CN109487315A - 结合碳黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结合碳黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法，利用纳米管道上碳黑强化海水、盐湖卤水等含盐水体脱盐，属于海洋和化工以及环境领域。用阳极氧化法在基片表面形成纳米级的直孔结构，接着使用物理气相沉积方法在直孔表面上沉积碳黑材料；或者在直孔结构上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料。然后将制成的复合材料漂浮在海水等含盐水体表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构上，强化海水或其他咸水的蒸发，从而达到高效海水或其他咸水淡化工艺。

Description

结合碳黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米复合材料、其应用及其制备方法，特别是涉及一种纳米多孔复合材 料、其应用及其制备方法，应用于纳米材料、复合材料、海洋和化工以及环境技术领域。
背景技术
随着社会经济的不断发展，全球对水资源的需求持续增长，但由于受自然环境和气候变化等 因素的影响，区域淡水资源正变得越来越稀缺，尤其是干旱半干旱地区、沿海及海岛地区， 缺水现象更加严重。为缓解水资源危机，我国在厉行节水的同时，积极开发利用海水等非常 规水源。栾维新等提出，海水淡化是一种增加区域可利用水资源量的技术，可作为水资源的 重要补充和战略储备。发展海水淡化产业，对缓解我国沿海缺水地区和海岛水资源短缺状况， 优化用水结构，保障水资源可持续利用具有重要意义。
近年来，我国大力发展海水淡化技术与新能源开发。我国海水淡化产能年均增长超过 60％，截止2010年底，国内建成海水淡化装置70多套，设计淡化水产能60万m3/d；在建装置5套，设计淡化水产能26万m3/d。我国规划到2015年，我国海水淡化产能达到220万 m3/d以上，海水淡化对解决海岛新增供水量的贡献率达到50％以上，对沿海缺水地区新增工 业供水量的贡献率达到15％以上。
目前来看，风能、太阳能、核能、波浪能、潮汐能等新能源是海水淡化技术中可利用的 清洁能源。太阳能作为一种清洁的可再生能源，每秒钟照射到地球上的能量相当于500万吨 煤，发展潜力巨大。将太阳能与海水淡化紧密结合起来的新型高效太阳能海水淡化技术必定 有良好的发展前景。利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能的热效应和光效应。海水 淡化方法有很多种，现有淡化技术中，蒸馏淡化技术最成熟、运行安全性高、适用范围广、 单机规模大。太阳能直接平板蒸馏法虽然成本低廉，但效率太低，占地面积过大；而使用太 阳能直接加热海水，通过多效蒸发、多级闪蒸等技术使其淡化，能源利用率显著高于使用太 阳能直接蒸馏。太阳能利用效率的提高意味着单位面积产水量的提高，这对于土地面积有限 的海岛地区有着重要意义。但现有的海水淡化技术工艺效率不够理想，成本高，能源利用率 低，限制了海水淡化技术的推广应用。
发明内容
为了解决现有技术问题，本发明的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种结合碳 黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法，采用阳极氧化铝箔形成纳米级的直孔结构，接着 使用物理气相沉积技术(Physical Vapor Deposition，简称PVD)在直孔表面上沉积碳黑材料； 或者先在直孔材料上沉积Al薄膜，再沉积碳黑材料。然后将制成的材料漂浮在海水等含盐水 体表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构，强化含盐水体的蒸发，从而达到高效进行海水 等含盐水体的淡化工艺。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，采用金属箔片或者非金属基片作为基板，采 用阳极氧化工艺处理基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；接着使用物理气相沉积方法， 在基板的直孔结构表面上沉积碳黑材料，形成涂覆碳黑薄膜的直孔结构材料；或者使用物理 气相沉积方法，在基板的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属 薄膜和碳黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。
作为上述基板的所述金属箔片优选采用Al箔。
优选采用阳极氧化法制备的纳米级的直孔结构的孔的形状为竖直结构，其孔的尺寸为0.1 纳米～1000微米。
在上述直孔表面沉积碳黑材料，优选形成碳黑薄膜的厚度为1埃～10微米。
在上述直孔表面先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，优选形成具有复合材料薄膜的直孔 结构材料的金属薄膜的厚度为1埃～10微米。
一种本发明结合碳黑薄膜的多孔材料的应用，采用主要包括海水或盐湖卤水的含盐水体 作为制备淡化水的资源，将具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料漂浮在含盐水体表面上，太 阳照射在具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料的纳米涂黑的直孔结构上，使含盐水体进行蒸 发，实施含盐水体的脱盐淡化工艺。
一种本发明结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用金属箔片或者非金属基片作为基板，对基板进行清洗、抛光、干燥，得到洁净、 表面平整、干燥的基板，完成基板的预处理。
b.采用阳极氧化工艺，处理在所述步骤a中经过预处理的基板，使基板表面形成纳米级 的直孔结构；
c.采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的基板的直孔结 构表面上沉积碳黑材料，形成涂覆碳黑薄膜的直孔结构材料；或者采用物理气相沉积方法， 在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的基板的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉 积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。
作为本发明的优选的技术方案，在所述步骤a中，对基板进行预处理时，用丙酮对基板 进行超声清洗除油，再用质量浓度不低于4％氢氧化钠溶液除去基板表面氧化层，然后蒸馏水 清洗基板；再用体积比为1：3的硫酸/磷酸混合液于不高于90℃的温度下对基板进行化学抛 光，或者对基板进行电解抛光，继续进行蒸馏水清洗，然后将基板晾干后置于干燥器进行干 燥，得到洁净、表面光滑平整、干燥的基板，备用。
作为本发明的优选的技术方案，在所述步骤b中，在对基板进行阳极氧化工艺处理时， 采用酸性电解液，采用草酸、硫酸和磷酸中的任意一种或者任意几种的混酸为电解液，进行 电解；采用两次阳极氧化方法制备使基板表面形成纳米级的直孔结构；
当采用硫酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，硫酸溶液浓度为0.3～0.5mol·L-1，控制电 解电压为10～25V，电解反应温度为0～3℃；
当采用草酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，草酸溶液浓度为0.2～0.7mol·L-1，控制电 解电压为25～50V，电解反应温度为10～25℃；
当采用磷酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，磷酸溶液的质量分数为10％～30wt.％，控 制电解电压为10～100V，电解反应温度为10～20℃；
当进行第一次阳极氧化时，以铝片为阳极，以铅板或不锈钢板作阴极，控制氧化反应温 度0～100℃，电解液浓度为0.05～2.0mol·L-1、氧化电压为1～500V，氧化反应时间为1～ 3600s，得到一次氧化膜；
当进行第二次阳极氧化时，氧化处理条件与第一次阳极氧化工艺相同，在进行第二次氧 化前先用磷酸/铬酸混合液除去第一次氧化膜，然后制备二次氧化膜；在基板表面形成纳米级 的直孔结构。
作为本发明的优选的技术方案，在所述步骤c中，将在所述步骤b中制备的表面形成纳 米级的直孔结构的基板作为镀件，采用PVD在直孔结构的孔表面上沉积碳黑薄膜或金属薄 膜，工艺步骤如下：
(1)清洗镀件预处理：清洗方法采用清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰 击清洗中的任意一种清洗方法或者多种混合的清洗方法；
(2)在炉子内安放经过所述步骤(1)清洗镀件预处理的镀件，进行真空室清理及镀件 挂具的清洗，进行蒸发源安装、调试、镀件褂卡，同时放入蒸发的靶材为C target或Altarget；
(3)将炉子抽真空，用扩散泵抽至不低于6×10-3Pa的半底真空度；
(4)对镀件进行离子轰击，控制真空度为10Pa～10-5Pa，控制离子轰击电压为200V～ 1kV的负高压，进行离子轰击时间为0.1～60min；
(5)对镀件进行蒸发沉积薄膜材料，控制蒸发电流密度为l～10A/cm2，直到所需沉积时 间结束，使镀件表面的直孔结构的孔表面上沉积薄膜材料；
(6)对在所述步骤(5)中完成沉积过程的镀件进行冷却，使镀件在真空室内冷却到室 温，完成PVD工艺。
本发明与现有技术相比较，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：
1.本发明采用阳极氧化铝箔形成纳米级的直孔结构，使用物理气相沉积方法在直孔表面 上沉积碳黑材料；或者先在直孔材料上沉积Al薄膜，再沉积碳黑材料；然后将制成的材料漂 浮在主要包括海水或盐湖卤水的含盐水体表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构，强化含 盐水体的蒸发，从而达到高效含盐水体淡化工艺；
2.本发明制备方法简单，易于控制，成本低，无二次污染，更具实用价值；
3.本发明材料结构简单，质量高，用其制作的水体淡化装置占地面积小，生产淡水效率 高，能满足各种岛礁和盐湖地区的淡水需求。
附图说明
图1为本发明实施例一的铝箔阳极氧化形成多孔结构以及碳黑沉积孔表面工艺流程图。
图2为本发明实施例一的纳米孔表面沉积的碳黒沉强化海水蒸发示意图。
具体实施方式
以下结合具体的实施例子对上述方案做进一步说明，本发明的优选实施例详述如下：
实施例一
在本实施例中，参见图1和图2，一种具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，采用金属箔 片作为基板，采用阳极氧化工艺处理基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；接着使用物 理气相沉积方法，在基板的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金 属薄膜和碳黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。作为基板的所述金属箔片采用纯度为 99.99％的高纯铝制成的Al箔。采用阳极氧化法制备的纳米级的直孔结构的孔的形状为竖直结 构，其孔的尺寸为0.1纳米。在直孔表面沉积碳黑材料，形成碳黑薄膜的厚度为1埃。在直孔 表面先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有复合材料薄膜的直孔结构Al箔材料的金属 薄膜的厚度为1埃微米。
在本实施例中，参见图1和图2，一种本实施例结合碳黑薄膜的多孔材料的应用，将具 有纳米涂黑薄膜层的多孔结构Al箔材料漂浮在海水表面上，太阳照射在具有纳米涂黑薄膜层 的多孔结构Al箔材料的纳米涂黑的直孔结构上，使海水进行蒸发，实施海水脱盐淡化工艺。
在本实施例中，参见图1和图2，一种本实施例结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法， 包括如下步骤：
a.采用纯度为99.99％的高纯铝制成的Al箔作为基板，用丙酮对Al箔进行超声清洗除油， 再用质量浓度为4％氢氧化钠溶液除去Al箔表面氧化层，然后蒸馏水清洗基板；再用体积比 为1：3的硫酸/磷酸混合液于90℃的温度下对Al箔进行化学抛光，继续进行蒸馏水清洗，然 后将Al箔晾干后置于干燥器进行干燥，得到洁净、表面光滑平整、干燥的Al箔，备用；本 实施例采用Al箔作为基板，对Al箔进行清洗、抛光、干燥，得到洁净、表面平整、干燥的 Al箔，完成Al箔的预处理，成本低，易于处理；抛光效果的好坏直接影响膜孔的形成和电 解所得多孔膜孔洞的有序性；
b.采用阳极氧化工艺，在对Al箔进行阳极氧化工艺处理时，采用酸性电解液，具体采 用硫酸作为电解液，进行电解；采用两次阳极氧化方法制备使Al箔表面形成纳米级的直孔结 构；采用硫酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，硫酸溶液浓度为0.3～0.5mol·L-1，控制电解 电压为10～25V，电解反应温度为0～3℃；
当进行第一次阳极氧化时，以铝片为阳极，以铅板或不锈钢板作阴极，控制氧化反应温 度0～100℃，电解液浓度为0.05～2.0mol·L-1、氧化电压为1～500V，氧化反应时间为1～ 3600s，得到一次氧化膜；
当进行第二次阳极氧化时，氧化处理条件与第一次阳极氧化工艺相同，在进行第二次氧 化前先用磷酸/铬酸混合液除去第一次氧化膜，然后制备二次氧化膜；在基板表面形成纳米级 的直孔结构；
本实施例采用阳极氧化工艺，处理在所述步骤a中经过预处理的Al箔，使Al箔表面形 成纳米级的直孔结构；
c.采用物理气相沉积方法，将在所述步骤b中制备的表面形成纳米级的直孔结构的Al 箔作为镀件，采用PVD在直孔结构的孔表面上沉积碳黑薄膜或金属薄膜，工艺步骤如下：
(1)清洗镀件预处理：清洗方法采用清洗剂清洗、超声波清洗；
(2)在炉子内安放经过所述步骤(1)清洗镀件预处理的镀件，进行真空室清理及镀件 挂具的清洗，进行蒸发源安装、调试、镀件褂卡，同时放入蒸发的靶材为C target或Altarget；
(3)将炉子抽真空，用扩散泵抽至为6×10-3Pa的半底真空度；
(4)对镀件进行离子轰击，控制真空度为10Pa～10-5Pa，控制离子轰击电压为200V～ 1kV的负高压，进行离子轰击时间为0.1～60min；
(5)对镀件进行蒸发沉积薄膜材料，控制蒸发电流密度为l～10A/cm2，直到所需沉积时 间结束，使镀件表面的直孔结构的孔表面上沉积薄膜材料；
(6)对在所述步骤(5)中完成沉积过程的镀件进行冷却，使镀件在真空室内冷却到室 温，完成PVD工艺。本实施例采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺 处理后的Al箔的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳 黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。
物理气相沉积技术(PVD)工艺过程简单，对环境改善，无污染，耗材少，成膜均匀致密，与基体的结合力强。该技术广泛应用于航空航天、电子、光学、机械、建筑、轻工、冶 金、材料等领域，可制备具有耐磨、耐腐饰、装饰、导电、绝缘、光导、压电、磁性、润滑、 超导等特性的膜层。
物理气相沉积技术基本原理可分三个工艺步骤：1)镀料的气化：即使镀料蒸发，异华或 被溅射，也就是通过镀料的气化源；2)镀料原子、分子或离子的迁移：由气化源供出原子、 分子或离子经过碰撞后，产生多种反应。3)镀料原子、分子或离子在基体上沉积。
真空蒸镀基本原理是在真空条件下，使金属、金属合金、化合物或非金属材料蒸发，然 后沉积在基体表面上，蒸发的方法常用电阻加热，高频感应加热，电子束、激光束、离子束 高能轰击镀料，使蒸发成气相，然后沉积在基体表面，历史上，真空蒸镀是PVD法中使用最 早的技术。
碳黑(carbonblack)，又名炭黑，是一种无定形碳。炭黑性质黑度是指炭黑所具有的黑色 呈现强度。炭黑作着色时，黑度主要基于对光的吸收，对于特定浓度的炭黑，炭黑越细小， 则光吸收程度越高。黑度除了受炭黑内部的光吸收外，也受由于粒子表面几何机构的影响而 产生了具有增亮效应的光散射，这会降低黑度。随着粒径的减小，光散射程度降低。只有对 于很细的炭黑，提高炭黑的浓度才能提高黑度，对于粗大的炭黑，具支配因素的光散射程度 因炭黑数增加而提高，黑度反而相应降低。
图1为本实施例铝箔阳极氧化形成多孔结构以及碳黑沉积孔表面工艺流程图，图2为本 实施例纳米孔表面沉积的碳黑沉强化海水蒸发示意图；其中图a)为铝箔阳极氧化形成多孔结 构以及碳黑沉积孔表面的立体图；图b)为太阳照到涂有碳黑的纳米孔蒸发海水示意图；图c) 为蒸发海水原理放大示意图。
本实施例结合碳黑薄膜的多孔材料能用于纳米管道上碳黑强化海水/盐湖卤水脱盐，用阳 极氧化铝箔形成纳米级的直孔结构，接着在直孔结构上先沉积Al薄膜，再沉积碳黑材料。将 制成的材料漂浮在海水表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构上，强化海水的蒸发，从而 达到高效海水淡化工艺。
实施例二
本实施例与实施例一基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
a.本步骤与实施例一相同；
b.采用阳极氧化工艺，在对Al箔进行阳极氧化工艺处理时，采用酸性电解液，具体采 用硫酸作为电解液，进行电解；采用两次阳极氧化方法制备使Al箔表面形成纳米级的直孔结 构；采用草酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，草酸溶液浓度为0.2～0.7mol·L-1，控制电解 电压为40V，电解反应温度为10～25℃；
当进行第一次阳极氧化时，以铝片为阳极，以铅板或不锈钢板作阴极，控制氧化反应温 度0～100℃，电解液浓度为0.05～2.0mol·L-1、氧化电压为1～500V，氧化反应时间为1～ 3600s，得到一次氧化膜；
当进行第二次阳极氧化时，氧化处理条件与第一次阳极氧化工艺相同，在进行第二次氧 化前先用磷酸/铬酸混合液除去第一次氧化膜，然后制备二次氧化膜；在基板表面形成纳米级 的直孔结构；
本实施例采用阳极氧化工艺，处理在所述步骤a中经过预处理的Al箔，使Al箔表面形 成纳米级的直孔结构；
c.本步骤与实施例一相同。
本实施例采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的Al箔的 直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材 料薄膜的直孔结构材料。
实施例三
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
a.本步骤与实施例一相同；
b.采用阳极氧化工艺，在对Al箔进行阳极氧化工艺处理时，采用酸性电解液，具体采 用硫酸作为电解液，进行电解；采用两次阳极氧化方法制备使Al箔表面形成纳米级的直孔结 构；采用磷酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，磷酸溶液的质量分数为10％～30wt.％，控制 电解电压为10～100V，电解反应温度为10～20℃；
当进行第一次阳极氧化时，以铝片为阳极，以铅板或不锈钢板作阴极，控制氧化反应温 度0～100℃，电解液浓度为0.05～2.0mol·L-1、氧化电压为1～500V，氧化反应时间为1～ 3600s，得到一次氧化膜；
当进行第二次阳极氧化时，氧化处理条件与第一次阳极氧化工艺相同，在进行第二次氧 化前先用磷酸/铬酸混合液除去第一次氧化膜，然后制备二次氧化膜；在基板表面形成纳米级 的直孔结构；
本实施例采用阳极氧化工艺，处理在所述步骤a中经过预处理的Al箔，使Al箔表面形 成纳米级的直孔结构；
c.本步骤与实施例一相同。
本实施例采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的Al箔的 直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材 料薄膜的直孔结构材料。
实施例四
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，采用金属箔片作为基板，采 用阳极氧化工艺处理基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；接着使用物理气相沉积方法， 在基板的直孔结构表面上沉积碳黑材料，形成涂覆碳黑薄膜的直孔结构材料。作为基板的所 述金属箔片采用Al箔。本实施例相比前述实施例结构简单，比表面积具有优势，海水淡化能 力和小于与前述实施例材料相当。本实施例采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行 阳极氧化工艺处理后的Al箔的直孔结构表面上仅沉积碳黑材料，形成具有碳黑薄膜的直孔结 构材料。将制成的材料漂浮在海水表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构上，强化海水的 蒸发，从而达到高效海水淡化工艺。
实施例五
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，采用非金属基片作为基板， 采用阳极氧化工艺处理基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；接着使用物理气相沉积方 法，在基板的直孔结构表面上沉积碳黑材料，形成具有碳黑薄膜的直孔结构材料。作为基板 的所述非金属基片采用纯度为99.99％的高纯Si制成的Si基片。采用阳极氧化法制备的纳米 级的直孔结构的孔的形状为竖直结构，其孔的尺寸为1000微米。在直孔表面沉积碳黑材料， 形成碳黑薄膜的厚度为10微米。
在本实施例中，参见图1和图2，一种本实施例结合碳黑薄膜的多孔材料的应用，将具 有纳米涂黑薄膜层的多孔结构Si基片材料漂浮在海水表面上，太阳照射在具有纳米涂黑薄膜 层的多孔结构Si基片材料的纳米涂黑的直孔结构上，使海水进行蒸发，实施海水脱盐淡化工 艺。
实施例六
本实施例与前述实施例基本相同，特别之处在于：
在本实施例中，一种结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，包括如下步骤：
a.采用纯度为99.99％的高纯铝制成的Al箔作为基板，用丙酮对Al箔进行超声清洗除油， 再用质量浓度为4％氢氧化钠溶液除去Al箔表面氧化层，然后蒸馏水清洗基板；再用体积比 为1：3的硫酸/磷酸混合液于90℃的温度下对Al箔进行化学抛光，获得平均为数不高于0.1 微米的光洁度，继续进行蒸馏水清洗，然后将Al箔晾干后置于干燥器进行干燥，得到洁净、 表面光滑平整、干燥的Al箔，备用；本实施例采用Al箔作为基板，对Al箔进行清洗、抛光、 干燥，得到洁净、表面平整、干燥的Al箔，完成Al箔的预处理，成本低，易于处理；抛光 效果的好坏直接影响膜孔的形成和电解所得多孔膜孔洞的有序性，获得平均为数Ra＜1μm 的光洁度；本实施例或者对基板进行电解抛光，设备简单，能够高质量和批量处理Al箔表面， 生产效率高，使Al箔表面平滑化，
b.本步骤与实施例一相同；
c.本步骤与实施例一相同。
本实施例采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的Al箔的 直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材 料薄膜的直孔结构材料。将制成的材料漂浮在盐湖卤水表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔 结构上，强化盐湖卤水的蒸发，从而达到高效盐湖卤水淡化工艺。
综上所述，本发明上述实施例涉及一种结合碳黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法， 利用纳米管道上碳黑强化海水、盐湖卤水等含盐水体脱盐，属于海洋和化工以及环境领域。 用阳极氧化法在基片表面形成纳米级的直孔结构，接着使用物理气相沉积方法在直孔表面上 沉积碳黑材料；或者在直孔结构上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料。然后将制成的复合材 料漂浮在海水等含盐水体表面上，太阳照射在纳米涂黑的直孔结构上，强化海水或其他咸水 的蒸发，从而达到高效海水或其他咸水淡化工艺。
上面对本发明实施例结合附图进行了说明，但本发明不限于上述实施例，还可以根据本 发明的发明创造的目的做出多种变化，凡依据本发明技术方案的精神实质和原理下做的改 变、修饰、替代、组合或简化，均应为等效的置换方式，只要符合本发明的发明目的，只要 不背离本发明结合碳黑薄膜的多孔材料、其应用及其制备方法的技术原理和发明构思，都属 于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，其特征在于：
采用金属箔片或者非金属基片作为基板，采用阳极氧化工艺处理基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；
接着使用物理气相沉积方法，在基板的直孔结构表面上沉积碳黑材料，形成涂覆碳黑薄膜的直孔结构材料；或者使用物理气相沉积方法，在基板的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。
2.根据权利要求1所述具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，其特征在于：作为基板的所述金属箔片采用Al箔。
3.根据权利要求1所述具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，其特征在于：采用阳极氧化法制备的纳米级的直孔结构的孔的形状为竖直结构，其孔的尺寸为0.1纳米～1000微米。
4.根据权利要求1所述具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，其特征在于：在直孔表面沉积碳黑材料，形成碳黑薄膜的厚度为1埃～10微米。
5.根据权利要求1所述具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料，其特征在于：在直孔表面先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有复合材料薄膜的直孔结构材料的金属薄膜的厚度为1埃～10微米。
6.一种权利要求1所述结合碳黑薄膜的多孔材料的应用，其特征在于：采用主要包括海水或盐湖卤水的含盐水体作为制备淡化水的资源，将具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料漂浮在含盐水体表面上，太阳照射在具有纳米涂黑薄膜层的多孔结构材料的纳米涂黑的直孔结构上，使含盐水体进行蒸发，实施含盐水体的脱盐淡化工艺。
7.一种权利要求1所述结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
a.采用金属箔片或者非金属基片作为基板，对基板进行清洗、抛光、干燥，得到洁净、表面平整、干燥的基板，完成基板的预处理。
b.采用阳极氧化工艺，处理在所述步骤a中经过预处理的基板，使基板表面形成纳米级的直孔结构；
c.采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的基板的直孔结构表面上沉积碳黑材料，形成涂覆碳黑薄膜的直孔结构材料；或者采用物理气相沉积方法，在经过所述步骤b进行阳极氧化工艺处理后的基板的直孔结构表面上先沉积金属薄膜，再沉积碳黑材料，形成具有金属薄膜和碳黑薄膜的复合材料薄膜的直孔结构材料。
8.根据权利要求7所述结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤a中，对基板进行预处理时，用丙酮对基板进行超声清洗除油，再用质量浓度不低于4％氢氧化钠溶液除去基板表面氧化层，然后蒸馏水清洗基板；再用体积比为1：3的硫酸/磷酸混合液于不高于90℃的温度下对基板进行化学抛光，或者对基板进行电解抛光，继续进行蒸馏水清洗，然后将基板晾干后置于干燥器进行干燥，得到洁净、表面光滑平整、干燥的基板，备用。
9.根据权利要求7所述结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤b中，在对基板进行阳极氧化工艺处理时，采用酸性电解液，采用草酸、硫酸和磷酸中的任意一种或者任意几种的混酸为电解液，进行电解；采用两次阳极氧化方法制备使基板表面形成纳米级的直孔结构；
当采用硫酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，硫酸溶液浓度为0.3～0.5mol·L-1，控制电解电压为10～25V，电解反应温度为0～3℃；
当采用草酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，草酸溶液浓度为0.2～0.7mol·L-1，控制电解电压为25～50V，电解反应温度为10～25℃；
当采用磷酸溶液作为电解液进行阳极氧化时，磷酸溶液的质量分数为10％～30wt.％，控制电解电压为10～100V，电解反应温度为10～20℃；
当进行第一次阳极氧化时，以铝片为阳极，以铅板或不锈钢板作阴极，控制氧化反应温度0～100℃，电解液浓度为0.05～2.0mol·L-1、氧化电压为1～500V，氧化反应时间为1～3600s，得到一次氧化膜；
当进行第二次阳极氧化时，氧化处理条件与第一次阳极氧化工艺相同，在进行第二次氧化前先用磷酸/铬酸混合液除去第一次氧化膜，然后制备二次氧化膜；在基板表面形成纳米级的直孔结构。
10.根据权利要求7所述结合碳黑薄膜的多孔材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤c中，将在所述步骤b中制备的表面形成纳米级的直孔结构的基板作为镀件，采用PVD在直孔结构的孔表面上沉积碳黑薄膜或金属薄膜，工艺步骤如下：
(1)清洗镀件预处理：清洗方法采用清洗剂清洗、化学溶剂清洗、超声波清洗和离子轰击清洗中的任意一种清洗方法或者多种混合的清洗方法；
(2)在炉子内安放经过所述步骤(1)清洗镀件预处理的镀件，进行真空室清理及镀件挂具的清洗，进行蒸发源安装、调试、镀件褂卡，同时放入蒸发的靶材为C target或Altarget；
(3)将炉子抽真空，用扩散泵抽至不低于6×10-3Pa的半底真空度；
(4)对镀件进行离子轰击，控制真空度为10Pa～10-5Pa，控制离子轰击电压为200V～1kV的负高压，进行离子轰击时间为0.1～60min；
(5)对镀件进行蒸发沉积薄膜材料，控制蒸发电流密度为l～10A/cm2，直到所需沉积时间结束，使镀件表面的直孔结构的孔表面上沉积薄膜材料；
(6)对在所述步骤(5)中完成沉积过程的镀件进行冷却，使镀件在真空室内冷却到室温，完成PVD工艺。
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