一種基于多孔復(fù)合材料的液態(tài)混合物蒸發(fā)分離方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種液體混合物分離方法，尤其是涉及一種基于多孔復(fù)合材料的液態(tài)混合物蒸發(fā)分離方法，屬于復(fù)合材料的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸發(fā)在化工分餾中扮演著十分重要的角色?；し逐s往往需要抑制某些組分蒸發(fā)而加強(qiáng)另外某些組分的蒸發(fā)，而依靠蒸發(fā)過程進(jìn)行分離純化的能力比較有限。原因在于現(xiàn)有蒸發(fā)技術(shù)無法對溶液各組分的蒸發(fā)進(jìn)行調(diào)控，也無法克服溶液的共沸實(shí)現(xiàn)共沸物的分離。而且傳統(tǒng)分餾方法，需將整個(gè)體系加熱至較高溫度，熱損失大，能量利用率極低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于多孔復(fù)合材料的液態(tài)混合物蒸發(fā)分離方法。
[0004]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0005]一種基于多孔復(fù)合材料的液態(tài)混合物蒸發(fā)分離方法，該方法包括以下步驟:
[0006](I)多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料的制備:使用多孔固體材料作為基體，將具有電磁波吸收特性的電磁波吸收顆粒復(fù)合在基體上；
[0007](2)使用多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料進(jìn)行液體蒸發(fā):將多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料置于空氣與液態(tài)混合物界面，入射電磁波被電磁波吸收顆粒吸收，并被轉(zhuǎn)化為熱量加熱表層液態(tài)混合物，使液態(tài)混合物迅速汽化，實(shí)現(xiàn)高效率蒸發(fā)；多孔固體材料作為支撐基體的同時(shí)提供液態(tài)混合物補(bǔ)給通道，保證蒸發(fā)過程進(jìn)行；
[0008](3)通過改變多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面結(jié)構(gòu)或化學(xué)性質(zhì)實(shí)現(xiàn)控制液態(tài)混合物蒸發(fā)效率:使用表面物理化學(xué)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面幾何結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)對液態(tài)混合物蒸發(fā)過程中各組分蒸發(fā)量的控制，實(shí)現(xiàn)液態(tài)混合物的蒸發(fā)分離。
[0009]優(yōu)選地，所述的多孔固體材料外形包括薄膜狀、平板狀、塊狀或柱狀；所述的多孔固體材料孔隙率介于0%?100%之間；所述的多孔固體材料內(nèi)部孔洞或孔道使多孔固體材料至少有兩個(gè)相對面相連通；多孔固體材料的材質(zhì)選自金屬、合金、無機(jī)非金屬、有機(jī)高分子中的一種或幾種的復(fù)合材料；如帶高分子涂層的金屬材料，或表層為氧化物的金屬材料；多孔固體材料有一定強(qiáng)度能作為整體復(fù)合材料的骨架與液體與蒸汽運(yùn)動(dòng)通道，也能起到一定的隔熱保溫作用。
[0010]優(yōu)選地，所述的電磁波吸收顆粒為金屬、合金或非金屬無機(jī)物顆粒；將電磁波吸收顆粒復(fù)合在基體上的方法包括化學(xué)或物理吸附方法、如浸泡，浸漬，霧化噴涂，旋涂等，自組裝后沉積方法，可以直接使用提拉法，兩相界面自組裝后轉(zhuǎn)移到基體上等，或使用過濾、減壓抽濾方法，用基體過濾含顆粒物的溶液。
[0011]優(yōu)選地，所述的電磁波吸收顆粒分散在多孔固體材料基體中，或以連續(xù)膜的形式覆于基體表面，且電磁波吸收顆粒與基體具有一定的結(jié)合力，同時(shí)電磁波吸收顆粒仍保留有光熱轉(zhuǎn)化性質(zhì)。
[0012]優(yōu)選地，所述的液態(tài)混合物包括電解質(zhì)溶液(如氯化鈉溶液等)、非電解質(zhì)溶液(如乙醇溶液等)、懸濁液或乳濁液，且所述的液態(tài)混合物與電磁波吸收顆粒能夠直接接觸。
[0013]優(yōu)選地，步驟(2)中入射電磁波包括固定波長激光波、紫外光波、可見光波、紅外光波或微波等，以一定的強(qiáng)度照射在電磁波吸收顆粒上而被吸收，吸收方式包括本征吸收與等離激元共振效應(yīng)吸收中的一種或兩種。
[0014]電磁波吸收顆粒將吸收的光能轉(zhuǎn)化為熱量表面溫度迅速升高，由于多孔基體使電磁波吸收顆粒僅與液態(tài)混合物表層接觸，同時(shí)多孔復(fù)合材料熱導(dǎo)率較低，液態(tài)混合物得到獲得絕大部分熱量而蒸發(fā)，而離表層遠(yuǎn)的液態(tài)混合物基本沒有獲得熱量仍保持在較低的溫度；蒸發(fā)過程利用能量的效率高。在蒸發(fā)過程中，多孔固體材料與電磁波吸收顆粒能耐受顆粒產(chǎn)生的高溫，保持一定的幾何外形，不至于堵塞液體與蒸汽運(yùn)動(dòng)的通道。
[0015]優(yōu)選地，步驟(3)中表面物理化學(xué)處理技術(shù)包括物理氣相沉積、化學(xué)氣相沉積、光亥IJ、化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕或化學(xué)官能團(tuán)修飾中的一種或多種共同使用。對多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面幾何結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)包括對多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面、孔道或孔隙內(nèi)表面幾何結(jié)構(gòu)的調(diào)節(jié)，其尺度涵蓋納米?毫米量級；對多孔光熱轉(zhuǎn)化復(fù)合材料表面化學(xué)性質(zhì)的調(diào)節(jié)包括對一種或多種液態(tài)混合物的潤濕性進(jìn)行調(diào)節(jié)，如親水性，疏水性或親油性等。
[0016]本發(fā)明對液態(tài)混合物蒸發(fā)過程各組分蒸發(fā)量的控制，其原因在于液態(tài)或相應(yīng)氣態(tài)的不同組分與經(jīng)過表面處理的多孔復(fù)合材料的結(jié)合力存在較大差異，且多孔復(fù)合材料比表面積大，液態(tài)混合物不同組分在向蒸發(fā)層運(yùn)動(dòng)與汽化、脫離過程的速度差別被放大；也就是有些組分快速蒸發(fā)的同時(shí)，其它組分的蒸發(fā)得到抑制，從而達(dá)到了不同組分蒸發(fā)速率的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液態(tài)混合物的蒸發(fā)式分離。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明利用電磁波吸收顆粒將光能高效轉(zhuǎn)化為熱量，加熱并汽化表層液態(tài)混合物，通過與表面結(jié)構(gòu)性質(zhì)可控的多孔支撐材料相復(fù)合控制不同組分蒸發(fā)的速率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液態(tài)混合物的蒸發(fā)式分離。具體而言，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0018](I)本發(fā)明使用本征吸收或等離激元共振效應(yīng)吸收光能，提高光熱轉(zhuǎn)化效率。
[0019](2)本發(fā)明使用的光能清潔無污染，且是可再生能源，有節(jié)能減排作用。
[0020](3)本發(fā)明通過區(qū)域集熱效應(yīng)加熱表層液態(tài)混合物，減少熱量損失，從而提高了熱量的利用效率。
[0021](4)本發(fā)明方法可調(diào)節(jié)液態(tài)混合物中不同組分蒸發(fā)速率。
[0022](5)多孔復(fù)合材料的制備與表面處理技術(shù)相對成熟，經(jīng)濟(jì)可行。
【附圖說明】
[0023]圖1復(fù)合材料光學(xué)照片；
[0024]圖2復(fù)合材料基體掃描電子顯微鏡照片；
[0025]圖3為經(jīng)過復(fù)合膜分離后溶液濃度與標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0027]實(shí)施例1
[0028](I)金納米顆粒的制備
[0029]將一定濃度的氯金酸(HAuCl4)溶液以一定的比例加至沸騰的去離子水中，待攪拌均勻后立即按比例加入一定濃度的檸檬酸三鈉溶液，然后在加熱條件下攪拌20分鐘后，去掉熱源，繼續(xù)攪拌15分鐘，便得到粒徑為1nm的金納米顆粒。將所得到溶液作為金顆粒生長種子，將種子溶液稀釋并添加一定比例的鹽酸羥胺溶液與氯金酸溶液，使金納米顆粒粒徑長大，重復(fù)生長步驟，可使金顆粒粒徑從1nm —直逐步長大10nm左右。獲得溶液合并，靜置一段時(shí)間溶液使顆粒沉降。并吸去部分上層清液進(jìn)行濃縮，得到濃縮溶液。
[0030](2)雙層復(fù)合膜的制備
[0031]用王水對多孔陽極氧化鋁濾膜進(jìn)行預(yù)