chǎn)生大量的廢棄茶渣。這些廢棄茶渣大多未經(jīng)適當處理而直接焚燒或棄置于堆填區(qū)，造成嚴重的環(huán)境問題，污染水、空氣和土壤。近年來，生物質(zhì)碳材料以其獨特的微觀結(jié)構(gòu)、高比表面積、環(huán)保等優(yōu)點在太陽能水蒸發(fā)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，被大量使用的茶渣作為生物質(zhì)材料和豐富的碳材料來源，可通過熱解的方式制得高效低成本的茶渣生物炭。其制備方法簡單，成本低，可作為一種良好的光熱轉(zhuǎn)換材料。

2、鑒于此，本發(fā)明公開了一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料、其制備方法及應(yīng)用，目的在于資源化利用廢棄茶渣，開發(fā)高利用價值的光熱蒸發(fā)材料。該光熱蒸發(fā)材料具有優(yōu)異的蒸發(fā)速率和海水淡化性能，并且能有效去除多種印染廢水，獲得清潔水。

3、本發(fā)明為實現(xiàn)以上目的采用了如下方案：

4、一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料制備方法，其包括以下步驟：

5、s1.收集茶渣，并將茶渣用去離子水清洗干凈后干燥，將干燥后的茶渣進行破碎并過篩；

6、s2.稱取一定質(zhì)量過篩后的茶渣于惰性氣體氛圍在管式爐中煅燒,冷卻至室溫后取出，再經(jīng)球磨機研磨60分鐘后再次過篩，得到黑色碳化物，即為茶渣生物炭；

7、s3.將所述茶渣生物炭、n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酰胺、超純水混合并用超聲處理十分鐘，隨后在快速機械攪拌下加入十二烷基硫酸鈉，劇烈機械攪拌后，得到發(fā)泡漿料；

8、s4.待發(fā)泡穩(wěn)定后，繼續(xù)攪拌，向發(fā)泡漿料中依次加入n，n，n′，n′-四甲基乙二胺和過硫酸銨溶液，靜置片刻后，得到茶渣生物炭基多孔水凝膠光熱蒸發(fā)材料。

9、優(yōu)選地，步驟s1和s2中，采用100目篩進行過篩。

10、優(yōu)選地，步驟s1中，所述的茶渣為烏龍茶茶渣，干燥條件為在60℃下干燥24h。

11、優(yōu)選地，在步驟s2中，管式爐中煅燒條件為n2氛圍下以5℃/min升至500℃后熱解2h。

12、優(yōu)選地，在步驟s3中，所述茶渣生物炭、n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酰胺、超純水和十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為3：0.5：6：20：0.2。

13、優(yōu)選地，在步驟s4中，所述的n，n，n′，n′-四甲基乙二胺與過硫酸銨溶液的體積比為3：8。

14、本發(fā)明實施例還提供了一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料，其采用如上述的制備方法制備得到。

15、本發(fā)明實施例還提供了如上述的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料在海水淡化中的應(yīng)用。

16、本發(fā)明實施例還提供了如上述的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料在廢水處理領(lǐng)域中的應(yīng)用。

17、通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明可以取得以下技術(shù)效果：

18、(1)本發(fā)明可實現(xiàn)廢棄茶渣的高價值利用，不僅有利于實現(xiàn)碳中和，而且極大降低了利用太陽能獲得清潔水的成本；

19、(2)本發(fā)明的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料具有優(yōu)異的孔隙結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，結(jié)合碳材料較寬的光吸收范圍，進而使其具有較高的蒸發(fā)速率；

20、(3)本發(fā)明的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料展現(xiàn)出優(yōu)異的海水淡化性能，此外，該光熱蒸發(fā)材料還能有效去除廢水中的有機污染物甲基橙和剛果紅染料,達到廢水處理的效果。

技術(shù)特征：

1.一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，在步驟s1和s2中，采用100目篩進行過篩。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，在步驟s1中，所述的茶渣為烏龍茶茶渣，干燥條件為在60℃下干燥24h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，在步驟s2中，管式爐中煅燒條件為n2氛圍下以5℃/min升至500℃后熱解2h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，在步驟s3中，所述茶渣生物炭、n，n′-亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酰胺、超純水和十二烷基硫酸鈉的質(zhì)量比為3：0.5：6：20：0.2。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料的制備方法，其特征在于，在步驟s4中，所述的n，n，n′，n′-四甲基乙二胺與過硫酸銨溶液的體積比為3：8。

7.一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料，其特征在于，采用如權(quán)利要求1至6任意一項所述的制備方法制備得到。

8.如權(quán)利要求7所述的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料在海水淡化中的應(yīng)用。

9.如權(quán)利要求7所述的基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料在廢水處理中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及茶渣的固廢利用以及光熱蒸發(fā)領(lǐng)域，具體提供了一種基于茶渣生物炭的光熱蒸發(fā)材料、其制備方法及應(yīng)用。制備方法為：根據(jù)茶渣生成茶渣生物炭，將茶渣生物炭、N，N′?亞甲基雙丙烯酰胺、丙烯酰胺、超純水混合并超聲處理十分鐘。隨后在快速機械攪拌下加入十二烷基硫酸鈉，劇烈機械攪拌后，得到發(fā)泡漿料；最后在溫和攪拌的情況下向穩(wěn)定的發(fā)泡漿料中依次加入以N，N，N′，N′?四甲基乙二胺和過硫酸銨溶液，靜置片刻后，得到茶渣生物炭基多孔水凝膠的光熱蒸發(fā)材料。本發(fā)明利用廢棄茶渣開發(fā)高利用價值的光熱蒸發(fā)材料。該光熱蒸發(fā)材料具有優(yōu)異的蒸發(fā)速率和海水淡化性能，并且能有效去除多種印染廢水，獲得清潔水。

技術(shù)研發(fā)人員：付明來,李藝斌,苑寶玲,徐壘,陳晨
受保護的技術(shù)使用者：華僑大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/5