具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法与流程

1.本发明属于光热转换材料技术领域，涉及一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法。


背景技术：

2.化学能源如煤、石油、天然气的过度消耗不利于可持续发展，也是造成环境污染的主要原因。而传统能源消耗总量占全球消耗总量的80％以上，亟需使用清洁能源取代化石能源，缓解环境污染与气候变化问题。在所有可再生能源中，太阳能具有取之不尽用之不竭、稳定输出等特点，最有希望在工业中大规模应用，可以解决社会面临的许多挑战。
3.我国拥有非常丰富的太阳能资源，丰富的地区如西藏、青海每年太阳能辐射总量是8400mj/am2，匮乏的地区如四川、贵州辐射总量也能达到3400mj/am2。迄今为止光电效应和光热效应是太阳能利用的主要方式，其中光热效应是指利用吸光材料将太阳能转换为热能，是运用较为广泛而且能量利用率较高(最高可达90％以上)的方式。然而，太阳能热能转换存在问题有：1)由于应用时效率低下存储困难；2)所需光学设备成本较高而未得到充分利用；3)传统光热发生器装置庞大，系统复杂，无法满足小规模便携式需求。因此，找到更好开发和利用太阳能光热转换的方式是目前的任务和目标。
4.太阳能水蒸发就是将太阳能最大程度上转换为热能，将转换来的热能加热水体，产生水蒸气。现阶段水蒸发存在三种主要途径：1)太阳能吸收器在体相(bulk)水底部，底部吸收材料将吸收太阳能转换成热能，进而加热整个体相水；2)太阳能吸收器以纳米流体的形式分散在体相中的水蒸发，均匀分散的纳米流体将太阳光转换成热能进而加热整个体相水；3)太阳能吸收器定位在气体
‑
液体的界面处，在界面处将转换的热量转换用于加热气液界面的水。第三种方式是近年来的新兴技术，蒸发系统具有更高的蒸汽产生效率和热响应速度，且系统结构简单，能够为高效便携式太阳能光热蒸发系统提供了可行的方案。
5.常规的太阳能蒸发将光热转换材料分散在水中以进行整体加热，为了最大程度地减少与整体供热有关的热损失，在过去的几年中，已经提出了通过使光热转换材料漂浮在空气
‑
水界面的方法来进行界面太阳能蒸发，并得到了广泛的验证。作为太阳能界面海水蒸发器的关键组件之一，光热转换材料至关重要，直接将光转换为热，从而促进水的蒸发，当光热转换材料呈薄膜形态时(即光热转换膜)，更有利于产生局域热聚集，从而实现高效水蒸发。
6.文献(scalable,flexible,durable,and salt
‑
tolerant cus/bacterial cellulose gel membranes for efficient interfacial solar evaporation,acs sustainable chem.eng.2020,8,9017
‑
9026)公开了一种可扩展的双层细菌纤维素(bc)生物泡沫蒸发器，其中cus/bc复合材料被用来作为光热转换膜；专利cn201911391562.2公开了一种用于太阳能界面蒸发海水淡化的膜材料及其制备方法，采用静电纺丝技术制备paa纳米纤维膜，再加温加压对其进行亚胺化得到pi纳米纤维膜，最后激光烧蚀技术对pi膜表面进行烧蚀，使其表面形成多孔蓬松的石墨烯纤维；专利cn201911007671.x公开了一种光
热转换薄膜及其制备方法和用于太阳能蒸汽产生的双层蒸发结构，其利用cuo@cf和cuo/ag@cf作为光热转换薄膜。然而这些现有技术公开的光热转换膜都存在对光的捕获效率及光利用率较低的问题，进而导致了由其制得的太阳能界面海水蒸发器的蒸发速率较低。
7.因此，亟待研究一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法以解决上述问题。


技术实现要素：

8.本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜及其制备方法。
9.为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
10.具有异质结构陷光增强的光热转换膜，为具有复合层结构的cnt(碳纳米管)
‑
rgo(还原氧化石墨烯)
‑
bc(细菌纤维素)水凝胶，由上层的cnt
‑
bc水凝胶和下层的rgo
‑
bc水凝胶组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接(cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间是直接过渡的，实质上属于同一网络)。
11.作为优选的技术方案：
12.如上所述的具有异质结构陷光增强的光热转换膜，cnt
‑
bc水凝胶或rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为20～30nm。
13.如上所述的具有异质结构陷光增强的光热转换膜，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的含量为11～12wt％，cnt的平均直径为5～15nm，cnt的平均长度为0.5～2μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的含量为11～12wt％，rgo的平均片径为0.5～5μm，rgo的平均厚度为1～3nm。
14.如上所述的具有异质结构陷光增强的光热转换膜，具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为1.5～2.5mm，光吸收率为93～95.5％；cnt
‑
bc水凝胶的孔隙率为95～98％，rgo
‑
bc水凝胶的孔隙率为83～86％。
15.本发明还提供制备如上任一项所述的一种具有异质结构陷光增强的光热转换膜的方法，首先向培养皿中加入含有cnt的营养液和木醋杆菌原菌液进行静态培养，得到cnt
‑
bc水凝胶，然后向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿中加入含有go(氧化石墨烯)的营养液和木醋杆菌原菌液进行静态培养，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶，最后对cnt
‑
go
‑
bc水凝胶中的go进行还原，得到具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
16.木醋杆菌的生长规律是自下而上的，所以cnt
‑
bc水凝胶先填充满培养皿的底部，再向培养皿中加入含有go的营养液和木醋杆菌原菌液，go
‑
bc水凝胶在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成，二者构成的整体为cnt
‑
go
‑
bc水凝胶，对cnt
‑
go
‑
bc水凝胶中的go进行还原，得到具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
17.本发明需要得到的是上层是cnt
‑
bc水凝胶、下层是go
‑
bc水凝胶的结构，考虑到木醋杆菌的生长规律，本发明利用自下而上的生物组装法制得一体化双层复合膜，由于木醋杆菌为好氧细菌，培养开始阶段，培养液体内部溶有一定量的氧，气液界面氧气充足，因此在此阶段液体内部和表面的木醋杆菌均可以正常生长繁殖和新陈代谢，两个部位均会产生
一定量的bc纤维；如果先制备go
‑
bc水凝胶，在此过程中go组装并固定在最初形成的纤维素凝胶中，形成go
‑
bc水凝胶，再制备cnt
‑
bc水凝胶，随着时间的推移，当液体中的溶氧量逐渐减少甚至用尽时，气液界面的bc生长速率远远大于液体内的bc增长率，在此过程中，cnt被固定在cnt
‑
bc复合凝胶并随之逐渐下移至液体下方，同时该复合水凝胶上方会生长出一层白色的纯bc层，会影响膜的使用。
18.本发明采用原位培养方法，通过bc原位培养不仅可以得到结构联接紧密无法机械剥离的异质结双层结构，且bc表面有大量羟基的高表面积为装载光热转换材料提供了许多活性位点，获得了良好的光热转换性能，实现了高效的太阳能界面蒸发。与只原位培养一种材料相比，光线经由上层的cnt
‑
bc水凝胶的间隙(圆柱形的单个cnt间有非常多的空隙)抵达到下层的rgo
‑
bc水凝胶(rgo片材具有更高的比表面积和褶皱表面)，再反射回上层的cnt
‑
bc水凝胶达成二次反射或在rgo
‑
bc水凝胶中汇总散射，光的捕获率高。
19.作为优选的技术方案：
20.如上所述的方法，具体步骤如下：
21.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
22.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
23.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
24.(1.3)将木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养得到cnt
‑
bc水凝胶；
25.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
26.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
27.(2.2)向cnt
‑
bc水凝胶所在的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
28.(2.3)将木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
29.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗6～12h)；
30.(4)还原；
31.将经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与抗坏血酸溶液混合反应后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
32.如上所述的方法，步骤(1.1)中，cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为5～8mg/ml；
33.步骤(2.1)中，go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为5～8mg/ml；
34.步骤(1.1)和步骤(2.1)中，hs营养液由40～60g/l葡萄糖、3～8g/l酵母提取物、3～8g/l蛋白胨、1～4g/l na2hpo4、0.5～2g/l kh2po4、0.5～2g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为110～130℃且压力为0.1～0.3mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌30～50min，无菌冷却至20～28℃，得到hs营养液；
35.步骤(1.3)和步骤(2.3)中，木醋杆菌原菌液的浓度为3.5
×
105～4
×
105cfu/ml。
36.如上所述的方法，步骤(1.2)至步骤(1.3)中，木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.7～0.85:0.6～2.3:3～4.5；
37.步骤(2.2)至步骤(2.3)中，木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.7～0.85:0.6～2.3:3～4.5；
38.醋杆菌原菌液、cnt水分散液(go水分散液)和hs营养液的体积比如此设置的原因为：细菌纤维素生长的过程中，生长的cnt和go片层被不断生长的bc纳米纤维持续捕获，最终cnt与bc纳米纤维结合，均匀分散在bc三维纳米网络，go与bc纳米纤维结合，均匀分散在bc三维纳米网络，若cnt水分散液和go水分散液过量，bc生长结束后cnt水分散液或go水分散液没有被充分利用会造成浪费；
39.步骤(1.3)和(2.3)中，静态培养的温度为28～30℃，时间为7～14天。
40.如上所述的方法，步骤(4)中，抗坏血酸溶液的浓度为3～10wt％，经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶中的go与抗坏血酸溶液的质量比为1:15，反应的温度为60～80℃，反应的时间为6～8h。
41.本发明与文献(scalable,flexible,durable,and salt
‑
tolerant cus/bacterial cellulose gel membranes for efficient interfacial solar evaporation,acs sustainable chem.eng.2020,8,9017
‑
9026)的方案存在显著的差异，具体如下：
42.(1)该文献的光热转换材料仅使用硫化铜，而本发明使用的是一维碳纳米管和二维石墨烯的纳米复合材料；
43.(2)该文献与本发明在膜结构构造(表面、内部、截面结构)完全不同；
44.(3)该文献膜制备工艺复杂，需要两步法(浸泡、加热)制备出光热转换膜，且cus不均匀，而本发明通过细菌纤维素原位培养更为简单，制得的光热转换膜性能更加优异；该文献中细菌纤维素浸泡在功能溶液获得带有铜离子的细菌纤维素，细菌纤维素是杂乱无章的，而本发明中通过原位培养形成规整的三维立体结构，细菌纤维素作为骨架结构支撑整个光热层；与该文献的抽滤方法或浸泡方法不同的是，本发明通过细菌纤维素原位培养不仅可以得到结构联接紧密无法机械剥离的异质结双层结构，且细菌纤维素表面有大量羟基的高表面积为装载光热转换材料提供了许多活性位点，获得了具有良好的光热转换，实现高效的太阳能界面蒸发；
45.(4)该文献材料表面光热转换原理(光吸收增强机制)也与本发明存在本质区别；
46.本发明以cnt、go、bc为原材料，通过生物培养法构筑了垂直梯度的具有异质结构陷光增强的光热转换膜。由于形成了微纳米尺寸的陷光结构，通过在膜内部的多次折射和散射，有利于增强入射光程从而有效增强光吸收，提高了蒸发速率和转换效率。具体地，当入射光照射时，上层异质结构会将光折射或散射到下层，然后下层进一步发生光的折射及散射，光的一部分透过上层的cnt
‑
bc水凝胶(其中，圆柱形的cnt间有非常多的孔隙)的间隙抵达到下层的rgo
‑
bc水凝胶(其中，rgo片材具有更高的比表面积和褶皱表面)，光路再反射回其上层的cnt
‑
bc水凝胶达成二次反射或在rgo
‑
bc水凝胶中散射，光是发散的，可以把太阳光线看成从一点发出的射线，当光照到光热转换膜发散的太阳光将在膜上发生入射、折射和反射，不规则的光路进程使得光热层对太阳光接收有多种可能性，通过如此光传播的
过程，增加了原有的光程，进一步提升了光的捕获效率及光利用率。利用这种垂直异质结构对光的高效捕获结合bc的强导水保温作用提升了太阳能界面海水蒸发器的蒸发速率。
47.有益效果：
48.(1)本发明以生物培养法构筑了垂直梯度碳纳米管/氧化石墨烯/细菌纤维素异质结构光热转换膜，方法简单，操作简便，容易大规模生产；
49.(2)本发明制得的光热转换膜展示了较好的陷光效应，减少了太阳光由于反射而损失的能量，提升了材料的光吸收效率，使得构筑的太阳能海水淡化蒸发器具有较高的蒸发速率；
50.(3)本发明制得的光热转换膜同时具有近红外光吸收高且光热性能好的特点，能有效的将太阳光的光能转换为热能，推动纤维素材料的应用新场景。
附图说明
51.图1为实施例1、对比例1、对比例2的光热转换膜的吸光示意图；
52.图2为实施例1制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的电镜结构图，其中，左图为实施例1所制备的光热转换膜cnt
‑
rgo
‑
bc的微观形貌图，中图为实施例1所制备的光热转换膜上层cnt
‑
bc的微观形貌图，右图为实施例1所制备的光热转换膜下层rgo
‑
bc的微观形貌图；
53.图3为实施例1制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的红外测试光谱；
54.图4为实施例1制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能展示图。
具体实施方式
55.下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。
56.以下各实施例中对具有异质结构陷光增强的光热转换膜进行海水蒸发性能测试，测得蒸发速率的方法为：利用太阳模拟器(cel
‑
hxf300，am1.5)进行了太阳能蒸汽产生实验；使用光学密度计(cel
‑
np2000)调节太阳模拟器的强度，设定为一个太阳强度1kwm
‑2；将圆形的具有异质结构陷光增强的光热转换膜(尺寸：直径＝4.4cm，厚度见具体实施例)放在圆形的bc纯膜(尺寸：直径同光热转换膜，厚度＝2mm)上，圆形的聚苯乙烯泡沫(尺寸：直径同光热转换膜，厚度＝0.8cm)放在bc纯膜下面，再将由光热膜、bc纯膜、聚苯乙烯泡沫组成的蒸发装置漂浮在烧杯里的水上，利用电子质量天平，在太阳照射或黑暗条件下实时记录水的质量变化，精度为0.001g，整个实验过程是在环境条件、室温下进行的(温度～25℃和湿度～60％)；
57.蒸发速率的计算公式为：
58.其中，v表示蒸发速率；m表示太阳光下的蒸发质量与黑暗下的蒸发质量的差值；s表示光热膜的表面积；t表示时间。
59.实施例1
60.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
61.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
62.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
63.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为5mg/ml；
64.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为110℃且压力为0.3mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌30min，无菌冷却至28℃，得到hs营养液；
65.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
66.(1.3)将浓度为3.5
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为14天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.72:2.27:3.01；
67.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
68.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
69.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为5mg/ml；
70.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为110℃且压力为0.3mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌30min，无菌冷却至28℃，得到hs营养液；
71.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理30min后，无菌冷却至28℃；
72.(2.3)将浓度为3.5
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为14天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.7:1.51:3.79；
73.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗6h)；
74.(4)还原；
75.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为3wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为60℃，反应的时间为8h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
76.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为93.4％，如图2所示，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙
率为95.2％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为22nm)和下层的孔隙率为83.5％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为22nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为1.5mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为5nm，cnt的平均长度为0.5μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为0.5μm，rgo的平均厚度为1nm。
77.图3为实施例1制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的红外测试光谱，图中显示了bc和cnt、rgo的特征吸收，表明cnt、rgo和bc共存，o
‑
h伸缩振动峰的显着红移(1630cm
‑1)和c
‑
o
‑
c伸缩振动峰的蓝移(1110cm
‑1)证明了它们之间的结合力bc和cnt、rgo在光热转换膜中。
78.实施例1制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能展示图如图4所示，蒸发速率为1.73kgm
‑2h
‑1。
79.对比例1
80.光热转换膜的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于省略步骤(2)和步骤(4)，且控制各物质的量使得cnt
‑
bc水凝胶的厚度为1.5mm，按与实施例1相同的方法进行测试发现蒸发速率为1.33kgm
‑2h
‑1。
81.对比例2
82.光热转换膜的制备方法，基本同实施例1，不同之处仅在于省略步骤(1)，且控制各物质的量使得rgo
‑
bc水凝胶的厚度为1.5mm，按与实施例1相同的方法进行测试发现蒸发速率为1.41kgm
‑2h
‑1。
83.将实施例1、对比例1、对比例2进行对比可以看出，实施例1的蒸发速率远高于对比例1和对比例2。
84.实施例1、对比例1、对比例2的光热转换膜的吸光示意图如图1所示，从图中可知，与只单层培养一种材料相比，双层培养可降低光的反射率提高光热性能，这是因为光线经由上层的cnt
‑
bc水凝胶的间隙(圆柱形的单个cnt间有非常多的空隙)抵达到下层的rgo
‑
bc水凝胶(rgo片材具有更高的比表面积和褶皱表面)，再反射回上层的cnt
‑
bc水凝胶达成二次反射或在rgo
‑
bc水凝胶中汇总散射，光的捕获率高。
85.实施例2
86.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
87.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
88.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
89.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为5.5mg/ml；
90.hs营养液由50g/l葡萄糖、5g/l酵母提取物、5g/l蛋白胨、2g/l na2hpo4、1g/l kh2po4、1g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为115℃且压力为0.25mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌35min，无菌冷却至26℃，得到hs营养液；
91.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无
菌冷却；
92.(1.3)将浓度为3.6
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为29℃，时间为12天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.78:1.43:3.79；
93.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
94.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
95.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为5.5mg/ml；
96.hs营养液由50g/l葡萄糖、5g/l酵母提取物、5g/l蛋白胨、2g/l na2hpo4、1g/l kh2po4、1g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为115℃且压力为0.25mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌35min，无菌冷却至26℃，得到hs营养液；
97.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理35min后，无菌冷却至26℃；
98.(2.3)将浓度为3.6
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为29℃，时间为12天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.78:1.43:3.79；
99.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗7h)；
100.(4)还原；
101.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为4wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为65℃，反应的时间为7h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
102.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为94.8％，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙率为95.9％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为20nm)和下层的孔隙率为85.1％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为24nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为1.8mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为7nm，cnt的平均长度为0.7μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为1μm，rgo的平均厚度为1.3nm。
103.对具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能进行测试，测得蒸发速率为1.68kgm
‑2h
‑1。
104.实施例3
105.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
106.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
107.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
108.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为6mg/ml；
109.hs营养液由60g/l葡萄糖、8g/l酵母提取物、8g/l蛋白胨、4g/l na2hpo4、2g/l kh2po4、2g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为120℃且压力为0.2mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌40min，无菌冷却至24℃，得到hs营养液；
110.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
111.(1.3)将浓度为3.7
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为28℃，时间为10天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.8:1:4.2；
112.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
113.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
114.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为6mg/ml；
115.hs营养液由60g/l葡萄糖、8g/l酵母提取物、8g/l蛋白胨、4g/l na2hpo4、2g/l kh2po4、2g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为120℃且压力为0.2mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌40min，无菌冷却至24℃，得到hs营养液；
116.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理40min后，无菌冷却至24℃；
117.(2.3)将浓度为3.7
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为28℃，时间为10天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.72:2.27:3.01；
118.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗8h)；
119.(4)还原；
120.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为5wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为70℃，反应的时间为6h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
121.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为93.5％，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙率为96.4％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为25nm)和下层的孔隙率为84.8％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为25nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为2mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为9nm，cnt的平均长度为1μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为1.5μm，rgo
的平均厚度为1.6nm。
122.对具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能进行测试，测得蒸发速率为1.60kgm
‑2h
‑1。
123.实施例4
124.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
125.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
126.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
127.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为6.5mg/ml；
128.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为125℃且压力为0.15mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌45min，无菌冷却至22℃，得到hs营养液；
129.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
130.(1.3)将浓度为3.8
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为8天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.85:0.65:4.5；
131.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
132.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
133.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为6.5mg/ml；
134.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为125℃且压力为0.15mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌45min，无菌冷却至22℃，得到hs营养液；
135.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理45min后，无菌冷却至22℃；
136.(2.3)将浓度为3.8
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为8天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.82:0.96:4.22；
137.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗9h)；
138.(4)还原；
139.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为6wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为75℃，反应的时间为8h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质
结构陷光增强的光热转换膜。
140.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为94.2％，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙率为97.1％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为30nm)和下层的孔隙率为86％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为28nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为2mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为11nm，cnt的平均长度为1.3μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为2μm，rgo的平均厚度为2nm。
141.对具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能进行测试，测得蒸发速率为1.62kgm
‑2h
‑1。
142.实施例5
143.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
144.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
145.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
146.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为7mg/ml；
147.hs营养液由50g/l葡萄糖、5g/l酵母提取物、5g/l蛋白胨、2g/l na2hpo4、1g/l kh2po4、1g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为130℃且压力为0.1mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌50min，无菌冷却至20℃，得到hs营养液；
148.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
149.(1.3)将浓度为3.9
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为29℃，时间为7天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.78:2.1:3.12；
150.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
151.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
152.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为7mg/ml；
153.hs营养液由50g/l葡萄糖、5g/l酵母提取物、5g/l蛋白胨、2g/l na2hpo4、1g/l kh2po4、1g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为130℃且压力为0.1mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌50min，无菌冷却至20℃，得到hs营养液；
154.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理50min后，无菌冷却至20℃；
155.(2.3)将浓度为3.9
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为29℃，时间为7天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
kh2po4、2g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为125℃且压力为0.15mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌45min，无菌冷却至22℃，得到hs营养液；
173.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理45min后，无菌冷却至22℃；
174.(2.3)将浓度为4
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为28℃，时间为12天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.73:1.19:4.08；
175.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗11h)；
176.(4)还原；
177.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为8wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为75℃，反应的时间为6h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
178.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为94.8％，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙率为96.5％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为24nm)和下层的孔隙率为85.7％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为26nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为2.4mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为14nm，cnt的平均长度为1.9μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为4μm，rgo的平均厚度为2.7nm。
179.对具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能进行测试，测得蒸发速率为1.65kgm
‑2h
‑1。
180.实施例7
181.具有异质结构陷光增强的光热转换膜的制备方法，具体步骤如下：
182.(1)制备cnt
‑
bc水凝胶；
183.(1.1)分别配制cnt水分散液和hs营养液；
184.cnt水分散液是通过将cnt粉末加入到去离子水中超声分散均匀得到的，cnt水分散液的浓度为8mg/ml；
185.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为130℃且压力为0.1mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌50min，无菌冷却至20℃，得到hs营养液；
186.(1.2)将cnt水分散液加入培养皿内的hs营养液中，对混合液进行灭菌处理后，无菌冷却；
187.(1.3)将浓度为4
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为10天)得到cnt
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、cnt水分散液和hs营养液的体积比为0.83:1.82:3.35；
188.(2)制备cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；
189.(2.1)分别配制go水分散液和hs营养液；
190.go水分散液是通过将go粉末加入到去离子水汇总超声分散均匀得到的，go水分散液的浓度为8mg/ml；
191.hs营养液由40g/l葡萄糖、3g/l酵母提取物、3g/l蛋白胨、1g/l na2hpo4、0.5g/l kh2po4、0.5g/l柠檬酸和余量的超纯水组成；hs营养液的配制过程为：按比例将葡萄糖、酵母提取物、蛋白胨、na2hpo4、kh2po4和柠檬酸加入超纯水中搅拌均匀后，在温度为130℃且压力为0.1mpa的条件下用高压灭菌器对其进行高温灭菌50min，无菌冷却至20℃，得到hs营养液；
192.(2.2)向底部填充满cnt
‑
bc水凝胶的培养皿内补充加入hs营养液，将go水分散液加入hs营养液中，对混合液进行灭菌处理50min后，无菌冷却至20℃；
193.(2.3)将浓度为4
×
105cfu/ml的木醋杆菌原菌液加入冷却后的混合液中进行接种后，进行静态培养(静态培养的温度为30℃，时间为10天)，在cnt
‑
bc水凝胶的上方形成go
‑
bc水凝胶，得到cnt
‑
go
‑
bc水凝胶；木醋杆菌原菌液、go水分散液和hs营养液的体积比0.75:1.21:4.04；
194.(3)后处理(依次进行去离子水冲洗、浓度1wt％的naoh溶液碱煮30min、去离子水冲洗至中性、去离子水水洗12h)；
195.(4)还原；
196.将质量比为1:15的经过后处理的cnt
‑
go
‑
bc水凝胶与浓度为10wt％的抗坏血酸溶液混合反应(反应的温度为80℃，反应的时间为8h)后，用去离子水水洗净化，制得具有异质结构陷光增强的光热转换膜。
197.制得的具有异质结构陷光增强的光热转换膜的光吸收率为95.1％，具有异质结构陷光增强的光热转换膜为具有复合层结构的cnt
‑
rgo
‑
bc水凝胶，由上层的孔隙率为97.5％的cnt
‑
bc水凝胶(cnt
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为25nm)和下层的孔隙率为84.7％的rgo
‑
bc水凝胶(rgo
‑
bc水凝胶中的纤维的平均直径为22nm)组成；cnt
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的cnt组成，rgo
‑
bc水凝胶由bc水凝胶以及分布在其中的rgo组成；cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶之间通过天然形成的bc纳米纤维连接；具有异质结构陷光增强的光热转换膜的厚度为2.5mm，cnt
‑
bc水凝胶与rgo
‑
bc水凝胶的厚度之比为3:1；cnt
‑
bc水凝胶中cnt的平均直径为15nm，cnt的平均长度为2μm；rgo
‑
bc水凝胶中rgo的平均片径为5μm，rgo的平均厚度为3nm。
198.对具有异质结构陷光增强的光热转换膜的海水蒸发性能进行测试，测得蒸发速率为1.69kgm
‑2h
‑1。