一種基于多孔復(fù)合材料的可控蒸發(fā)表面溫度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體蒸發(fā)方法，尤其是涉及一種基于多孔復(fù)合材料的可控蒸發(fā)表面溫度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸發(fā)是一種自然界最為基本的相變過(guò)程。其在火力發(fā)電、分餾提純等工業(yè)生產(chǎn)及日常生活中有著十分關(guān)鍵的應(yīng)用。如蒸汽發(fā)電，表面溫度低直接影響表面產(chǎn)生高溫蒸汽的使用效率；分餾提純，可以通過(guò)控制表面溫度，達(dá)到不同沸點(diǎn)的混合物的分離?，F(xiàn)有的技術(shù)通過(guò)熱敏傳感器或者熱電偶讀取實(shí)時(shí)溫度并通過(guò)改變熱源功率的方法改變表面溫度。這一做法能源轉(zhuǎn)換效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多孔復(fù)合材料的可控蒸發(fā)表面溫度的方法，進(jìn)而影響產(chǎn)生蒸汽溫度和效率。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn):
[0005]—種基于多孔復(fù)合材料的可控蒸發(fā)表面溫度的方法，包括以下步驟:
[0006](I)多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料的制備:以多孔固體材料為基體，將具有電磁波吸收特性的電磁波吸收顆粒復(fù)合在基體表面上；
[0007](2)使用多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料進(jìn)行液體蒸發(fā):將多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料置于空氣與液體界面，入射電磁波被電磁波吸收顆粒吸收，并被轉(zhuǎn)化為熱量加熱表層液體，使液體表面溫度上升并實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)；
[0008](3)通過(guò)改變多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面結(jié)構(gòu)或化學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)控制液體蒸發(fā)時(shí)的表面溫度:采用物理或化學(xué)手段處理多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面，調(diào)節(jié)上述材料表面的幾何結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)，從而對(duì)液體蒸發(fā)過(guò)程中的表面溫度進(jìn)行控制。
[0009]優(yōu)選地，所述的多孔固體材料外形包括薄膜狀或平板狀，多孔固體材料的材質(zhì)選自金屬、合金、無(wú)機(jī)非金屬、有機(jī)高分子中的一種或幾種的復(fù)合材料，多孔固體材料作為整體復(fù)合材料的骨架與液體與蒸汽運(yùn)動(dòng)通道。所述的多孔固體材料孔隙率介于0%?100%之間，所述的多孔固體材料內(nèi)部孔洞或孔道使多孔固體材料至少有兩個(gè)相對(duì)面相連通。
[0010]優(yōu)選地，所述的電磁波吸收顆粒為金屬、合金或非金屬無(wú)機(jī)物顆粒。將電磁波吸收顆粒復(fù)合在基體上的方法包括化學(xué)或物理吸附方法、如浸泡，浸漬，霧化噴涂，旋涂等，自組裝后沉積方法，可以直接使用提拉法，兩相界面自組裝后轉(zhuǎn)移到基體上等，或使用過(guò)濾、減壓抽濾法，用基體過(guò)濾含顆粒物的溶液。具電磁波吸收顆?？煞稚⒃诨w中，或以連續(xù)膜的形式覆于基體表面；且顆粒與基體具有一定的結(jié)合力，同時(shí)顆粒仍保留有光熱轉(zhuǎn)換性質(zhì)。
[0011]優(yōu)選地，步驟(2)中入射電磁波包括固定波長(zhǎng)激光波、紫外光波、可見(jiàn)光波、紅外光波或微波等，以一定的強(qiáng)度照射在上述顆粒上而被吸收，吸收方式包括本征吸收與等離激元共振效應(yīng)吸收中的一種或兩種。
[0012]在蒸發(fā)過(guò)程中，多孔固體材料與電磁波吸收顆粒耐受顆粒產(chǎn)生的高溫，保持幾何外形不堵塞液體與蒸汽運(yùn)動(dòng)的通道。
[0013]優(yōu)選地，步驟(3)中采用物理或化學(xué)手段包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、光亥IJ、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕或化學(xué)官能團(tuán)修飾中的一種或多種共同使用。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用電磁波吸收顆粒將光能高效轉(zhuǎn)化為熱量，加熱并汽化表層液體，并通過(guò)改變基體的表面物理化學(xué)性質(zhì)控制蒸發(fā)時(shí)的表面溫度。具體而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0015](I)本發(fā)明使用本征吸收效應(yīng)或等離激元共振效應(yīng)吸收光能，提高光熱轉(zhuǎn)化效率。
[0016](2)本發(fā)明中集中加熱表層液體，減少其余環(huán)節(jié)的熱量損耗，熱量利用效率大幅度提尚。
[0017](3)本發(fā)明方法可通過(guò)不同表面性質(zhì)的復(fù)合材料，在蒸發(fā)時(shí)控制液體的表面溫度。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為多孔結(jié)構(gòu)復(fù)合材料光學(xué)照片；
[0019]圖2為復(fù)合材料基體掃描電子顯微鏡照片，a為底部，b為頂部；
[0020]圖3、圖4、圖5分別為不同性質(zhì)的材料蒸發(fā)時(shí)的表面溫度分布。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023](I)金納米顆粒的制備
[0024]在沸騰的去離子水中加入氯金酸(HAuCl4)溶液，氯金酸(HAuCl4)溶液已按照配方配好比例，將混合液攪拌均勻后，加入配好的檸檬酸三鈉溶液，邊加熱邊攪拌20分鐘，隨后在室溫下冷卻并繼續(xù)攪拌15分鐘，得到粒徑為1nm的金納米顆粒。將得到的金顆粒溶液作為種子，通過(guò)重復(fù)引入一定比例的鹽酸羥胺溶液以及氯金酸溶液，使金納米顆粒逐步長(zhǎng)大。金納米顆粒的粒徑可由1nm生長(zhǎng)至10nm左右。生長(zhǎng)完全后靜置使金納米顆粒沉降，金納米顆粒即為電磁波吸收顆粒，也就是光熱轉(zhuǎn)化顆粒。
[0025](2)雙層復(fù)合膜的制備
[0026]將多孔陽(yáng)極氧化鋁濾膜使用王水浸泡10秒，隨后使用去離子水洗凈附著的王水。將第(I)步所得的沉降后的10nm金納米顆粒溶液進(jìn)行濃縮，得到濃縮液。使用真空抽濾裝置，置入上述濾膜，添加濃縮液進(jìn)行抽濾。抽濾完成后，得到復(fù)合有金納米顆粒的雙層復(fù)合膜，將雙層復(fù)合膜置入烘箱中烘干。
[0027](3)雙層復(fù)合膜的表面性質(zhì)修飾
[0028]疏水處理，將第(2)步所述未經(jīng)任何處理的雙層復(fù)合膜置于一定體積分?jǐn)?shù)的十六硫醇-丙酮溶液中浸泡，12小時(shí)后取出，得到金顆粒膜層疏水的雙層復(fù)合膜；或?qū)㈦p層復(fù)合膜置于加入4微升氟硅烷的干燥器內(nèi)，干燥器抽真空后靜置，可得到基底與顆粒膜層皆疏水的雙層復(fù)合膜；親水處理，將雙層膜置于一定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的半胱氨酸溶液中，浸泡2小時(shí)后取出，可得到顆粒層親水的雙層復(fù)合膜；將雙層復(fù)合膜經(jīng)過(guò)等離子清洗，可得到上下表面皆親水的雙層復(fù)合膜，其光學(xué)照片如圖1所示，掃描電子顯微鏡照片如圖2所示，a為底部，b為頂部。
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