静电植绒法制备垂直排列碳纤维改性织物的光热转换与水分蒸发性能研究

本文系统研究了通过静电植绒技术将不同长度碳纤维垂直排列于氮化钛（TiN）改性碳化毛巾布表面，构建具有光热转换功能的垂直排列碳纤维织物（TiN VACFs）。研究揭示了碳纤维长度（1mm/3mm/6mm）对材料光吸收率（UV-Vis-NIR）、蒸发速率（最高达1.92 kg·m-2·h-1）及循环稳定性的关键影响，为太阳能驱动的水处理材料设计提供了新策略。

　　

材料

纳米TiN（纯度98%）购自河北博诚冶金技术中心。海藻酸钠（SA，化学纯）、丙酮（分析纯）、无水氯化钙（分析纯）、壳聚糖（生物试剂）、乙酸（分析纯）、聚丙烯酰胺购自国药集团化学试剂有限公司，十二烷基苯磺酸钠（SDBS，纯度97%）购自上海昊弘生物医药科技有限公司，碳纤维由卡特烯科技有限公司提供。

TiN改性碳化毛巾布的制备

毛巾布经过碳化和氮化钛（TiN）改性处理，制备得到TiN改性碳化毛巾布（TiN CFs）。

形貌与结构分析

透射电子显微镜（TEM）图像清晰展示了TiN纳米颗粒的立方体结构（图2a）。高分辨率TEM（HRTEM）显示出清晰的晶格条纹（图2b），表明TiN纳米颗粒具有高结晶度。晶格条纹间距分别为0.151 nm、0.241 nm和0.211 nm，对应于TiN（JCPDS No. 38–1420）的（220）、（111）和（200）晶面。图2c显示TiN为粒径在105–459 nm之间的纳米颗粒，平均粒径为...

结论

通过碳化及氮化钛（TiN）改性处理毛巾布，制备了TiN改性碳化毛巾布（TiN CFs）。采用静电植绒技术将三种长度（1mm、3mm和6mm）的碳纤维绒毛垂直植入TiN CFs表面，成功制备了垂直排列碳纤维织物（TiN VACFs：1mm-TiN VACF、3mm-TiN VACF和6mm-TiN VACF）。当植绒高度不足时，TiN CF表面的碳纤维绒毛易发生塌陷，导致光吸收减少；而当植绒高度过高时，过长的绒毛又会遮蔽TiN改性基底，同样削弱光吸收能力。其中，3mm-TiN VACF表现出最优的光热性能，吸收率高达98.9%。在1小时光照下，1mm-TiN VACF和6mm-TiN VACF的蒸发速率较低，分别为1.58 kg·m^-2·h^-1和1.82 kg·m^-2·h^-1，而3mm-TiN VACF的蒸发速率达到1.92 kg·m^-2·h^-1。此外，经过10次循环水蒸发测试，3mm-TiN VACF的蒸发速率仍能保持在1.83 kg·m^-2·h^-1。3mm-TiN VACF具有良好的废水处理性能和循环稳定性，可有效应用于光热转换材料和废水处理领域。