本發(fā)明屬于膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種復(fù)合半透膜，具體涉及一種含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其在光蒸發(fā)水、海水淡化領(lǐng)域有望得到廣闊的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

眾所周知，太陽(yáng)能是一種取之不盡、用之不竭的天然可再生能源，它具有無(wú)污染、輻射功率大且清潔的優(yōu)點(diǎn)，是作為太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)的能量來(lái)源。將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為熱能，其廣泛被應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)生活中的各個(gè)方面，如太陽(yáng)能發(fā)電、海水淡化、太陽(yáng)能光熱殺菌以及其他工業(yè)應(yīng)用。

大規(guī)模的利用太陽(yáng)能可有效減少人類對(duì)化石燃料的依賴，也可以達(dá)到保護(hù)環(huán)境的目的。目前，光熱轉(zhuǎn)換材料不僅可以用于光熱治療領(lǐng)域，同時(shí)可以利用太陽(yáng)輻射的能量，將其轉(zhuǎn)換為熱能，達(dá)到光蒸發(fā)水，淡化海水的目的，因此受到了廣泛的關(guān)注。

光蒸發(fā)水的原理是給予光熱轉(zhuǎn)換材料適當(dāng)?shù)奶?yáng)光輻射，由于其局部表面等離子共振效應(yīng)，可產(chǎn)生明顯的局部加熱效應(yīng)，使局部快速升溫，使溫度達(dá)到甚至遠(yuǎn)高于水的沸點(diǎn)，以此達(dá)到光蒸發(fā)水的目的。

迄今，金屬金作為一種典型的光熱轉(zhuǎn)換納米材料，在不同的領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。例如，諾伊曼(acsnano，2013，7，42-49)和他的同事利用金納米粒子在太陽(yáng)能功率密度10³kw/m²的條件下進(jìn)行光蒸發(fā)水實(shí)驗(yàn)研究。然而，高太陽(yáng)能功率密度和高成本的材料限制了這種技術(shù)在太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換方面的應(yīng)用，且其光熱轉(zhuǎn)換效率只有24％。

因此，為了節(jié)約設(shè)備成本，提高太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換效率，尋找低成本的先進(jìn)光熱轉(zhuǎn)換材料已經(jīng)成為了一項(xiàng)迫切的任務(wù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種復(fù)合半透膜，將膜蒸餾技術(shù)與光熱轉(zhuǎn)換結(jié)合起來(lái)，充分利用其局域表面等離子共振效應(yīng)，將其吸收太陽(yáng)光輻射帶來(lái)的能量轉(zhuǎn)換為熱能，通過(guò)光蒸發(fā)水，能實(shí)現(xiàn)海水淡化，適用于海水淡化領(lǐng)域。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，該方法包含以下步驟：

步驟1，采用纖維素硝酸酯制備半透膜前驅(qū)體溶液；

步驟2，將鎘硫?qū)倩衔锾砑又辽鲜銮膀?qū)體溶液中，攪拌均勻，得混合溶液；

步驟3，將上述混合溶液平鋪在平底容器上，自然干燥成膜，制備出含鎘硫?qū)倩衔锇胪改ぃ?/p>

步驟4，將含鎘硫?qū)倩衔锇胪改ぶ糜谙跛徙y溶液浸泡一段時(shí)間，通過(guò)陽(yáng)離子轉(zhuǎn)換將硝酸銀、硫化鎘轉(zhuǎn)換為ag2s；

步驟5，將上述浸泡過(guò)的含鎘硫?qū)倩衔锇胪改と〕?，自然晾干，制備出含半?dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，步驟1中，制備半透膜前驅(qū)體溶液的方法是指，將干燥的纖維素硝酸酯溶于的乙醚與乙醇的混合溶液中，得到透明的半透膜前驅(qū)體溶液。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，所述的纖維素硝酸酯通過(guò)將脫脂棉溶于濃硝酸與濃硫酸的混合溶液中，經(jīng)水洗、干燥制備。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，步驟2中，所述的鎘硫?qū)倩衔镞x擇硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘中的任意一種。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，步驟4中，所述的硝酸銀溶液濃度為0.1～1mol/l。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，步驟4中，所述的含鎘硫?qū)倩衔锇胪改ぴ谙跛徙y溶液中的浸泡時(shí)間為5-30min。

上述的用于光蒸發(fā)水的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的制備方法，其中，步驟5中，所述的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的厚度為100～500μm。

本發(fā)明還提供了一種采用上述的方法制備的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜，該復(fù)合半透膜中包含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔铩?/p>

上述的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜，其中，所述的半導(dǎo)體硫?qū)倩衔锸侵告k硫?qū)倩衔锱cag2s的混合物，其中，鎘硫?qū)倩衔锱cag2s的混合物的重量百分含量不超過(guò)65％(如含量太高，可能阻塞半透膜的膜孔，對(duì)水的揮發(fā)有抑制作用)，鎘硫?qū)倩衔镞x擇硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘中的任意一種。

本發(fā)明還提供了一種采用上述的方法制備的含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜的用途，其中，該含半導(dǎo)體硫?qū)倩衔飶?fù)合半透膜能實(shí)現(xiàn)光熱轉(zhuǎn)換，通過(guò)光致水蒸發(fā)淡化海水，適用于光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域。

半導(dǎo)體硫?qū)倩衔锸欠浅８咝实膶?duì)可見(jiàn)光響應(yīng)的半導(dǎo)體材料，本發(fā)明將其與膜復(fù)合，利用其局域表面等離子體共振效應(yīng)，可以吸收太陽(yáng)光將其轉(zhuǎn)換為熱能，光致水蒸發(fā)，達(dá)到淡化海水的目的。

本發(fā)明所提出的制備方法具有制備簡(jiǎn)單，成本低，光熱轉(zhuǎn)換效果好等優(yōu)點(diǎn)，在光蒸發(fā)水，淡化海水領(lǐng)域內(nèi)將具有非常好的應(yīng)用前景。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1-7制備的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜的xrd圖譜。

圖2的(a)為本發(fā)明實(shí)施例6制備的含半導(dǎo)體cds半透膜的sem圖譜；圖2的(b)為本發(fā)明實(shí)施例6制備的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜的sem照片。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1-7的紫外透光率圖譜。

圖4的(a)、(b)為本發(fā)明實(shí)施例1-7制備的半透膜的光蒸發(fā)水性能實(shí)驗(yàn)圖譜(柱狀圖和折線圖)；圖4的(c)為本發(fā)明實(shí)施例1-7制備的半透膜的光蒸發(fā)水速率圖譜；圖4的(d)為本發(fā)明實(shí)施例1-7制備的半透膜的光蒸發(fā)水效率圖譜。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說(shuō)明。

本發(fā)明所需要的纖維素硝酸酯可自制或市購(gòu)。實(shí)施例中所采用的纖維素硝酸酯為自制，制備方法如下。

制備纖維素硝酸酯：將5ml濃硝酸與10ml濃硫酸混合，配成混合溶液體積比1:2，將1g脫脂棉侵入混合溶液1h，取出用去離子水沖洗8次，30度烘箱烘干24h，得到纖維素硝酸酯；

制備半透膜前驅(qū)體溶液：取出1g干燥后的纖維素硝酸酯，將其溶于25ml乙醚與25ml乙醇的混合溶液(體積比1:1)中，不斷震蕩或攪拌，得到透明的半透膜前驅(qū)體；

實(shí)施例1

將3.375mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為0.25mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量約為0.25mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例2

將6.75mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為0.5mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量約為0.5mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例3

將13.5mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為1mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量約為1mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例4

將27mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為2mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量約為2mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例5

將54mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為4mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量為約4mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例6

將108mgcds添加至6ml上述半透膜前驅(qū)體溶液，機(jī)械攪拌15min，得均勻混合的混合溶液；取出2ml混合溶液，將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出含量為8mg的半導(dǎo)體cds基半透膜。將所制備的半導(dǎo)體cds基半透膜放置于(0.5mol/l)硝酸銀溶液浸泡15min，將其取出，成功制備出厚度約150μm含量約為8mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜。

實(shí)施例7(對(duì)比例)

作為對(duì)比，還制備了未加吸熱劑的膠棉半透膜純膜(semipermeablecollodionmembrane)：用吸管吸取2ml膠棉液，將其將其加入直徑為75mm的500ml燒杯底部，自然干燥成膜，將其裁剪為直徑為35mm的圓形薄膜，制備出透明的膠棉半透膜(scm)。

實(shí)施例1-7制備的7個(gè)半透膜的xrd圖譜如圖1所示，由圖可以看出，實(shí)施例1-6所制備的材料(實(shí)施例1中所制備的半透膜中cds、ag2s含量低，需放大可見(jiàn))既含有cds，也含有ag2s，為cds-ag2s復(fù)合材料，說(shuō)明成功制備出了含cds-ag2s復(fù)合半透膜。

圖2的(a)為本發(fā)明實(shí)施例6制備的含半導(dǎo)體cds半透膜的sem圖譜；圖2的(b)為本發(fā)明實(shí)施例6制備的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜的sem照片。從圖2的(a)看出，實(shí)施例6制備的半透膜中，cds為納米塊狀顆粒，圖2的(b)為其在相同倍率下的sem照片，更為清楚的顯示，cds-ag2s的顆粒大小明顯增大，可能是cds與ag2s的聚集現(xiàn)象。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1-7的紫外透光率圖譜，其中，(a)為曲線圖，(b)為柱狀圖。由圖3可以看出，隨著復(fù)合材料中cds-ag2s含量的增加，其紫外可見(jiàn)透過(guò)率呈下降的趨勢(shì)，說(shuō)明紫外可見(jiàn)吸收逐漸增強(qiáng)，其吸收的能量也越來(lái)越強(qiáng)，從而將其轉(zhuǎn)換為熱能的能量也越來(lái)越高，實(shí)施例1-6的光蒸發(fā)水的性能也由此隨著cds-ag2s濃度的增大而增大。

分別將實(shí)施例1-7制備的7個(gè)半透膜放置于開(kāi)口直徑為35mm的40mm×25mm的裝有10ml水的稱量瓶的水面上，在模擬太陽(yáng)光(1.5kw/m²)的輻射下，通過(guò)電子精密天平準(zhǔn)確記錄純水的減少量，其測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖4(其中，water-dark為水在沒(méi)有模擬太陽(yáng)光的輻射下，及在室溫的條件下其蒸發(fā)效果)。由圖4的(a)、(b)所示的分別是光蒸發(fā)導(dǎo)致水的減少量的柱狀圖和直接變化圖。從圖4的(c)看出，最好的光蒸發(fā)速率高達(dá)1.26kgm^-2h^-1。從圖4的(d)看出，其含量約8mg的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜的光蒸發(fā)效率高達(dá)52.7％?？梢?jiàn)，本發(fā)明的含半導(dǎo)體cds-ag2s復(fù)合半透膜展示了非常好的光蒸發(fā)水效果。

本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述的鎘硫?qū)倩衔镞x擇硫化鎘、硒化鎘、碲化鎘中的任意一種。當(dāng)將含鎘硫?qū)倩衔锇胪改ぴ谙跛徙y溶液中的浸泡時(shí)，通過(guò)陽(yáng)離子交換，可將硝酸銀轉(zhuǎn)換為硫?qū)巽y化物，如cdse可以通過(guò)與硝酸銀部分轉(zhuǎn)換為ag2se，形成含cdse-ag2se復(fù)合半透膜；硫化鎘可轉(zhuǎn)換為ag2s，形成含cds-ag2s復(fù)合半透膜。

本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在半透膜中，鎘硫?qū)倩衔锱cag2s的混合物的重量百分含量不超過(guò)65％。

綜上所述，本發(fā)明將半導(dǎo)體硫?qū)倩衔锱c膜復(fù)合，利用半導(dǎo)體硫?qū)倩衔锞钟虮砻娴入x子體共振效應(yīng)，可以吸收太陽(yáng)光并將其轉(zhuǎn)換為熱能，光致水蒸發(fā)，達(dá)到淡化海水的目的。本發(fā)明的方法工藝簡(jiǎn)單，成本低；所提供的半透膜光熱轉(zhuǎn)換效果好，在光蒸發(fā)水，淡化海水領(lǐng)域內(nèi)將具有非常好的應(yīng)用前景。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見(jiàn)的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來(lái)限定。