基于ZnMo多合簇的自修复聚合物光热材料及制备方法

    技术2025-04-27  46


    本发明属于纳米光热材料,具体涉及基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,还涉及基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料。


    背景技术:

    1、随着科技的飞速发展,传统的海水淡化技术存在诸如淡化成本较高、能量消耗巨大、“碳排放”得不到有效控制等弊端。太阳能界面水蒸发系统作为一种新一代海水淡化技术,具有环境友好、高效节能、适应性强等优点,可减少对化石能源的依赖。对缓解能源危机、减少水污染、促进海水淡化具有重要意义。金属有机框架(mof)材料,因其具有高效的光热转化性能、近红外吸收特性、多孔性和大比表面积、制备简单成本低等特点,成为未来光热水蒸发优异的材料。

    2、双金属位点的金属有机框架(mof)是一类特殊的mof材料,其中包含两种不同金属元素的活性位点,这些位点通常通过有机配体桥联或直接在mof的结构中相邻存在。这类材料的设计和合成旨在结合并优化两种金属的催化性能,通过金属间的协同效应来提升催化活性、选择性和稳定性。由于其特殊结构以及结构的可调控性,使得其催化性能、光吸收性能大幅提升。

    3、目前制备光热材料高昂的生产成本,限制了它们的大规模商业化应用。此外,这些材料的使用寿命通常较短,在长期的光照、温度变化和其他环境因素的影响下容易发生物理或化学降解,从而降低了光热转换效率。频繁更换这些材料不仅增加了经济负担,还产生了大量的废弃物,对环境造成了负面影响。没有达到简洁,绿色的理念,本实验针对以上缺点进行改进,采用环保、简洁、可控制的水热法,制备出一种高性能、自修复聚合物光热材料。


    技术实现思路

    1、本发明的目的是提供基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,解决了现有光热材料光热转换效率低的问题。

    2、本发明的目的还在于提供基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料。

    3、本发明所采用的技术方案是,基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,具体操作步骤如下:

    4、步骤1,水热法制备znmo多合簇光热材料前驱体:将二水合柠檬酸锌、钼酸、2-巯基-5-甲氧基苯并咪唑的混合物溶解于n,n-二甲基甲酰胺中,将混合溶液密封在25ml聚四氟乙烯衬里的反应器中,放入磁子,磁力搅拌,直至混合均匀;

    5、步骤2,将反应器装入高压釜中,并在高温烘箱中烘干,反应器冷却至室温后,用n,n-二甲基甲酰胺洗涤,洗去杂质,然后干燥,获得蓝黑色晶体,得到产物a;

    6、步骤3,将产物a放入烘箱中进行干燥,并用研钵将其研碎,得到znmo多合簇光热材料,即粉末b;

    7、步骤4,高温搅拌法制备聚合物:将六亚甲基二异氰酸脂、聚四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺溶解在圆底烧瓶中,再滴加3滴二月桂酸二丁基锡,搭建在油浴磁力搅拌器上,70℃油浴反应4~5h,4~5h后加入尿素(溶解于少量n,n-二甲基甲酰胺)继续反应4~5h,得到聚合物,即聚合物c;

    8、步骤5,将粉末b与聚合物c比例为1:10进行共混,组装成光热水蒸发器,用于实际水体的海水淡化。

    9、本发明的特点还在于,

    10、步骤1中二水合柠檬酸锌、钼酸、2-巯基-5-甲氧基苯并咪唑的摩尔比为0.27:2.1:3.0。

    11、步骤2中高温烘箱的温度为140~160℃,时间应为72~96小时。

    12、步骤2中干燥温度为60~80℃,时间应为12~24小时。

    13、步骤3中粉体在研钵中研磨的时间应为10~20min。

    14、步骤4中油浴加热时间为8h~10h。

    15、步骤5制备出znmo多合簇的自修复聚合物光热材料用于实际水体的海水淡化。

    16、本发明所采用的第二种技术方案是:基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料,利用基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法制得。

    17、本发明采用简单、绿色,化学水热法制备znmo多合簇,并与聚合物共混,形成独特的聚合物网络。该样品具备高的比表面积,低密度,超轻,价格低,高性能等特点,多金属位点为太阳光的吸收提供了丰富的路径,且与聚合物形成独特的网络,增强其自修复能力与光吸收能力,得到了一种理想的光热转换材料。

    18、本发明的有益效果是:

    19、(1)本发明采用环保、简便、可控制的化学制备工艺,水热法合成了znmo多合簇光热材料,将znmo多合簇光热材料与聚合物混合,得到高光热强度、且能自修复的光热材料。

    20、(2)本发明制备的znmo多合簇聚合物光热材料在氙灯照射下表现出优良的光热转换性能。将氙灯调至一个太阳光强并进行1h的光照,光热粉体材料达到最高温度85℃,znmo多合簇的自修复聚合物光热材料达到102℃,说明样品具有优异的光热转换能力。

    21、(3)制备出的自修复聚合物光热材料用于实际水体的海水淡化。

    22、(4)本发明可以通过更换实验条件,如温度、反应时间等,使合成方式更加简便。



    技术特征:

    1.基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,在水热法的条件下,引入二水合柠檬酸锌、钼酸以及2-巯基-5-甲氧基苯并咪唑配体作为原料之一,通过对其改性制备了znmo多合簇光热材料前驱体,然后通过洗涤,高温退火反应,冷却室温,得到znmo多合簇光热材料粉体,将其与聚合物共混,制备出自修复光热水蒸发材料。

    2.根据权利要求1所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,具体操作步骤如下:

    3.根据权利要求2所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,步骤1所述二水合柠檬酸锌、钼酸、2-巯基-5-甲氧基苯并咪唑的摩尔比为0.27:2.1:3.0。

    4.根据权利要求3所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,步骤2所述高温烘箱的温度为140~160℃,时间应为72~96h。

    5.根据权利要求2所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,步骤2所述干燥的温度为60~80℃,时间应为12~24h。

    6.根据权利要求2所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,步骤3中粉体在研钵中研磨的时间应为10~20min。

    7.根据权利要求2所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,步骤4中油浴加热时间为8h~10h。

    8.根据权利要求2所述的基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,其特征在于,步骤4所述尿素需预先溶解在n,n-二甲基甲酰胺中。

    9.基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料,其特征在于,采用权利要求1-8任一项所述基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法制得。

    10.根据权利要求9所述得基于znmo多合簇的自修复聚合物光热材料,其特征在于,所述自修复聚合物光热材料用于实际水体的海水淡化。


    技术总结
    本发明公开了基于ZnMo多合簇的自修复聚合物光热材料的制备方法,在水热法的条件下,引入二水合柠檬酸锌、钼酸以及2‑巯基‑5‑甲氧基苯并咪唑配体作为原料之一,通过对其改性制备了ZnMo多合簇光热材料前驱体,然后通过洗涤,高温退火反应,冷却室温,得到ZnMo多合簇光热材料粉体,将其与聚合物共混,制备出自修复光热水蒸发材料。本发明通过水热法得到ZnMo多合簇光热材料前驱体,并与聚合物共混形成特殊结构网络,进而得到高性能,稳定性高,具有自愈合的光热材料。其达到一个太阳下光热效率达到102℃,且10分钟可以实现自愈合。是一种操作简单方便,绿色安全,重复性好,效率高的制备光热材料的有效方法。

    技术研发人员:康祎璠,张凯歌,黄文欢,王博锟,张亚男,马嘉呈,崔沛玉
    受保护的技术使用者:陕西科技大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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