一种非对称结构聚吡咯膜及其制备方法和应用

本发明属于功能膜材料的制备，具体涉及一种非对称结构聚吡咯膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、化石燃料的快速消耗、纯净水资源的短缺以及环境污染/全球变暖已经威胁到全球的可持续发展。可再生能源技术有潜力为人类社会日益增长的清洁水和电力消费提供可持续的解决方案。太阳能蒸汽技术和能源发电是一种新兴的水处理技术，能够有效解决淡水资源短缺和能源需求等问题。近年来，太阳能光热器件由于其同时产生清洁水和电力而引起了广泛关注。太阳能蒸汽技术通过蒸发海水、大气和受污染的水源而获得干净水。其中，特别是局部界面加热设计的蒸汽技术提高了蒸发系统中的能量转换效率。以前的研究工作已经投入通过最大限度地利用全光谱太阳能，减少热损失，增加毛细管水供应，提高太阳能到蒸汽的转换效率。

2、尽管不同的先进光热材料改性石墨烯、碳化木材、复合材料水凝胶和多层膜已被用于构建界面蒸发系统。然而，光热层的原材料仍然面临成本和可扩展性的问题。为了能够同时解决淡水资源短缺和能源需求等问题，热电模块和热原电池已集成到太阳能驱动的界面蒸发系统进行发电。在这些系统中，刚性的太阳能-电力转换模块占据了大部分空间。此外，内部多个组件的复杂包装蒸发系统引起了人们对可能的化学品泄漏的担忧以及长期可靠性等问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是提供了一种制备工艺简单且易于大规模制备的非对称结构聚吡咯膜及其制备方法，该方法制备的非对称结构聚吡咯膜在有光照和无光照时均能够发挥功能，在光照下具有同时产生蒸汽和电能的潜力，在阴天或晚上作为能量发生器能够输出电能，通过双功能实现了资源的最大化利用，进而能够解决淡水资源短缺和能源需求等问题。

2、本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：

3、步骤s1，将基底材料用乙醇和去离子水重复洗涤并干燥得到预处理基底材料，该基底材料为无纺布、洗脸棉或滤纸；

4、步骤s2，将步骤s1得到的预处理基底材料浸入吡咯溶液中，再将浸润有吡咯溶液的基底材料底部垂直浸入过氧化剂溶液中，使得过氧化剂溶液通过毛细张力作用沿着基底材料向上传输进行聚合反应，以形成基底材料下部聚合物含量多、基底材料上部聚合物含量少的梯度聚吡咯膜，其中过氧化剂为过硫酸铵或氯化铁中一种或多种，再将聚合物膜干燥后得到非对称结构聚吡咯膜。

5、进一步地，步骤s2中所述吡咯溶液中吡咯与去离子水的体积比为0.05-0.2:1。

6、进一步地，步骤s2中所述过氧化剂溶液的浓度为20-30mg ml-1。

7、进一步地，步骤s2中所述聚合反应温度为0-28℃，聚合反应时间为3-10min。

8、进一步地，步骤s2中所述干燥温度为40-80℃，干燥时间为1-4h。

9、本发明所述的非对称结构聚吡咯膜，其特征在于是由上述方法制得的。

10、本发明所述的非对称结构聚吡咯膜在制备能源发电器件中的应用。

11、本发明所述的非对称结构聚吡咯膜在制备光热水蒸发器件中的应用。

12、本发明与现有技术相比具有以下优点和有益效果：

13、1.本发明制备的非对称结构聚吡咯膜制备方法简单、易于大规模制备，适合工业化生产，有望解决成本和可扩展性的问题。

14、2.本发明制备的非对称结构聚吡咯膜在滴加水或盐水时，可以稳定输出电能，可有效缓解能源危机。

15、3.本发明制备的非对称结构聚吡咯膜通过结构调控水传输，可实现较高的蒸发性能，在一个太阳照射下，蒸发速率可达2.5kg m-2 h-1。

16、4.本发明制备的非对称结构聚吡咯膜仅仅通过太阳能即可淡化海水，这为缓解水资源短缺提供了一条可持续发展的绿色策略。

技术特征：

1.一种非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述吡咯溶液中吡咯与去离子水的体积比为0.05-0.2:1。

3. 根据权利要求1所述的非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述过氧化剂溶液的浓度为20-30mg ml-1。

4.根据权利要求1所述的非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述聚合反应温度为0-28℃，聚合反应时间为3-10min。

5.根据权利要求1所述的非对称结构聚吡咯膜的制备方法，其特征在于：步骤s2中所述干燥温度为40-80℃，干燥时间为1-4h。

6.一种非对称结构聚吡咯膜，其特征在于是由权利要求1-5中任意一项所述的方法制得的。

7.权利要求6所述的非对称结构聚吡咯膜在制备能源发电器件中的应用。

8.权利要求6所述的非对称结构聚吡咯膜在制备光热水蒸发器件中的应用。

技术总结
本发明公开了一种非对称结构聚吡咯膜及其制备方法和应用，将基底材料用乙醇和去离子水重复洗涤并干燥得到预处理基底材料；将预处理基底材料浸入吡咯溶液中，再将浸润有吡咯溶液的基底材料底部垂直浸入过氧化剂溶液中，再将聚合物膜干燥后得到非对称结构聚吡咯膜。该方法制备的非对称结构聚吡咯膜在有光照和无光照时均能够发挥功能，在光照下具有同时产生蒸汽和电能的潜力，在阴天或晚上作为能量发生器能够输出电能。

技术研发人员：郭珍珍,赵子芳,刘彬彬,贾珊珊,李晓,刘静杰,程银峰,王吉超
受保护的技术使用者：河南科技学院
技术研发日：
技术公布日：2024/6/5