一种双响应高效生物基复合水凝胶体系及制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系及制备方法和应用，包括光热响应层和功能净化层，本发明专利技术采用普通的去离子水即可激发凝胶的自愈合功能。本发明专利技术制备的生物基复合水凝胶体系可分别对近红外光和太阳光产生光热效应，具备双响应功能。本发明专利技术制备的生物基复合水凝胶集多种功能于一体，自愈合功能有效保证了机械性能和力学强度，吸附功能可以有效处理有机染料、重金属离子、挥发性化合物、抗菌抗辐射，内部多尺度微结构可以有效支撑结构稳定性。本发明专利技术以生物可降解的聚乙烯醇作为水凝胶的基体材料，复合以生物相容性的纳米材料和生物活性物质，更加安全、环保、有效，易于工业生产和大规模应用。易于工业生产和大规模应用。易于工业生产和大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种双响应高效生物基复合水凝胶体系及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料制备
，尤其涉及一种双响应高效生物基复合水凝胶体系及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]全球对能源短缺和资源安全的关注，因此制定了可持续利用有限资源，特别是水资源的战略。以可持续和环境友好的方式利用水非常重要。在用于水资源净化和管理的节能系统中，太阳能水蒸发实现海水淡化和净化的前景非常广阔。先进材料制造极大地促进了资源开发和回收利用的发展。这一过程的完成有赖于新型材料的开发。在目前提出的这些水凝胶中，水凝胶具有高度可调节的物理和化学性质和形态，在许多领域显示出巨大的潜力。水凝胶蒸发器为水的蒸发和净化提供了一种可行的技术。Yu等人设计了一种具有自清洁功能的混合水凝胶蒸发器，用于太阳能收集和水蒸发。Gao等人报告了将广盐聚合物水凝胶用于海水蒸发的情况。尽管太阳能水蒸发材料的研究取得了很大进展，但蒸发效率低和耐久性差仍然存在问题。
[0003]水凝胶的框架高度可定制。通过适当的设计，材料可以获得各种优异的性能。太阳能高效利用的核心在于光热材料的使用。水凝胶的光热效应可以完全吸收环境光能并将其转化为热能，为水分蒸发提供有效的能量。常用的光热剂包括半导体材料、吸光聚合物、碳基材料和金属氧化物。然而，光热剂的不均匀分散会导致光热转换效率低，扩散通道堵塞，使用成本增加，从而削弱水凝胶的蒸发效率和机械强度。需要更有效的物理或化学策略来增强光热转换，以克服上述问题。此外，水凝胶的磨损和破坏经常发生在海水淡化、净化和其他处理过程中。因此，开发一种环境响应型自愈水凝胶非常重要，它具有足够的稳定性和机械强度，以确保使用的可靠性和可持续性。通过引入合适的光热剂和功能添加剂，调节水凝胶内部的多尺度微观结构，构建水传输和盐扩散通道，我们设计了一种综合性能优异的多功能水凝胶，以实现水资源的有效利用。
[0004]在自然界中，许多植物具有天然的净水和自愈能力，这对它们的生长和生存至关重要。鉴于此，对生物相容性优异的聚乙烯醇(PVA)水凝胶进行了仿生材料探索和研究。Geng等人利用由聚水凝胶和氧化石墨烯制成的人造植物叶子制备了一种阳光驱动的净水器。然而，水凝胶基质不可避免地受到破坏，无法像天然植物那样自我修复。
[0005]受盐地碱蓬和其他植物的结构特点和耐盐成分的启发，本文提出一种由光热响应层水凝胶和功能净化层水凝胶组成的新型仿生水凝胶。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系及制备方法和应用，由光热响应层水凝胶和功能净化层水凝胶组成，能够实现在协同光热和自愈功能下高效稳定的海水净化。由于纳米结构和聚合物链之间的物理或共价关系，光热层水凝胶在环境中的相互作用和性能得到了改善。
[0007]具体的，本专利技术公开一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，包括光热响应层和功能净化层，所述光热响应层采用适量聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水混合制成，所述功能净化层采用适量聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水混合制成。
[0008]优选的是，所述生物基复合水凝胶体系是由厚度分别为3
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8mm的光热响应层和12
‑
20mm的功能净化层，利用水喷雾促进愈合的方法黏合成厚度为15
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28mm的复合水凝胶体系。
[0009]上述任一方案中优选的是，所述生物基复合水凝胶体系是由厚度分别为3mm的光热响应层和12mm的功能净化层，利用水喷雾促进愈合的方法黏合成厚度为15mm的复合水凝胶体系。
[0010]上述任一方案中优选的是，所述生物基复合水凝胶体系是由厚度分别为5mm的光热响应层和15mm的功能净化层，利用水喷雾促进愈合的方法黏合成厚度为20mm的复合水凝胶体系。
[0011]上述任一方案中优选的是，所述生物基复合水凝胶体系是由厚度分别为8mm的光热响应层和20mm的功能净化层，利用水喷雾促进愈合的方法黏合成厚度为28mm的复合水凝胶体系。
[0012]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0013][0014][0015]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0016][0017]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0018][0019]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0020][0021]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0022][0023]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0024][0025][0026]上述任一方案中优选的是，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：
[0027][0028]上述任一方案中优选的是，所述磁性纳米粒子为含铁、钴、镍以及稀土金属离子的纳米粒子，粒径10～100nm。
[0029]上述任一方案中优选的是，所述导电导热剂为生物质碳点、纳米多孔碳、富勒烯材料中的一种或多种，要求具有高分散性。
[0030]功能净化层水凝胶主要用作水的纯化。上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0031][0032]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0033][0034]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0035][0036][0037]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0038][0039]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0040][0041]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0042][0043]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0044][0045]上述任一方案中优选的是，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：
[0046][0047]上述任一方案中优选的是，所述天然生物分子为多糖类、多酚类、蛋白质类中的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，其特征在于，包括光热响应层和功能净化层，所述光热响应层采用适量聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水混合制成，所述功能净化层采用适量聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水混合制成。2.权利要求1所述的一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，其特征在于，所述光热响应层中聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水的质量百分比如下：3.权利要求1所述的一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，其特征在于，所述功能净化层中聚乙烯醇、天然生物分子、MOF/COF材料与去离子水的质量百分比如下：4.权利要求1所述的一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，其特征在于，所述天然生物分子为多糖类、多酚类、蛋白质类中的至少一种，所述多糖类包括纤维素、索拉胶、瓜尔胶、黄原胶中的至少一种，多酚类包括茶多酚、芒果苷、原花青素、槲皮素中的至少一种，蛋白质类包括明胶、多肽、酪蛋白中的至少一种。5.权利要求1所述的一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系，其特征在于，所述MOF/COF材料材料包括MOF5、MOF177、ZIF7、ZIF8、ZIF11、MIL
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101、COF1、COF5、COF102、COF103有机框架材料中的至少一种。6.一种双响应高效自愈合生物基复合水凝胶体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、将适量聚乙烯醇、磁性纳米粒子、导电导热剂与去离子水混合，升温，超声搅拌混合物，直到获得凝胶状混合物；(2)、将Na2B4O...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋希芝，徐磊，汪敏，严旎娜，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：