一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法及其应用

本发明涉及光热材料制备，具体涉及一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法及其应用。

背景技术：

1、随着工业的快速发展和人口的增长，饮用水的短缺和污染已成为未来可持续发展的巨大挑战和严重威胁。水资源受到了无机、有机和其他有毒污染物的污染。因此，淡水短缺也已成为对经济发展和人类生存的严重威胁。预计到2050年，全球水需求将增加55％，这将导致世界上40％的人口面临缺水。因此，使用清洁和可再生能源来生产淡水和净化水资源是必不可少的，阳光作为一种有前途的无限能源，可通过蒸汽产生、净化和蒸馏来生产淡水。

2、在太阳能驱动界面蒸发(ssg)系统中，使用了由光热材料和支撑基底分别作为顶层和底层组成了太阳能蒸汽发生器。光热材料将太阳光转化为热，基底同时向光热层传输水以产生蒸汽。支撑衬底应具有低热导率以将热量集中在蒸发器表面，以及良好的水传输能力以连续地为光热层提供水，加之为了很好地保持顶层光热材料，基底材料应具有优异的机械强度。此外，当基底材料长时间漂浮在海水上时，蒸发过程中盐晶体在光热蒸发界面上积累，导致太阳能蒸发器的阳光吸收部位堵塞，有效蒸发表面积减少，从而降低其稳定性和耐久性。因此，太阳能蒸汽发生器还应具有耐盐性能。幸运的是具有保温隔热、吸光性能好和耐盐的材料被大量研发解决了上述这些问题，进一步构建了耐盐性能。因此，开发探究新型高性能光热材料将成为今后研究的主要方向。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法及其在海水淡化和(含重金属离子或染料)废水净化处理方面的应用。

2、为了实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

3、一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

4、步骤一、共轭微孔聚合物的制备，具体包括如下步骤：

5、首先，将1,3,5-三乙炔基苯，1,3,5-三溴苯，cu i，pd(pph3)2c l2，pph3依次添加到装有甲苯和et3n的圆底烧瓶中；

6、然后，对圆底烧瓶进行密封并使用n2保护，并在油浴升温至90℃反应；反应结束后，圆底烧瓶冷却至室温，进行抽滤，依次使用氯仿、甲苯、水和甲醇清洗得到固体物；

7、最后，将得到的固体物置于索氏提取器中，使用甲醇抽提清洗，60℃真空干燥，得到共轭微孔聚合物，命名为cmp；

8、步骤二、磺化共轭微孔聚合物的制备，具体包括如下步骤：

9、首先，将ch2c l2加入圆底烧瓶并在冰浴中冷却至0℃，加入步骤一得到的cmp搅拌，随后加入含氯磺酸的ch2c l2，缓慢升温至室温持续搅拌；

10、然后，加入冰水终止反应，抽滤，并用大量水洗涤；

11、最后，在45℃下真空干燥得到产物磺化共轭微孔聚合物，命名为scmp；

12、步骤三、羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶的制备，具体包括如下步骤：

13、首先，配制一定浓度的羧甲基纤维素溶液(cmc)，再将步骤二得到的scmp与cmc进行物理掺杂，强烈搅拌后静置，消除气泡；

14、然后，放入冰箱-20℃冷冻后，在-50℃下冷冻干燥得到羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶，命名为cmc/scmp；

15、步骤四、聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备，具体包括如下步骤：

16、首先，配制溶液a：(nh4)2s2o8和去离子水依次添加到喷雾瓶中；配制溶液b：吡咯、异丙醇和植酸依次添加到喷雾瓶中；

17、然后，将溶液a和溶液b冷却至0℃后，将溶液b和a交替喷涂在cmc/scmp的顶表面上，确保被聚吡咯完全涂覆；

18、最后，在室温下反应后，用去离子水洗涤，并在60℃下干燥，获得聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料，命名为cmc/scmp-ppy。

19、作为优选，在步骤一中，所述1,3,5-三乙炔基苯和1,3,5-三溴苯的物质的量比为1:1。

20、作为优选，在步骤二中，所述共轭微孔聚合物和氯磺酸的质量(g)和体积(ml)比为

21、作为优选，在步骤三中，所述羧甲基纤维素和磺化共轭微孔聚合物的质量比为1.5：1。

22、作为优选，在步骤三中，将混合物匀速放入液氮中进行冷冻时，速度为3-5mm/mi n。

23、作为优选，在步骤三中，所述冷冻干燥的时间为24h。

24、作为优选，在步骤四中，吡咯和植酸的物质的量比为2：1。

25、本发明还提供上述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料在海水淡化和(含重金属离子或染料)废水净化处理方面的应用。

26、作为优选，是将一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料置于海水和(含重金属离子或染料)废水中，进行阳光照射。

27、本发明具有以下有益效果：本发明首先以磺化改性、物理掺杂、冷冻干燥和吡咯原位聚合为主要手段，介绍了可高效产生太阳能蒸汽的聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法。其次介绍了其在海水淡化和(含重金属离子或染料)废水净化处理方面的应用。通过对其应用的研究，初步认为本发明中制备的可高效产生太阳能蒸汽的聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料具有较高的太阳能转换效率、优异的耐盐和抗污性能，在未来的海水淡化和(含重金属离子或染料)废水净化处理方面具有一定的实际应用价值。

技术特征：

1.一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利1所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，在步骤一中，所述共轭微孔聚合物的制备包括如下步骤：

3.根据权利2所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述磺化共轭微孔聚合物的制备具体包括如下步骤：

4.根据权利3所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶的制备具体包括如下步骤：

5.根据权利4所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，在步骤四中，所述聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备具体包括如下步骤：

6.根据权利2所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，所述1,3,5-三乙炔基苯和1,3,5-三溴苯的物质的量比为1:1。

7.根据权利3所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，所述共轭微孔聚合物和氯磺酸的质量(g)和体积(ml)比为1：10。

8.根据权利4所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，所述羧甲基纤维素和磺化共轭微孔聚合物的质量比为1.5：1。

9.根据权利4所述的一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，将混合物匀速放入液氮中进行冷冻时，速度为3-5mm/min。

10.权利要求1-9得到的任一一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料在海水淡化和含重金属离子或染料的废水净化处理方面的应用，具体为，将聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料置于海水和含重金属离子或染料废水中，进行阳光照射。

技术总结
本发明涉及光热材料制备技术领域，具体涉及一种聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备方法，包括：步骤一、共轭微孔聚合物的制备；步骤二、磺化共轭微孔聚合物的制备；步骤三、羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶的制备；步骤四、聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料的制备。本发明中制备的可高效产生太阳能蒸汽的聚吡咯修饰的羧甲基纤维素/磺化共轭微孔聚合物复合气凝胶光热材料具有较高的太阳能转换效率、优异的耐盐和抗污性能，在未来的海水淡化和(含重金属离子或染料)废水净化处理方面具有一定的实际应用价值。

技术研发人员：哈斯其美格,陈丽华,郭玉萍,张禹晗,肖朝虎
受保护的技术使用者：西北民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15