本发明涉及太阳能蒸汽产生，具体为一种超亲水碳化土豆泡沫及其制备方法和在太阳能蒸汽产生中的应用。
背景技术：
淡水资源短缺一直以来都是人类所面临的重大挑战之一，虽然近四分之三的世界被海洋覆盖，但居民只能使用总水资源的10％，所以海水淡化技术引起了人们的极大关注。太阳能蒸汽产生因其在海水淡化、废水处理和杀菌等多种应用中具有巨大的太阳能利用潜力而受到广泛关注。高效太阳能蒸汽产生依赖于高性能太阳能热转换材料的设计和开发。近年来，界面太阳能蒸汽产生作为一种很有前途的海水淡化技术，越来越受到工业界和学术界的关注。
等离子体金属纳米粒子具有良好的光热转换性能，但制备成本高，限制了其大规模应用。由于碳基材料具有良好的宽频带吸光性和良好的耐腐蚀性，因此越来越多的研究工作集中在有效的太阳能气化碳基材料上。传统的碳基材料具有波长范围宽、吸光性、光稳定性好等优点，但制作过程复杂，成本高，不可扩展。生物质材料作为绿色环保的碳原材料用于高效的太阳能蒸汽产生应用正受到越来越多的关注，生物质材料制备简单、成本低，但是目前的生物质材料，例如碳化蘑菇、碳化甘蔗、碳化海带、碳化竹子、碳化木头等等，蒸发效率普遍偏低。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种超亲水碳化土豆泡沫及其制备方法和在太阳能蒸汽产生中的应用，所制备的超亲水碳化土豆泡沫的蒸发效率大大提高。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，将土豆碳化，得到超亲水碳化土豆泡沫。
优选的，具体包括如下步骤：
步骤1，将土豆去皮洗净；
步骤2，将洗净的土豆冷藏；
步骤3，将冷藏后的土豆冷冻干燥；
步骤4，将冷冻干燥后的土豆进行碳化。
进一步的，步骤1具体是：将土豆去皮洗净，然后切成厚度为2-10mm的土豆片，再将土豆片清洗干净。
进一步的，步骤4中，碳化温度为400℃-700℃。
进一步的，步骤4中，碳化时间为6-8小时。
进一步的，步骤4中，碳化前以(5℃-10℃)/min的升温速率升温至碳化温度。
所述的制备方法制备得到的超亲水碳化土豆泡沫。
优选的，其为类蜂窝绒球结构。
所述的超亲水碳化土豆泡沫在太阳能蒸汽产生中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明采用土豆为原料，通过碳化得到碳化土豆泡沫，碳化土豆泡沫为类蜂窝绒球结构，有大量的大孔径孔道分布，孔道内具有丰富的绒球分布，绒球极大地提高了水运输能力，大大地增强了毛细作用力，因此，与传统的碳泡沫表面疏水性不同，本发明得到的碳化土豆泡沫具有超亲水特性，可用于高效的太阳能蒸汽产生。碳化土豆泡沫拥有之前报道的纳米结构的贵金属太阳光吸收和转换材料的高吸收性能，在200nm-2500nm光谱范围内吸收高达96.2％，相比之前报道中提到的碳化蘑菇、碳化甘蔗、碳化海带、碳化竹子、碳化木头等等的生物质碳化材料，本发明碳化土豆泡沫的蒸发效率大大提高。
附图说明
图1为在1个光照强度下的蒸发速率，carbonizedpotato为本发明碳化土豆泡沫，naturalpotato为，deionizedwater为saltwater为盐水；
图2为碳化土豆泡沫的sem图，(a)200倍，(b)1000倍；
图3为水接触图，(a)是0s时水滴在碳化土豆泡沫表面的接触图；(b)是30ms碳化土豆泡沫完全把水吸收的接触图。
图4为碳化土豆泡沫的吸收光谱。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明提供了一种新的生物质材料，以下是碳化土豆泡沫的制备方法：
从就近菜市场买一些新鲜的土豆，然后去皮用纯净水清洗数次，然后切成厚度梯度为2-10mm的圆柱块，再将其置于500ml盛有去离子水的烧杯中清洗数次；
将清洗好的不同梯度的土豆块置于冰箱冷藏12个小时；
经冷藏好的土豆块放入冷冻干燥机冷冻干燥24小时，以保证土豆的形状不易变形；
最后将冷冻干燥完的土豆置于真空坩埚炉内进行碳化，以升温速率(5℃-10℃)/min升温至碳化温度，碳化温度为400℃-700℃，在碳化温度下保温6-8小时。
经以上四个步骤后，得到了不同碳化温度下的碳化土豆泡沫。
实施例1
将土豆去皮用纯净水清洗，然后切成厚度为2mm的圆柱块，再将其置于500ml盛有去离子水的烧杯中清洗数次；
将清洗好的不同梯度的土豆块置于冰箱冷藏12个小时；
经冷藏好的土豆块放入冷冻干燥机冷冻干燥24小时，以保证土豆的形状不易变形；
最后将冷冻干燥完的土豆置于真空坩埚炉内进行碳化，以升温速率5℃/min升温至碳化温度，在碳化温度下碳化6小时，碳化温度分别为400℃、500℃、600℃、700℃。
经以上四个步骤后，得到了不同碳化温度下的碳化土豆泡沫。
实施例2
将土豆去皮用纯净水清洗，然后切成厚度梯度为2-10mm的圆柱块，再将其置于500ml盛有去离子水的烧杯中清洗数次；
将清洗好的不同梯度的土豆块置于冰箱冷藏12个小时；
经冷藏好的土豆块放入冷冻干燥机冷冻干燥24小时，以保证土豆的形状不易变形；
最后将冷冻干燥完的土豆置于真空坩埚炉内进行碳化，以升温速率8℃/min升温至碳化温度600℃，在600℃碳化7小时。
经以上四个步骤后，得到了不同碳化温度下的碳化土豆泡沫。
实施例3
将土豆去皮用纯净水清洗，然后切成厚度梯度为2-10mm的圆柱块，再将其置于500ml盛有去离子水的烧杯中清洗数次；
将清洗好的不同梯度的土豆块置于冰箱冷藏12个小时；
经冷藏好的土豆块放入冷冻干燥机冷冻干燥24小时，以保证土豆的形状不易变形；
最后将冷冻干燥完的土豆置于真空坩埚炉内进行碳化，
以升温速率10℃/min升温至碳化温度700℃，在700℃碳化8小时。
经以上四个步骤后，得到了不同碳化温度下的碳化土豆泡沫。
图2是实施例1在600℃碳化得到的碳化土豆泡沫在200倍和1000倍放大倍数下的sem图。从图2(a)和(b)中可以看出碳化土豆泡沫为类蜂窝绒球结构，有大量的大孔径孔道分布，与此同时孔道丰富的绒球分布极大地提高了水运输能力，这大大地增强了毛细作用力。
传统的碳泡沫表面是疏水的，而碳化土豆泡沫不同于传统的碳泡沫，其具有超亲水特性。图3是实施例1在600℃碳化得到的碳化土豆泡沫的吸水性实验结果，从图3中可以明显看到30ms水滴完全被碳化土豆泡沫吸收。也就是说碳化土豆泡沫具有优异的超亲水特性。
图4为实施例1在600℃碳化得到的碳化土豆泡沫的吸收光谱，可以看出其在200nm-2500nm光谱范围内吸收高达96.2％，对太阳光吸收性能很好。
碳化土豆泡沫的蒸发性能的测定是通过蒸发实验来定量分析。
蒸发实验利用一个模拟太阳光照环境下的实验装置来完成的，所有的数据都是以质量差的方式通过电子天平读取然后传输到电脑上记录。通过蒸发实验发现，相比新鲜的土豆，碳化土豆泡沫具有超过1.5kgm-2h-1蒸发速率，而去离子水和盐水在自然光照的蒸发速率很缓慢，碳化土豆泡沫的蒸发效率达到88.4％(图1计算所得)。所有的蒸发实验均在1个太阳光照强度下进行(图1)。
综上所述，碳化土豆泡沫因其这种独特的类蜂窝绒球结构而具有优异的超亲水以及超高的蒸发效率，为太阳能驱动的海水淡化技术提供了一种全新的生物质碳化材料。本发明不仅可以降低生产成本和减少复杂的制备过程，而且碳化土豆泡沫具有良好的水运输性能和光热转换性能，极大的提高了淡化海水的效率。
本发明得到的碳化土豆泡沫可用于高效的太阳能蒸汽产生。首先，相比传统的金属等离基元材料、碳基材料、半导体材料、复合材料等，碳化土豆泡沫制备过程简单，价格低廉且可以实现大规模生产。另外，碳化土豆泡沫拥有之前报道的纳米结构的贵金属太阳光吸收和转换材料的高吸收性能，因为碳化土豆泡沫在200nm-2500nm光谱范围内吸收高达96.2％。除此之外，作为太阳光吸收和光热转换材料，对该材料性能好坏评价的决定性指标是蒸发效率。相比之前报道中提到的碳化蘑菇、碳化甘蔗、碳化海带、碳化竹子、碳化木头等等的生物质碳化材料相比，碳化土豆泡沫的蒸发效率大大提高，在一个太阳光照强度下，碳化土豆泡沫的蒸发效率高达88.4％，高于之前所有报道过的生物质碳化材料的大约87％的蒸发效率。
技术特征：
1.一种超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，将土豆碳化，得到超亲水碳化土豆泡沫。
2.根据权利要求1所述的超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
步骤1，将土豆去皮洗净；
步骤2，将洗净的土豆冷藏；
步骤3，将冷藏后的土豆冷冻干燥；
步骤4，将冷冻干燥后的土豆进行碳化。
3.根据权利要求2所述的超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，步骤1具体是：将土豆去皮洗净，然后切成厚度为2-10mm的土豆片，再将土豆片清洗干净。
4.根据权利要求2所述的超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，步骤4中，碳化温度为400℃-700℃。
5.根据权利要求2所述的超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，步骤4中，碳化时间为6-8小时。
6.根据权利要求2所述的超亲水碳化土豆泡沫的制备方法，其特征在于，步骤4中，碳化前以(5℃-10℃)/min的升温速率升温至碳化温度。
7.权利要求1-6任一项所述的制备方法制备得到的超亲水碳化土豆泡沫。
8.根据权利要求7所述的超亲水碳化土豆泡沫，其特征在于，其为类蜂窝绒球结构。
9.权利要求8所述的超亲水碳化土豆泡沫在太阳能蒸汽产生中的应用。
技术总结
本发明提供一种超亲水碳化土豆泡沫及其制备方法和在太阳能蒸汽产生中的应用，采用土豆为原料，通过碳化得到碳化土豆泡沫，碳化土豆泡沫为类蜂窝绒球结构，有大量的大孔径孔道分布，孔道内具有丰富的绒球分布，绒球极大地提高了水运输能力，大大地增强了毛细作用力，可用于高效的太阳能蒸汽产生。相比之前报道中提到的碳化蘑菇、碳化甘蔗、碳化海带、碳化竹子、碳化木头等等的生物质碳化材料，本发明碳化土豆泡沫的蒸发效率大大提高。
技术研发人员：王成兵;王九龙;王维科;苏进步
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：.08.22
技术公布日：.11.29
