一种具有毛细输水结构的光热织物及其制备方法

本发明属于光热织物，尤其涉及一种具有毛细输水结构的光热织物及其制备方法。

背景技术：

1、随着工业化进程的不断加快以及人口数量的持续增长，全球淡水资源短缺问题日益突出，海水淡化和污水净化作为获取可利用淡水资源的重要途径，受到广泛关注。传统海水淡化技术主要包括多级闪蒸法、反渗透法及电渗析法等，但上述方法通常存在能耗高、设备复杂以及运行成本较高等问题。因此，开发绿色、低能耗且可持续的水净化技术具有重要意义。

2、太阳能界面蒸发技术由于能够直接利用太阳能驱动水分蒸发，具有清洁环保、能量利用率高及设备简单等优点，近年来成为水处理领域的研究热点，该技术通过光热材料吸收太阳光并将其转化为热能，从而在气液界面实现局域加热，促进水分快速蒸发，相比传统整体加热方式，太阳能界面蒸发能够有效降低热量损失，提高蒸发效率。

3、在太阳能界面蒸发体系中，光热材料的选择及水分输运结构的构建对蒸发性能具有重要影响，氧化石墨烯及其还原产物由于具有优异的光吸收能力、良好的热稳定性以及较高的光热转换效率，被广泛应用于光热蒸发材料领域。然而，单一石墨烯材料容易发生堆叠与团聚，影响其光热性能及稳定性；此外，传统块状或膜状蒸发材料通常存在水分输运能力有限、蒸发界面不均匀以及柔韧性较差等问题，限制了其实际应用。

4、织物类光热蒸发材料由于具有多孔结构、较大的比表面积以及良好的水分输运能力，在太阳能界面蒸发领域展现出较大的应用潜力，逐渐受到关注，通过构建具有连续毛细输水通道的织物结构，可实现水分的快速输运与持续供应，从而提高蒸发效率，同时，纤维间形成的多孔结构还有利于蒸汽扩散及热量局域化。然而，现有光热织物仍存在一些不足，例如光热材料与基体结合稳定性较差、机械性能不足、导热不均匀以及长期使用过程中结构稳定性有限等问题。

5、海藻酸钠作为一种天然高分子材料，具有良好的生物相容性、成膜性及易于离子交联等特点；聚乙烯醇具有优异的柔韧性与机械性能；羧基化纤维素纳米晶须具有较高的比表面积及丰富的表面官能团，可增强材料间相互作用并改善复合体系稳定性。因此，将石墨烯、海藻酸钠、聚乙烯醇及羧基化纤维素纳米晶须进行复合，并通过湿法纺丝构建具有连续毛细输水结构的光热织物，对于提高材料的光热转换性能、水分输运能力及结构稳定性具有重要意义。基于此，有必要提供一种具有毛细输水结构的光热织物及其制备方法，以解决现有光热蒸发材料水分输运效率低、蒸发界面供水不连续以及结构稳定性不足等问题。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种具有毛细输水结构的光热织物及其制备方法，旨在解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一方面，本发明提供了一种具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：将海藻酸钠加入去离子水中，加热搅拌，得到海藻酸钠溶液；

5、步骤2：将聚乙烯醇加入去离子水中，加热搅拌，得到聚乙烯醇溶液；

6、步骤3：将氧化石墨烯加入去离子水中，粉碎处理，获得均匀、无团聚的氧化石墨烯分散液；

7、步骤4：将羧基化纤维素纳米晶须粉末加入去离子水中，制得均匀且无团聚的羧基化纤维素纳米晶须分散液；

8、步骤5：将质量分数为0.16-0.80 wt%氧化石墨烯分散液与质量分数为2-10 wt%羧基化纤维素纳米晶须分散液按体积比3.125-3.5:1混合后，加入抗坏血酸进行温和还原反应，抗坏血酸与氧化石墨烯的质量比为6-10:1，得到部分还原氧化石墨烯分散液；

9、步骤6：按体积比为1.35:1:1.65取海藻酸钠溶液、聚乙烯醇溶液与部分还原氧化石墨烯分散液混合，在60 ℃水浴条件下以400-600 r/min的速度搅拌60 min，得到复合纺丝溶液；

10、步骤7：以10-20 mm/min的恒定速率将所述复合纺丝溶液挤入1-5 wt%氯化钙凝固浴中，静置1-9 min，随后将所得纤维经去离子水漂洗、机械牵伸及干燥处理，获得复合纤维；

11、步骤8：将所述复合纤维采用一上一下的平纹编织方式制成织物，使纤维之间形成均匀交错的孔隙结构及连续毛细输水通道，得到具有毛细输水结构的光热织物。

12、另一方面，本发明提供了一种具有毛细输水结构的光热织物，其采用上述制备方法制备得到。

13、另一方面，本发明提供了一种具有毛细输水结构的光热织物在太阳能海水淡化上的应用。

14、与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：

15、1、本发明通过将海藻酸钠、聚乙烯醇、部分还原氧化石墨烯以及羧基化纤维素纳米晶须进行复合，构建了稳定均一的复合纺丝体系，其中，海藻酸钠能够通过钙钠离子交换形成稳定网络结构，聚乙烯醇可改善纤维可纺性与成型均匀性，而羧基化纤维素纳米晶须因其丰富的表面官能团，可有效增强组分间的界面相容性与协同作用，从而提高复合纤维的结构稳定性与整体成型效果，为后续织物构筑提供稳定基础；

16、2、本发明采用“适度还原”策略，通过抗坏血酸温和处理，在保留足够亲水官能团以维持与海藻酸钠、聚乙烯醇及羧基化纤维素纳米晶须等极性基体良好相容性的同时，部分恢复石墨烯的π共轭结构，从而显著提升光热转换效率，既避免了完全还原石墨烯因疏水团聚而在纺丝液中沉降堵塞的问题，又确保了复合纺丝体系的稳定均一与可纺性；此外，部分还原氧化石墨烯的残留缺陷和局域共轭结构可作为光捕获热点，并在编织成织物后与亲水聚合物链形成微纳界面热阻，有利于热量局域积聚于蒸发界面，最终协同提高太阳能蒸发效率，这一设计精准破解了高光热性能与良好加工分散性之间的固有矛盾；

17、3、本发明引入羧基化纤维素纳米晶须作为氧化石墨烯分散调控剂，能够有效改善氧化石墨烯在水溶液中的分散稳定性，减少片层之间的团聚现象，与此同时，羧基化纤维素纳米晶须表面的丰富官能团还能够增强其与海藻酸钠及聚乙烯醇之间的相互作用，从而提高复合体系均一性以及复合纤维的力学稳定性；

18、4、本发明通过将复合纤维采用一上一下的平纹编织方式制备成织物，使纤维之间形成均匀交错的孔隙结构以及连续毛细输水通道，该结构能够利用毛细作用实现水分的持续输运与均匀分布，有效保障蒸发界面的稳定供水，同时减少局部缺水现象，从而提高界面蒸发过程中的稳定性与持续蒸发能力；利用本发明制备的光热织物对海水进行光热蒸发处理后，淡水中各主要离子浓度均显著降低，满足饮用水标准限值要求（200 mg/l）；

19、5、本发明采用湿法纺丝结合离子交联固化的连续化制备路线，工艺条件温和、操作便捷、参数易控，具备良好的过程重复性与规模化放大潜力，所得光热织物兼具高效光热转换和持续水输运的双重功能，可广泛应用于太阳能驱动海水淡化、苦咸水处理及界面蒸发强化等领域，展现出突出的工程应用价值和产业化前景。

1.一种具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，步骤1的具体过程为：将海藻酸钠加入去离子水中，在60 ℃水浴条件下以400 r/min的速度搅拌90 min，得到质量分数为5.92 wt%的海藻酸钠溶液。

3.根据权利要求1所述的具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，步骤2的具体过程为：将聚乙烯醇加入去离子水中，在90 ℃水浴条件下以400 r/min的速度搅拌90 min，制得质量分数为20 wt%的聚乙烯醇溶液。

4.根据权利要求1所述的具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，步骤3中，所述粉碎处理具体采用超声波细胞粉碎机。

5.根据权利要求1所述的具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，步骤4的具体过程为：将羧基化纤维素纳米晶须粉末加入去离子水中，在80 ℃条件下以600 r/min的速度磁力搅拌10 min，制得均匀且无团聚的羧基化纤维素纳米晶须水分散液。

6.根据权利要求1所述的具有毛细输水结构的光热织物的制备方法，其特征在于，步骤5中，加入抗坏血酸进行温和还原反应的过程，具体为：在80 ℃条件下以600 r/min的速度磁力搅拌10 min，随后加入抗坏血酸，并继续在80 ℃条件下以600 r/min的速度搅拌反应1h，得到部分还原氧化石墨烯分散液。

7.一种具有毛细输水结构的光热织物，其特征在于，其采用如权利要求1-6任一所述的制备方法制备得到。

8.一种如权利要求7所述的具有毛细输水结构的光热织物在太阳能海水淡化上的应用。