一种含克酮酸核的有机光热分子及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及具有光热转换性能的有机小分子领域，具体地说，是涉及一种含克酮酸核的有机光热小分子及其制备方法及其在海水淡化中的应用。
背景技术
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关注的问题，因此，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。太阳能作为一种新能源，具有独特优势：首先，它是人类可以利用的最丰富的能源。其次，地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。最后，太阳能是一种洁净的能源。因此利用太阳能进行海水淡化可以充分利用资源生产淡水，具有重要的意义和应用前景。
目前，进行海水淡主要有两种技术。一是反渗透法，将海水加压，使淡水透过渗透膜而盐分被截留的淡化方法。反渗透主体设备主要由高压泵、反渗透膜、能量回收三部分组成，无论海水、苦咸水，亦无论大型、中型、小型都适应，是海水淡化技术近二十年来发展最快方法，但是反渗透法本身也需要消耗能源造成一定程度的环境污染。二是蒸发法，通过光热转换材料，吸收太阳光，将太阳能转换成热能，通过产生的热能对与光热材料接触的部分海水进行加热蒸发，从而产生淡水，然而该项技术的缺点在于光热材料制备过程工艺流程复杂，成本较高，在较低的光照强度下光热效率比较低下，占地面积广，难以达到实用的效果。因此探索制备光热转换效率高的材料，对于提高海水淡化的效率有重要的意义。
发明内容
为了解决以上现有技术中存在的问题，本发明利用克酮酸作为受体单元，制备得到具有高光热转换效率的有机小分子。
本发明目的之一为提供一种含克酮酸核的有机光热小分子，具有下式所示结构：
其中R为氢、C1～C23的烷基或烷氧基，优选为氢、C1～C10的烷基或烷氧基。
本发明目的之二为提供所述含克酮酸核的有机光热小分子的制备方法，包括以下步骤：
(1)在无水无氧条件下，将催化剂与双四苯乙烯胺或其衍生物混合，加入溶剂1，然后加入2-溴噻吩进行反应，萃取、提纯得到中间物；
(2)在无水无氧条件下，将克酮酸与步骤(1)得到的中间物在溶剂2中进行反应，萃取、提纯得到所述有机光热小分子。
根据本发明一个优选的实施方案，步骤(1)中，双四苯乙烯胺或其衍生物与2-溴噻吩的摩尔比为1：(1.05～1.2)，优选为1：(1.1～1.2)。
反应温度为100～120℃，反应时间为3～12小时。
溶剂1选自甲苯、二甲苯、四氢呋喃中的至少一种。
催化剂包括三(二亚甲基丙酮)二钯、叔丁醇钠和三叔丁基膦；
所述催化剂用量没有特别的限定，为本领域反应中通常的催化剂用量，优选地，所述催化剂用量为2-溴噻吩物质的量的1～10％。
根据本发明一个优选的实施方案，步骤(2)中，克酮酸与步骤(1)得到的中间物的摩尔比为1：(2～2.5)，优选为1：(2～2.2)。
反应温度为100～135℃，反应时间为3～24小时。
溶剂2为甲苯/正丁醇的混合溶剂，其中甲苯与正丁醇的体积比优选为1：(0.5～2)，更优选为1：(1～1.5)。
本发明目的之三为提供所述有机光热小分子或者以上制备方法得到的有机光热小分子在太阳能利用中的应用。
本发明目的之四为提供一种负载所述含克酮酸核的有机光热小分子或者以上制备方法得到的含克酮酸核的有机光热小分子的聚氨酯泡沫。
所述含克酮酸的有机小分子可负载于聚氨酯泡沫中。
所述负载含克酮酸核的有机光热小分子的聚氨酯泡沫用于海水淡化。
本发明目的之五为提供所述负载含克酮酸核的有机光热小分子的聚氨酯泡沫的制备方法，包括以下步骤：
将所述含克酮酸核的有机光热小分子溶解于溶剂中得到溶液，将聚氨酯泡沫浸渍于溶液中，干燥。
其中所述溶剂包括但不限于二氯甲烷、四氢呋喃、氯仿等溶剂。
本发明方法对于干燥没有特别的限定，采用本领域通常方法即可。
本发明提供了工艺流程简便易行的浸渍办法，将有机光热小分子负载于聚氨酯泡沫中，制备了含有光热小分子的聚氨酯泡沫。
本发明目的之六为提供所述负载含克酮酸核的有机光热小分子的聚氨酯泡沫在利用太阳能进行海水淡化中的应用。
所述的负载有含克酮酸核的有机光热小分子的聚氨酯泡沫可应用于利用太阳进行海水淡化。
与现有技术相比，本发明并首次将小分子有机物作为光热材料用于海水淡化。本发明的含克酮酸核的有机光热小分子具有吸收光谱范围广，分子稳定性好等优点。本发明采用疏水性聚氨酯泡沫作为光热材料载体，聚氨酯泡沫具有导热率低，孔隙结构发达，吸水性强等优点，高效的海水淡化泡沫克服了制备海水淡化过程中成本高，工艺复杂，效率低下的问题。以本发明的含克酮酸有机光热小分子的聚氨酯泡沫作为水挥发热源，在1000W/m2光照强度下光热效率能达到87％，水质量损失能达到1.2kg/m2。
附图说明
图1为实施例1的含克酮酸的有机光热分子的1HNMR谱图。
图2为实施例1的含克酮酸的有机光热分子的13C NMR谱图。
图3为太阳下纯水、纯聚氨酯泡沫、负载有克酮酸分子的聚氨酯泡沫用于水挥发的效率图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明含克酮酸的有机光热分子的制备与应用进行具体的描述，有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明的进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明内容对本发明做出的一些非本质的改进和调整仍属本发明的保护范围。
本发明具体实施方式中所用原料为市售所得。
实施例1：
(1)制备双四苯乙烯噻吩
在两口烧瓶中加入双四苯乙烯胺，保持无水无氧环境下，加入三(二亚甲基丙酮)二钯、叔丁醇钠以及三叔丁基膦，加入甲苯后添加2-溴噻吩，110℃回流12小时，旋干后用二氯甲烷萃取，分离后除去溶剂，通过硅胶柱提纯得到目标产物。其中，双四苯乙烯胺与2-溴噻吩的摩尔比为1:1.2，三(二亚甲基丙酮)二钯、叔丁醇钠以及三叔丁基膦的用量为2-溴噻吩物质的量的5％。
此步骤具体反应式如下所示：
(2)制备含克酮酸的有机光热小分子
将克酮酸以及双四苯乙烯噻吩加入到两口瓶中，保证无水无氧环境，加入按照1:1混合的甲苯/正丁醇溶液，110℃回流12小时，旋干后用二氯甲烷萃取，分离后除去溶剂，通过硅胶柱提纯得到目标产物。其中克酮酸与双四苯乙烯噻的摩尔比为1：2.2。
此步骤具体反应式如下所示：
实施例1得到的含克酮酸核的有机光热小分子的1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm):8.85–8.69(m,2H),7.16–7.02(m,76H),6.54(m,2H).13C NMR(400MHz,CDCl3,393K)δ(ppm):185.94,182.41,171.84,143.75,143.23,143.13,142.83,142.66,142.45,139.85,139.56,137.71,132.87,131.31,131.25,127.90,127.71,127.09,126.77,126.69,125.07,119.11.HRMS(MALDI-TOF,m/z):[M]+calcd for C117H80N2S3O2,1625.25449；found,1625.56439。
实施例2：
将实施例1得到的含克酮酸核的有机光热分子30mg溶解于的5ml二氯甲烷之中，将商业化的聚氨酯泡沫浸渍于含克酮酸核的有机分子的二氯甲烷溶液中，并充分均匀浸渍。将浸渍好的聚氨酯泡沫置于80℃烘箱中干燥30分钟，将二氯甲烷充分挥发，染料跟聚氨酯泡沫充分浸渍，在海水淡化过程中不易脱落。
实施例3：
将实施例2得到的负载有克酮酸的有机光热分子的聚氨酯泡沫、纯聚氨酯泡沫、以及纯水分别放置在一个太阳下进行照射，记录不同时间水挥发的质量，结果如图3所示。测试表明，负载有30mg的克酮酸分子的聚氨酯泡沫用于水挥发的测试，其水挥发速率为1.269kg m-2h-1，纯水的为0.445kg m-2h-1，未负载克酮酸分子的聚氨酯泡沫为0.472kg m-2h-1。
