一種基于多孔復合材料的液態混合物蒸發分離方法
【技術領域】
[0001]本發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合材料的液態混合物蒸發分離方法，屬于復合材料的應用技術領域。
【背景技術】
[0002]蒸發在化工分餾中扮演著十分重要的角色。化工分餾往往需要抑制某些組分蒸發而加強另外某些組分的蒸發，而依靠蒸發過程進行分離純化的能力比較有限。原因在于現有蒸發技術無法對溶液各組分的蒸發進行調控，也無法克服溶液的共沸實現共沸物的分離。而且傳統分餾方法，需將整個體系加熱至較高溫度，熱損失大，能量利用率極低。
【發明內容】
[0003]本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于多孔復合材料的液態混合物蒸發分離方法。
[0004]本發明的目的可以通過以下技術方案來實現:
[0005]一種基于多孔復合材料的液態混合物蒸發分離方法，該方法包括以下步驟:
[0006](I)多孔光熱轉化復合材料的制備: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合在基體上；
[0007](2)使用多孔光熱轉化復合材料進行液體蒸發:將多孔光熱轉化復合材料置于空氣與液態混合物界面，入射電磁波被電磁波吸收顆粒吸收，并被轉化為熱量加熱表層液態混合物，使液態混合物迅速汽化，實現高效率蒸發；多孔固體材料作為支撐基體的同時提供液態混合物補給通道，保證蒸發過程進行；
[0008](3)通過改變多孔光熱轉化復合材料表面結構或化學性質實現控制液態混合物蒸發效率:使用表面物理化學處理技術，實現對多孔光熱轉化復合材料表面幾何結構與化學性質的調節，從而實現對液態混合物蒸發過程中各組分蒸發量的控制，實現液態混合物的蒸發分離。
[0009]優選地，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部孔洞或孔道使多孔固體材料至少有兩個相對面相連通；多孔固體材料的材質選自金屬、合金、無機非金屬、有機高分子中的一種或幾種的復合材料；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度能作為整體復合材料的骨架與液體與蒸汽運動通道，也能起到一定的隔熱保溫作用。
[0010]優選地，所述的電磁波吸收顆粒為金屬、合金或非金屬無機物顆粒；將電磁波吸收顆粒復合在基體上的方法包括化學或物理吸附方法、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合力，同時電磁波吸收顆粒仍保留有光熱轉化性質。
[0012]優選地，所述的液態混合物包括電解質溶液(如氯化鈉溶液等)、非電解質溶液(如乙醇溶液等)、懸濁液或乳濁液，且所述的液態混合物與電磁波吸收顆粒能夠直接接觸。
[0013]優選地，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吸收中的一種或兩種。
[0014]電磁波吸收顆粒將吸收的光能轉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混合物表層接觸，同時多孔復合材料熱導率較低，液態混合物得到獲得絕大部分熱量而蒸發，而離表層遠的液態混合物基本沒有獲得熱量仍保持在較低的溫度；蒸發過程利用能量的效率高。在蒸發過程中，多孔固體材料與電磁波吸收顆粒能耐受顆粒產生的高溫，保持一定的幾何外形，不至于堵塞液體與蒸汽運動的通道。
[0015]優選地，步驟(3)中表面物理化學處理技術包括物理氣相沉積、化學氣相沉積、光亥IJ、化學腐蝕、電化學腐蝕或化學官能團修飾中的一種或多種共同使用。對多孔光熱轉化復合材料表面幾何結構的調節包括對多孔光熱轉化復合材料表面、孔道或孔隙內表面幾何結構的調節，其尺度涵蓋納米?毫米量級；對多孔光熱轉化復合材料表面化學性質的調節包括對一種或多種液態混合物的潤濕性進行調節，如親水性，疏水性或親油性等。
[0016]本發明對液態混合物蒸發過程各組分蒸發量的控制，其原因在于液態或相應氣態的不同組分與經過表面處理的多孔復合材料的結合力存在較大差異，且多孔復合材料比表面積大，液態混合物不同組分在向蒸發層運動與汽化、脫離過程的速度差別被放大；也就是有些組分快速蒸發的同時，其它組分的蒸發得到抑制，從而達到了不同組分蒸發速率的控制，進而實現液態混合物的蒸發式分離。
[0017]與現有技術相比，本發明利用電磁波吸收顆粒將光能高效轉化為熱量，加熱并汽化表層液態混合物，通過與表面結構性質可控的多孔支撐材料相復合控制不同組分蒸發的速率，進而實現液態混合物的蒸發式分離。具體而言，具有以下優點及有益效果:
[0018](I)本發明使用本征吸收或等離激元共振效應吸收光能，提高光熱轉化效率。
[0019](2)本發明使用的光能清潔無污染，且是可再生能源，有節能減排作用。
[0020](3)本發明通過區域集熱效應加熱表層液態混合物，減少熱量損失，從而提高了熱量的利用效率。
[0021](4)本發明方法可調節液態混合物中不同組分蒸發速率。
[0022](5)多孔復合材料的制備與表面處理技術相對成熟，經濟可行。
【附圖說明】
[0023]圖1復合材料光學照片；
[0024]圖2復合材料基體掃描電子顯微鏡照片；
[0025]圖3為經過復合膜分離后溶液濃度與標準蒸發曲線。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0027]實施例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，靜置一段時間溶液使顆粒沉降。并吸去部分上層清液進行濃縮，得到濃縮溶液。
[0030](2)雙層復合膜的制備
[0031]用王水對多孔陽極氧化鋁濾膜進行預