一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料及其制备方法与应用

1.本发明涉及光热材料工程技术领域，具体涉一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料及其制备方法与应用。


背景技术：

2.人口增长与淡水短缺之间的矛盾已成为二十一世纪最具挑战性的问题之一。估计表明，到2025年，生活在缺水地区的人口可能增加到39亿。因此，有效开发淡水资源已成为一个重要的研究课题。
3.近年来，太阳能作为一种可再生和清洁能源，在海水淡化、废水净化和大规模发电等方面有着广泛的应用，太阳能界面光热蒸发技术通过光热材料将太阳能吸收转化为热能，并集中在水表面，加热表面水层，提高水蒸发速率，为解决全球淡水资源短缺问题提供了一种有效途径。
4.与此同时，在城市化、工业化发展的过程中，抗生素等一些新型有机物在自然水环境中的出现引起了社会的广泛关注，因其持久性、累积性、迁移性的特征更为明显，治理难度远超传统污染物。光催化技术由于其能源清洁催化效率高被认为是解决水污染问题的最有应用前景的技术之一。
5.目前关于光热蒸发与光催化的研究主要集中在提高光热蒸发效率或光催化性能方面。公开号为cn 115710821a的发明专利申请公开了一种光热转换纺织品、其制备方法及其应用。该发明将具有功能单体的改性纺织品用接枝聚合法将中间单体接枝在纺织品基材上，通过原位氧化还原改性使功能单体与中间单体进行原位聚合反应，得到光热转换纺织品。然而，该发明方法得到的光热转换纺织品不具备光催化降解功能。
6.公开号为cn 115159606a的发明专利申请公开了一种mof衍生金属氧化物/c复合材料，该材料同时具有光热水蒸发和催化降解功能，但是未在吸收蒸发器上实现协同。公开号为cn 115745050a的发明专利申请公开了一种上层光热层、下层光催化层的脱木质素木材污水处理材料，虽然该材料同时具有光热蒸发和光催化性能，但是该发明没有体现二者的协同效应。
7.因此，如何通过功能材料的开发与合理的结构设计，探索光热蒸发材料和光催化材料之间的相互作用关系，阐明二者之间的协同机制，实现高效的功能集成，仍然具有挑战性。因此，开发一种新的方法，使得光热蒸发材料和光催化材料能够实现有效的功能和结构上的协同。充分发挥材料的优势，对实现持续、稳定、高效的太阳能界面光热蒸发应用至关重要。


技术实现要素：

8.为解决上述问题，本发明提供了一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备方法。该方法通过分别将光热材料原位聚合和光催化微纳米粒子材料原位沉积在
3d蜂窝织物表面，得到了具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。该方法简单，并且可以实现大面积连续制备，对设备及环境的要求较低，具有广阔的工业化应用前景。
9.一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备方法，包括以下步骤：
10.(1)将蜂窝织物用乙醇水溶液超声处理后浸渍在含有儿茶酚基团的化合物溶液中，进行原位自聚合反应，烘干，得到蜂窝织物a；
11.(2)将蜂窝织物a浸渍在氧化溶液中，之后浸渍在具有光热转换性能的化合物溶液中，进行原位氧化聚合反应，烘干，得到蜂窝织物b；
12.(3)将蜂窝织物b浸渍在聚丙烯酸钠溶液中，烘干，得到浸渍有聚丙烯酸钠溶液的蜂窝织物b，之后将具有光催化性能的纳米粒子分散液原位沉积在浸渍有聚丙烯酸钠溶液的蜂窝织物b上，烘干，得到具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
13.本发明以3d蜂窝织物为载体，分别将光热材料原位聚合、光催化微纳米粒子材料原位沉积在3d蜂窝织物上，制备具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。本发明选择的3d蜂窝织物具有周期凹面阵列结构，可以实现对流热和辐射热的捕光和回收，同时本发明选择的光催化微纳米粒子材料具有微观纳米花层状结构，具有较大的比表面积，使得光在织物表面进行再次反射和吸收，从而实现能量损失最小化，进一步提高了光吸收能力。具有周期凹面阵列结构的3d蜂窝织物和具有微观纳米花层状结构的光催化微纳米粒子在结构上的协同使得本发明制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有优异的光吸收能力，实现了结构上的协同。
14.本发明选择的光催化微纳米粒子材料对水体污染物具有强的降解作用，同时本发明的光催化微纳米粒子材料在光的照射下产生光生载流子，3d蜂窝织物的凹面阵列与微观纳米花层状结构的光催化微纳米粒子协同产生的优异的光吸收能力可以为光生载流子的传输提供动能，进而与水体作用产生超氧自由基和羟基自由基，进一步促进了污染组分的光催化降解。光催化微纳米粒子材料本体的催化降解作用与光照下产生的光生载流子对水体的催化降解作用在性能上相协同，使得本发明制备的双功能蜂窝织物材料具有优异的光催化降解能力。在太阳光的照射下，通过织物光热转化表面产生热量促使水分蒸发，同时有机污染物随水输送到织物进行光热催化降解，实现有机污染水中有机污染物的降解及清洁水的获取。
15.优选地，步骤(1)中，所述的蜂窝织物为3d蜂窝织物，具有边长为10*8mm，深度为8mm的周期凹面阵列结构。
16.本发明选择的3d蜂窝织物比表面积大，孔隙率高，能够高效传输水，透气性好，有利于蒸汽的有效扩散。此外，3d蜂窝织物表面的周期凹面阵列结构可以实现光的多重反射，具有优异的光吸收能力，同时3d蜂窝织物的一体化结构稳定，方便后续调控光催化微纳米粒子在蜂窝织物材料结构表面的负载程度，进一步提高微纳米材料的光催化能力。
17.优选地，步骤(1)中，所述的乙醇水溶液中乙醇与水的体积比为1:1-3:1，所述的超声处理时间为30min-1h。
18.优选地，步骤(1)中，所述的含有儿茶酚基团的化合物溶液中的溶质为邻甲氧基酚、3,4-二羟基苯丙氨酸、多巴胺及其衍生物中的一种，溶剂为三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液(tris-hcl缓冲溶液)，所述三羟甲基氨基甲烷-盐酸缓冲溶液的ph为8-8.5。
19.优选地，步骤(1)中，所述的含有儿茶酚基团的化合物溶液的浓度为1-100mmol/l。
20.更优选地，步骤(1)中，所述的含有儿茶酚基团的化合物溶液中的溶质为多巴胺，多巴胺溶液的浓度为1-100mmol/l。
21.优选地，步骤(1)中，所述的原位自聚合反应的时间为3-12h。
22.多巴胺是贻贝和其他海洋生物分泌的粘附蛋白的关键功能元素，可以在几乎任何表面聚合形成聚多巴胺层，多巴胺含有丰富的邻苯二酚和胺官能团，作为粘合剂对织物表面可以有很强的附着力，可以增强光热材料与织物之间的结合力，提高光热材料在基底上的稳定性。
23.优选地，步骤(2)中，所述的氧化溶液为氯化铁溶液、过硫酸铵溶液中的一种或两种。
24.优选地，步骤(2)中，所述的氧化溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述的蜂窝织物a在氧化溶液中的浸渍时间为30min-1h。
25.更优选地，步骤(2)中，所述的氧化溶液为氯化铁溶液，所述氯化铁溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述的蜂窝织物a在氯化铁溶液中的浸渍时间为30min-1h。
26.将蜂窝织物a浸渍在氯化铁溶液中，氯化铁作为氧化剂，后续可以引发光热转换性能的化合物单体在织物表面发生原位氧化聚合反应，从而制备得到蜂窝织物b。
27.优选地，步骤(2)中，所述的具有光热转换性能的化合物溶液中的溶质为吡咯、n-乙烯基吡咯、3-戊酰基吡咯或3-十二酰基吡咯中的一种，溶剂为氯仿或二氯甲烷中的一种。
28.优选地，所述的具有光热转换性能的化合物溶液的浓度为0.1-1mol/l。
29.更优选地，步骤(2)中，所述的具有光热转换性能的化合物溶液中的溶质为吡咯，溶剂为氯仿，吡咯溶液的浓度为0.1-1mol/l。
30.优选地，步骤(2)中，所述的原位氧化聚合反应的温度为10-30℃，时间为2-6h。
31.吡咯单体在织物表面发生原位氧化聚合反应生成聚吡咯，聚吡咯作为一种黑色导电聚合物，结构稳定，在全光谱范围内具有优异的吸光能力和出色的光热转换能力，能够通过非辐射弛豫和分子振动将入射光子转换成热量，结构可控且与基底材料能够稳定结合。
32.优选地，步骤(3)中，所述的聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.1-2g/l。
33.优选地，步骤(3)中，所述的浸渍温度为10-30℃，时间为5-10min。
34.优选地，步骤(3)中，所述的具有光催化性能的纳米粒子分散液为水滑石分散液，所述的水滑石分散液中的水滑石为镍铁水滑石、钴铁水滑石或锌铁水滑石中的一种，溶剂为水、乙醇、乙二醇或丙三醇中的一种或多种。
35.水滑石作为一种层状双金属氢氧化物，因其结构组成可调，比表面积大，化学性质稳定等特点被广泛应用于催化等领域，而聚丙烯酸钠通过静电相互作用可以将水滑石与基底材料更好的结合。
36.优选地，步骤(3)中，所述的水滑石分散液的浓度为1-5mg/ml。
37.更优选地，步骤(3)中，所述的水滑石分散液中的水滑石为镍铁水滑石，溶剂为水，镍铁水滑石分散液的浓度为1-5mg/ml。
38.优选地，所述的水滑石分散液中水滑石的形貌为棒状、球状或纤维状。为增大表面积，更优选地，所述的水滑石的形貌为球状。
39.优选地，步骤(3)中，所述的具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料上水滑石的负载量为5-25mg。
40.更优选地，步骤(3)中，所述的具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料上水滑石的负载量为15-20mg。此水滑石负载量的双功能蜂窝织物同时具有较高的光热蒸发速率和污染物降解能力。
41.优选地，步骤(1)-(3)中，所述的烘干温度为30-70℃，时间为1-3h。
42.本发明还提供了一种由上述制备方法制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。该光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有周期凹面阵列结构，其上负载具有光热转换性能和光催化性能的材料，可以实现光的多重反射，具有优异的光吸收能力和光催化降解能力。
43.优选地，所述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有边长为10*8mm，深度为8mm的周期凹面阵列结构。该结构的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料可以实现光的多重反射，进一步提高光吸收能力。
44.本发明还提供了上述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料在太阳能光热制水和污水降解领域中的应用。本发明的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有优异的光吸收能力和光催化降解能力，在太阳能光热制水以及污水降解领域中具有良好的应用前景。
45.本发明的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有宽光谱吸收范围(250nm-2500nm)，光吸收度大于96％，光热转换性能大于90％，对水的蒸发速率不低于1.85kg/(m2*h)，在太阳能光热制水领域应用前景广阔。
46.本发明的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料对多种水体污染物具有90％以上的催化降解率，适用于污水降解领域。
47.优选地，所述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料在降解四环素、土霉素、亚甲基蓝、苯酚、罗丹明的一种或多种混合体系中的应用。
48.与现有技术相比，本发明的有益效果至少在于：
49.(1)本发明提供了一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备方法。该方法通过将光热材料原位聚合和光催化微纳米粒子材料原位沉积在3d自支撑蜂窝织物表面，制备了具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。本发明解决了界面蒸发过程中光热蒸发和光催化性能不能有效的实现功能和结构协同的关键科学和技术问题，为实际复杂水体的稳定持续太阳能光热制水提供有效解决途径。本发明方法简单，并且可以实现大面积连续制备，对设备及环境的要求较低，具有广阔的工业化应用前景。
50.(2)本发明制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料通过蜂窝织物的周期凹面阵列结构与水滑石微观纳米花层状结构实现了光的多重反射和吸收，实现了能量损失最小化，使得制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料可以对光进行优异的捕捉与吸收，具有宽光谱吸收范围(250nm-2500nm)，光吸收度大于96％，光热转换性能大于90％，对水的蒸发速率不低于1.85kg/(m2*h)，为实际淡水资源的获取提供有力条件，在太阳能光热制水领域应用前景广阔。
51.(3)本发明制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料中水滑石在光的照射下产生光生载流子，同时本发明的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的优异光吸收能力为光生载流子的传输提供动能，进而与水体作用产生超氧自由基和羟基自由基，协同水滑石本身的催化降解作用，使得双功能蜂窝织物材料具有优异的光催化性能，实
现了多种污染组分的光催化降解。本发明的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料对多种污染物具有90％以上的催化降解率，在污水降解领域中具有良好的应用前景。
附图说明
52.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
53.图1为实施例1中不同蜂窝织物的数码图，其中图1a为原始蜂窝织物的数码图；图1b为聚多巴胺蜂窝织物的数码图；图1c为聚吡咯蜂窝织物的数码图；图1d为光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的数码图。
54.图2为实施例1中不同蜂窝织物的扫描电子显微镜图，其中图2a为原始蜂窝织物的扫描电子显微镜图；图2b为聚多巴胺蜂窝织物的扫描电子显微镜图；图2c为聚吡咯蜂窝织物的扫描电子显微镜图；图2d为光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的扫描电子显微镜图。
55.图3为实施例1中不同蜂窝织物的接触角测试图，其中图3a为蜂窝织物的接触角测试图；图3b为光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的接触角测试图。
56.图4为实施例1中的蜂窝织物以及光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的紫外-可见光-红外光谱图。
57.图5为实施例1中的蜂窝织物以及光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的傅里叶红外图。
58.图6为实施例1和实施例3中的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料在不同镍铁水滑石负载量下的水蒸发质量随时间变化图。
59.图7为实施例1和实施例3中不同镍铁水滑石负载量的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的催化降解率图。
60.图8为实施例2、对比例1和对比例2中不同蜂窝织物的水蒸发质量随时间变化图。
具体实施方式
61.鉴于现有技术的缺陷，本案发明人经长期研究和大量实践，得以提出本发明的技术方案，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
62.本发明实施例制备光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的步骤如下：
63.(1)将蜂窝织物用乙醇水溶液超声处理后，浸渍在多巴胺-三羟甲基氨基甲烷-盐酸的缓冲溶液中，进行原位自聚合反应，烘干，得到蜂窝织物a，即聚多巴胺蜂窝织物；
64.(2)将聚多巴胺蜂窝织物浸渍在氯化铁溶液中，之后再浸渍在吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应，烘干，得到蜂窝织物b，即聚吡咯蜂窝织物；
65.(3)将聚吡咯蜂窝织物浸渍在聚丙烯酸钠溶液中，随后放入烘箱干燥，得到浸渍有聚丙烯酸钠的聚吡咯蜂窝织物，将水滑石纳米花水溶液原位沉积在浸渍有聚丙烯酸钠溶液
的聚吡咯蜂窝织物上，烘干，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
66.实施例1
67.本实施例中的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备步骤如下：
68.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
69.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
70.(3)将聚吡咯蜂窝织物在1g/l聚丙烯酸钠溶液中浸渍5min，烘干，得到浸渍有聚丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物，将含4ml的5mg/ml镍铁水滑石纳米花水溶液喷涂在浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物上，放置在60℃烘箱干燥1h，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
71.对所得的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的微观形貌、接触角、吸收度、蒸发性能和催化性能进行表征测试。图1a、图1b、图1c和图1d分别为本实施例的蜂窝织物、聚多巴胺蜂窝织物、聚吡咯蜂窝织物以及光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的数码图，在宏观尺度上可以看出四种织物有明显的颜色变化，蜂窝织物为白色，聚多巴胺蜂窝织物为黄色，聚吡咯蜂窝织物为黑色，光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物仍为黑色。
72.图2a、图2b、图2c和图2d分别为本实施例的蜂窝织物、聚多巴胺蜂窝织物、聚吡咯蜂窝织物以及光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的扫描电子显微镜图。可以看出，蜂窝织物表面光滑，聚多巴胺蜂窝织物表面均匀聚合、聚吡咯织物表面均匀聚合且表面粗糙度增大，光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物表面水滑石分散均匀。
73.图3a为本实施例的蜂窝织物的接触角测试图，图3b为本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的接触角测试图，由图3a和图3b可知，采用本实施例的方法由疏水性的蜂窝织物制备得到了亲水性的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物。
74.图4为本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的紫外-可见光-红外光谱图，由图4可知，本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的吸收度为96％。图5为本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的傅里叶红外图，由图5可知，本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的红外发射率为98％，计算可得其光热转换效率为92.87％。
75.图6为本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的水蒸发质量随时间变化图。具体的，将本实施制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率为2.01kg/(m2*h)。
76.图7为本实施例制备的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物对四环素的催化降解率图。对四环素进行催化降解测试，一个太阳光照下，催化降解率为91.7％。
77.实施例2
78.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
79.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应，原位氧化聚合反应时间分别为30min、1h、2h、3h、6h、12h、24h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
80.本实施例考察了不同的原位氧化聚合反应的时间对聚吡咯蜂窝织物水蒸发质量的影响。将制备得到的聚吡咯蜂窝织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率为分别达为1.40、1.52、1.70、1.74、1.71、1.67、1.63kg/(m2*h)，这是因为合适的反应时间(2h、3h、6h)可使吡咯均匀聚合，反应时间过短(30min、1h)使得反应不完全，而过长的反应时间(12h、24h)会导致斑块脱落。
81.本实施例在氧化聚合反应时间为3h时制备得到的聚吡咯蜂窝织物的蒸发速率(1.74kg/(m2*h))，远低于实施例1中制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物(2.01kg/(m2*h))，这说明镍铁水滑石纳米花水溶液的加入提高了蜂窝织物的蒸发速率，证实了镍铁水滑石与蜂窝织物之间存在结构上的协同作用。
82.实施例3
83.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
84.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
85.(3)将聚吡咯蜂窝织物在1g/l聚丙烯酸钠溶液中浸渍5min，烘干，得到浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物，将含0mg、5mg、10mg、15mg、20mg、25mg的镍铁水滑石纳米花的水溶液分别喷涂在浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物上，放置在60℃烘箱干燥1h，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料.
86.将本实施例制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，本实施例制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的蒸发速率如图6所示，分别为1.74、1.86、1.89、2.00、2.01、1.96kg/(m2*h)，水蒸发质量随镍铁水滑石负载量的增大先增大后减小，这是由于负载适量的水滑石可以增大织物表面的粗糙度，有效回收热对流和辐射热损失，从而提高光热转换效率和光热蒸发速率，实现性能提升。对负载有10mg、15mg、20mg的镍铁水滑石的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物进行催化降解测试，本实施例以四环素为例，得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物的催化降解率如图7所示，分别为76.6％、82.7％、91.7％，15-20mg的水滑石负载量的光热蒸发和
光催化协同的双功能蜂窝织物实现了在具有高蒸发效率的同时具有优异污染物降解能力。
87.实施例4
88.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
89.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
90.(3)将聚吡咯蜂窝织物在1g/l聚丙烯酸钠溶液中浸渍5min，烘干，得到浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物上，将含4ml的5mg/ml钴铁水滑石纳米花水溶液喷涂在浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
91.本实施例采用钴铁水滑石制备光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。将本实施例制备得到的织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率为1.97kg/(m2*h)；对四环素进行催化降解测试，一个太阳光照下，催化降解率为90.3％。
92.实施例5
93.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
94.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
95.(3)将聚吡咯蜂窝织物在1g/l聚丙烯酸钠溶液中浸渍5min，烘干，得到浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物，将含4ml的5mg/ml锌铁水滑石纳米花水溶液喷涂在浸渍有丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物上，放置在60℃烘箱干燥1h，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
96.本实施例采用锌铁水滑石制备光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。将本实施例制备得到的织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率为1.97kg/(m2*h)；对四环素进行催化降解测试，一个太阳光照下，催化降解率为84.6％。
97.对比例1
98.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将平面织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出平面织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺平面织物。
99.(2)将所述聚多巴胺平面织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在
氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出平面织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯平面织物。
100.将本对比例制备得到的聚吡咯平面织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率如图8所示，为1.33kg/(m2*h)，相比较蜂窝织物，同等厚度下的平面织物水蒸发效率显著降低，证明蜂窝织物的凹面阵列结构对光有一定的捕获和吸收能力，有效减少能量损失。
101.对比例2
102.首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声处理30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
103.将本对比例制备得到的聚多巴胺蜂窝织物放在亲水无纺布包裹的聚苯乙烯泡沫上，构建光热蒸发器，置于电子天平上，对织物进行蒸发测试，一个太阳光照下，蒸发速率如图8所示，为1.16kg/(m2*h)，相比较聚吡咯蜂窝织物，聚多巴胺蜂窝织物光热吸收转换能力低于聚吡咯蜂窝织物。
104.对比例3
105.(1)首先配置0.1mol/l的tris-hcl溶液，取水定容超声混合均匀后得到ph为8.5的tris-hcl缓冲溶液。将蜂窝织物用体积比为1:1乙醇水溶液超声30min后，浸渍在10mmo/l的多巴胺-tris-hcl缓冲溶液中，进行原位自聚合反应12h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱中干燥1h，得到聚多巴胺蜂窝织物。
106.(2)将聚多巴胺蜂窝织物在0.5mol/l氯化铁溶液中浸渍30min，之后再浸渍在氯仿为溶剂的0.2mol/l的吡咯溶液中，进行原位氧化聚合反应3h，反应结束后取出蜂窝织物，放置在60℃烘箱干燥1h，得到聚吡咯蜂窝织物。
107.(3)直接将含4ml的5mg/ml镍铁水滑石纳米花水溶液喷涂在浸渍有聚丙烯酸钠溶液的聚吡咯蜂窝织物上，放置在60℃烘箱干燥1h，得到光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。
108.本对比例考察聚丙烯酸钠溶液对制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料性能的影响。本对比例制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料中水滑石与蜂窝织物间相互作用力较弱，容易脱落，无法进行定量性能测试。
109.应当指出，以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将蜂窝织物用乙醇水溶液超声处理后浸渍在含有儿茶酚基团的化合物溶液中，进行原位自聚合反应，烘干，得到蜂窝织物a；(2)将蜂窝织物a浸渍在氧化溶液中，之后浸渍在具有光热转换性能的化合物溶液中，进行原位氧化聚合反应，烘干，得到蜂窝织物b；(3)将蜂窝织物b浸渍在聚丙烯酸钠溶液中，烘干，得到浸渍有聚丙烯酸钠溶液的蜂窝织物b，之后将具有光催化性能的纳米粒子分散液原位沉积在浸渍有聚丙烯酸钠溶液的蜂窝织物b上，烘干，得到具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的含有儿茶酚基团的化合物溶液中的溶质为多巴胺，多巴胺溶液的浓度为1-100mmol/l，所述的原位自聚合反应的时间为3-12h。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的氧化溶液为氯化铁溶液，所述氯化铁溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述的蜂窝织物a在氯化铁溶液中的浸渍时间为30min-1h。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的具有光热转换性能的化合物溶液中的溶质为吡咯，溶剂为氯仿，吡咯溶液的浓度为0.1-1mol/l，所述的原位氧化聚合反应的温度为10-30℃，时间为2-6h。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的聚丙烯酸钠溶液的浓度为0.1-2g/l，所述的浸渍温度为10-30℃，时间为5-10min。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的具有光催化性能的纳米粒子分散液为水滑石分散液，所述的水滑石分散液中的水滑石为镍铁水滑石、钴铁水滑石或锌铁水滑石中的一种，溶剂为水、乙醇、乙二醇或丙三醇中的一种或多种，所述的水滑石分散液的浓度为1-5mg/ml。7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料上水滑石的负载量为5-25mg。8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法制备得到的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。9.根据权利8所述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料，其特征在于，所述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料具有边长为10*8mm，深度为8mm的周期凹面阵列结构。10.根据权利要求8或9所述的光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料在太阳能光热制水和污水降解领域中的应用。

技术总结
本发明公开了一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料的制备方法，通过将光热材料原位聚合和光催化微纳米粒子材料原位沉积在3D蜂窝织物表面，制备得到了具有光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料。所述的光催化微纳米粒子材料为具有纳米花层状结构和较大比表面积的水滑石。本发明还提供了一种光热蒸发和光催化协同的双功能蜂窝织物材料及其应用。本发明解决了界面蒸发过程中光热蒸发和光催化性能不能有效的实现功能和结构协同的关键科学和技术问题，制备得到的双功能蜂窝织物材料具有优异的光吸收能力和催化降解能力，实现了结构和功能上的协同，在太阳能光热制水以及污水降解领域中具有广阔的应用前景。制水以及污水降解领域中具有广阔的应用前景。制水以及污水降解领域中具有广阔的应用前景。


技术研发人员：陈涛 张艺 谷金翠
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/10/8