一种泡沫碳制备方法及其应用

1.本发明涉及海水淡化和净化水相关的技术领域，具体的是，涉及一种简单低成本的泡沫碳的制备方法及其应用。


背景技术：

2.传统的海水淡化技术主要有多级闪蒸，反渗透，电渗析等，虽然这些工艺较为成熟，但普遍存在着对能源需求量大，净化过程伴随着污染的产生等问题，限制了其大规模的应用。考虑到当前严峻的淡水资源短缺及化石能源日益消耗的问题，利用可持续的太阳能进行界面蒸发用于海水淡化获取水资源极具发展潜力。这种直接式的太阳能蒸馏方式装置简单、可移动，无需太阳能以外的能量输入，并且可以有效的去除海水中的盐等无机离子，细菌和非挥发性物质，具有极大的应用前景。
3.其中，高性能光热转化材料的开发是实现高效太阳能界面蒸发海水淡化的关键技术，近年来，等离子体纳米颗粒，石墨烯，聚合物，半导体等被广泛报道用于太阳能海水淡化。然而这些材料通常涉及到高成本或者复杂的制备步骤(水热反应，冷冻干燥，等离子体处理等)，严重限制了太阳能海水淡化的规模化发展。
4.在这种背景下，通过简单的合成方法，制备低成本、无污染、机械性能强、具有高太阳能光热转换效率的蒸发材料十分重要。


技术实现要素：

5.在界面蒸发海水淡化现有的技术中，为提高材料的光热转换性能，会使用碳纳米管、石墨烯、金属基等高成本材料，这限制了界面蒸发海水淡化的规模化利用。本发明通过利用低成本、环境友好的生物发酵法制备多孔泡沫碳，用于海水淡化领域。
6.一种简单便捷的孔结构可调节的泡沫碳制备方法，以低成本的面粉作为原材料，经发酵形成微孔结构、高温固化、高温碳化制成泡沫碳：
7.本发明所达到的有益效果是：
8.(1)本发明高温固化的加热条件均在空气条件下进行，不需要真空条件；
9.(2)本发明再高温碳化过程中所用气体为空气，不需要惰性气体；
10.(3)制备的泡沫碳可用于界面海水淡化和污水净化等水处理领域。
11.本发明的界面蒸发海水淡化领域多孔材料的制备方法，操作简单方便，处理时间短，无环境和人体健康风险。
附图说明
12.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
13.图1是泡沫碳用于界面海水淡化。
14.图2是泡沫碳用于污水净化。
具体实施方式
15.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
16.实施例
17.一种泡沫碳制备方法，包括如下步骤：
18.s1、将酵母搅拌完全溶解于温水中；
19.s2、将酵母液与面粉按100：0.5的比例混合，使其成为柔性的三维前驱体结构；
20.s3、将前驱体于30-45℃水浴条件下发酵；
21.s4、待发酵完成后，转移至150-200℃烘箱中加热使前驱体固化成型；
22.s5、将固化的前驱体放入烘箱中干燥后，移至马弗炉中，于空气氛围下，升至200～1200℃后，加热30-180min；
23.s6待冷却后即可得到泡沫碳。制备的泡沫碳孔径范围2-200nm，比表面积约900-1000m2/g。
24.泡沫碳用于界面海水淡化
25.将泡沫碳制备成方块型，用于海水淡化系统中；
26.将聚乙烯塑料中心裁孔；
27.于空心的聚乙烯塑料的孔下方放入吸水海绵；
28.将泡沫碳放在聚乙烯塑料的孔中，位于吸水海绵上面；
29.将组合体系放到装有海水的容器水面上，放入蒸馏水收集装置中；
30.将装置放在氙灯模拟太阳光下照射材料和水面，进行光照1h，环境温度为27℃，水体温度为22℃，收集蒸发出的蒸汽；
31.待光照结束后，测试收集的水的盐去除率；如图1所示，钠离子基本被去除，蒸馏水浓度低于0.1ppm，远低于世界卫生组织的标准。
32.泡沫碳用于污水净化
33.将泡沫碳制备成方块型，用于海水淡化系统中；
34.将与烧杯直径大小的聚乙烯塑料中心裁孔；
35.于空心的聚乙烯塑料的孔下方放入吸水海绵；
36.将泡沫碳放在聚乙烯塑料的孔中，位于吸水海绵上；
37.将组合体系放到装有机染料废水的容器水面上，放入蒸馏水收集装置中；
38.将装置放在氙灯模拟太阳光下照射材料和水面，进行光照1h，环境温度为27℃，水体温度为22℃，收集蒸发出的蒸汽；
39.待光照结束后，测试收集的水的污染物去除率；如图2所示，罗丹明b、甲基橙和亚甲基蓝完全被去除。
40.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种泡沫碳制备方法，其特征在于，包括如下步骤：s1、将酵母搅拌完全溶解于温水中；s2、将酵母液与面粉混合，使其成为柔性的三维前驱体结构；s3、将前驱体于水浴条件下发酵；s4、待发酵完成后，转移至烘箱中加热使前驱体固化成型；s5、将固化的前驱体放入烘箱中干燥后，移至马马弗炉中，于空气氛围下，升至200～1200℃后，加热；s6待冷却后即可得到泡沫碳。2.权利要求1所述的泡沫碳在界面海水淡化中的应用。3.如权利要求2所述的应用，其特征在于，将泡沫碳放在聚乙烯塑料的孔中，位于吸水海绵上面，在阳光下光照进行海水淡化处理。4.权利要求1所述的泡沫碳在污水净化中的应用。5.如权利要求4所述的应用，其特征在于，将泡沫碳放在聚乙烯塑料的孔中，位于吸水海绵上面，在阳光下光照进行污染物处理。

技术总结
本发明公开了一种泡沫碳制备方法及其应用，该方法以低成本的面粉作为原材料，经发酵形成微孔结构、高温固化、高温碳化制成泡沫碳：本发明高温固化的加热条件均在空气条件下进行，不需要真空条件；本发明再高温碳化过程中所用气体为空气，不需要惰性气体；制备的泡沫碳可用于界面海水淡化和污水净化等水处理领域。本发明的界面蒸发海水淡化领域多孔材料的制备方法，操作简单方便，处理时间短，无环境和人体健康风险。人体健康风险。人体健康风险。


技术研发人员：李朝林 王文辉 吴兆基 苏闯建
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学（深圳）
技术研发日：2022.03.07
技术公布日：2023/9/20