基于茶渣生物炭的光热蒸发材料、其制备方法及应用

本发明涉及光热蒸发领域，具体而言，涉及一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料、其制备方法及应用。

背景技术：

1、全球淡水资源的短缺已经成为当今人类面临的挑战之一。而海水占地球水的96％，因此海水淡化成为解决淡水资源短缺的有效方案。

2、界面光热蒸发因其高效、低成本、环境友好而成为最有前途的海水淡化技术之一。它是利用光热转换材料将太阳能转换成热能，进一步加热界面水体，使水从液相转化成气相。这一过程发生在气-液界面，因此可以极大降低热量损失，有效提高水从液相到气相的转换效率。其中，光热转换材料是光热蒸发器的重要核心部件，它能吸收太阳光并将其转换为热量以产生水蒸气。

3、迄今为止，已经开发了各种光热转换材料，如碳基材料、半导体材料、等离子体金属材料、有机聚合物材料等。然而这些材料存在许多缺点，例如价格昂贵、制备困难等。在这方面，生物炭因其无毒、资源丰富、成本低、易于制造、吸收光谱宽等特点被认为是最具有前途的光热转换材料之一。在最近的研究中，基于生物炭的光热蒸发器可以推进废物管理的实际应用，在太阳能海水淡化和资源回收方面具有很大潜力，生物炭光热蒸发器被广泛开发和设计。然而，机械稳定性差、盐沉积问题和低的水蒸发率仍然限制了基于生物炭的光热蒸发的应用。

技术实现思路

1、茶叶是一种重要的经济作物，是制作全球最受欢迎的非酒精饮料之一。然而随着茶及其衍生产品的消费量不断上升，导致全球茶叶产量大幅增长，也导致每年产生大量的废弃茶渣。这些废弃茶渣大多未经适当处理而直接焚烧或弃置于堆填区，造成严重的环境问题，污染水、空气和土壤。近年来，生物质碳材料以其独特的微观结构、高比表面积、环保等优点在太阳能水蒸发领域具有广阔的应用前景，被大量使用的茶渣作为生物质材料和丰富的碳材料来源，可通过热解的方式制得高效低成本的茶渣生物炭。其制备方法简单，成本低，可作为一种良好的光热转换材料。

2、鉴于此，本发明公开了一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料、其制备方法及应用，目的在于资源化利用废弃茶渣，开发高利用价值的光热蒸发材料。该光热蒸发材料具有优异的蒸发速率和海水淡化性能，并且能有效去除多种印染废水，获得清洁水。

3、本发明为实现以上目的采用了如下方案：

4、一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料制备方法，其包括以下步骤：

5、s1.收集茶渣，并将茶渣用去离子水清洗干净后干燥，将干燥后的茶渣进行破碎并过筛；

6、s2.称取一定质量过筛后的茶渣于惰性气体氛围在管式炉中煅烧,冷却至室温后取出，再经球磨机研磨60分钟后再次过筛，得到黑色碳化物，即为茶渣生物炭；

7、s3.将所述茶渣生物炭、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、超纯水混合并用超声处理十分钟，随后在快速机械搅拌下加入十二烷基硫酸钠，剧烈机械搅拌后，得到发泡浆料；

8、s4.待发泡稳定后，继续搅拌，向发泡浆料中依次加入n，n，n′，n′-四甲基乙二胺和过硫酸铵溶液，静置片刻后，得到茶渣生物炭基多孔水凝胶光热蒸发材料。

9、优选地，步骤s1和s2中，采用100目筛进行过筛。

10、优选地，步骤s1中，所述的茶渣为乌龙茶茶渣，干燥条件为在60℃下干燥24h。

11、优选地，在步骤s2中，管式炉中煅烧条件为n2氛围下以5℃/min升至500℃后热解2h。

12、优选地，在步骤s3中，所述茶渣生物炭、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、超纯水和十二烷基硫酸钠的质量比为3：0.5：6：20：0.2。

13、优选地，在步骤s4中，所述的n，n，n′，n′-四甲基乙二胺与过硫酸铵溶液的体积比为3：8。

14、本发明实施例还提供了一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料，其采用如上述的制备方法制备得到。

15、本发明实施例还提供了如上述的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料在海水淡化中的应用。

16、本发明实施例还提供了如上述的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料在废水处理领域中的应用。

17、通过采用上述技术方案，本发明可以取得以下技术效果：

18、(1)本发明可实现废弃茶渣的高价值利用，不仅有利于实现碳中和，而且极大降低了利用太阳能获得清洁水的成本；

19、(2)本发明的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料具有优异的孔隙结构和力学性能，结合碳材料较宽的光吸收范围，进而使其具有较高的蒸发速率；

20、(3)本发明的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料展现出优异的海水淡化性能，此外，该光热蒸发材料还能有效去除废水中的有机污染物甲基橙和刚果红染料,达到废水处理的效果。

技术特征：

1.一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1和s2中，采用100目筛进行过筛。

3.根据权利要求1所述的一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，在步骤s1中，所述的茶渣为乌龙茶茶渣，干燥条件为在60℃下干燥24h。

4.根据权利要求1所述的一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，在步骤s2中，管式炉中煅烧条件为n2氛围下以5℃/min升至500℃后热解2h。

5.根据权利要求1所述的一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，在步骤s3中，所述茶渣生物炭、n，n′-亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、超纯水和十二烷基硫酸钠的质量比为3：0.5：6：20：0.2。

6.根据权利要求1所述的一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料的制备方法，其特征在于，在步骤s4中，所述的n，n，n′，n′-四甲基乙二胺与过硫酸铵溶液的体积比为3：8。

7.一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料，其特征在于，采用如权利要求1至6任意一项所述的制备方法制备得到。

8.如权利要求7所述的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料在海水淡化中的应用。

9.如权利要求7所述的基于茶渣生物炭的光热蒸发材料在废水处理中的应用。

技术总结
本发明涉及茶渣的固废利用以及光热蒸发领域，具体提供了一种基于茶渣生物炭的光热蒸发材料、其制备方法及应用。制备方法为：根据茶渣生成茶渣生物炭，将茶渣生物炭、N，N′‑亚甲基双丙烯酰胺、丙烯酰胺、超纯水混合并超声处理十分钟。随后在快速机械搅拌下加入十二烷基硫酸钠，剧烈机械搅拌后，得到发泡浆料；最后在温和搅拌的情况下向稳定的发泡浆料中依次加入以N，N，N′，N′‑四甲基乙二胺和过硫酸铵溶液，静置片刻后，得到茶渣生物炭基多孔水凝胶的光热蒸发材料。本发明利用废弃茶渣开发高利用价值的光热蒸发材料。该光热蒸发材料具有优异的蒸发速率和海水淡化性能，并且能有效去除多种印染废水，获得清洁水。

技术研发人员：付明来,李艺斌,苑宝玲,徐垒,陈晨
受保护的技术使用者：华侨大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5