一种用于太阳能水处理的水凝胶及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于太阳能水处理的水凝胶及其制备方法和应用，所述水凝胶的组分包括低分子量聚电解质

【技术实现步骤摘要】
一种用于太阳能水处理的水凝胶及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于水处理领域，尤其涉及太阳能水处理，具体地，涉及一种用于太阳能水处理的水凝胶及其制备方法和应用
。

技术介绍

[0002]安全饮用水资源的匮乏是最令人不安的全球挑战之一，我国属于水资源短缺的国家，尤其是华北地区
。
为了缓解清洁水短缺，水处理被认为是增加饮用水供应最经济的方法之一
。
传统的水处理技术，如反渗透和电渗析，需要大量优质热能或优质电能来分离淡水
。。
[0003]作为一种经济
、
绿色的饮用水生产技术，界面太阳能蒸发器引起了人们对淡水需求的极大关注
。
最近，基于水凝胶的太阳能蒸发器已成为高效淡水产生的理想候选者
。
丰富的亲水官能团使水凝胶能够产生大量的中间水，该中间水与附近的水具有较少的氢键，从而提供比传统的更低的蒸发焓和更高的蒸发速率
。
尽管如此，受水传输速率的限制，现有的基于水凝胶的太阳能蒸发器只能在低光照强度下稳定工作，并且蒸发性能较差
。
高光照强度通常会导致比蒸发率
(
即每单位光照强度的蒸发率
)
急剧下降，并由于盐沉淀而导致长期稳定性恶化
。
这些缺点阻碍了太阳能蒸发器的实际应用和小型化
。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种用于太阳能水处理的水凝胶及其制备方法和应用，所述制备方法工艺简单，材料来源广泛且适于规模化生产；同时，所制得的水凝胶不仅可以提高光热转化效率，加快海水蒸发，而且蒸发后的淡水离子浓度低于世界卫生组织标准
。
[0005]本专利技术一方面提供了一种用于太阳能水处理的水凝胶，所述水凝胶的组分包括低分子量聚电解质
、
高分子量聚电解质
、
光热材料和水；所述水凝胶呈网状结构，其内部和表面均呈现多孔结构，孔径范围为
2nm
～
500
μ
m
，孔隙率为
70
％～
97
％，优选为
85
％～
95
％
。
[0006]所述水凝胶的厚度为
0.1mm
～
10mm
；和
/
或，所述水凝胶中水含量为
80
～
97wt
％，优选为
85
～
95wt
％
。
[0007]所述低分子量聚电解质选自聚阳离子电解质，所述高分子量聚电解质选自聚阴离子电解质；或者所述高分子量聚电解质选自聚阳离子电解质，所述低分子量聚电解质选自聚阴离子电解质
。
所述低分子量的范围为
2000Da
～
10000Da
，优选为
3000Da
～
7000Da
；所述高分子量的范围为
200kDa
～
900kDa
，优选为
500kDa
～
800kDa。
[0008]所述聚阳离子电解质选自壳聚糖
、
羧甲基壳聚糖
、
聚
(
甲基丙烯酸2‑
(
二甲基氨基
)
乙酯
)
中的一种或多种，所述聚阴离子电解质选自海藻酸钠
、
卡拉胶
、
黄原胶
、
羧甲基纤维素中的一种或多种
。
[0009]所述光热物质选自聚吡咯
、
聚苯胺
、
聚噻吩
、
碳粉
、
碳纳米管
、
氧化石墨烯
、
石墨烯
、
活性炭
、Mxene、
三氧化二钛中的一种或多种
。
[0010]以所述低分子量聚电解质
、
所述高分子量聚电解质
、
所述光热材料总重
100wt
％计
(
即脱水干燥后水凝胶总重
100wt
％计
)
，其中，所述低分子量聚电解质含量为2～
50wt
％，所述高分子量聚电解质含量为2～
50wt
％，所述光热材料含量为
10
～
80wt
％
。
[0011]优选地，以所述低分子量聚电解质
、
所述高分子量聚电解质
、
所述光热材料总重
100wt
％计
(
即脱水干燥后水凝胶总重
100wt
％计
)
，其中，所述低分子量聚电解质含量为5～
40wt
％，所述高分子量聚电解质含量为5～
40wt
％，所述光热材料含量为
20
～
70wt
％
。
[0012]本专利技术第二方面提供了一种用于太阳能水处理的水凝胶的制备方法，优选用于制备本专利技术目的之一所述水凝胶，所述制备方法包括：
(1)
将所述低分子量聚电解质与水混合得到低分子量聚电解质溶液，再对所述低分子量聚电解质溶液进行干燥得到低分子量聚电解质固体膜；
(2)
将所述高分子量聚电解质
、
所述光热材料
、
水混合得到高分子量聚电解质
‑
光热材料分散液；
(3)
将所述高分子量聚电解质
‑
光热材料分散液与所述低分子量聚电解质固体膜混合进行反应，得到所述水凝胶
。
[0013]所述低分子量聚电解质溶液的浓度为
10
～
70wt
％，优选为
30
～
60wt
％
。
[0014]在所述高分子量聚电解质
‑
光热材料分散液中，所述高分子量聚电解质的浓度为
0.1wt
％～
10wt
％，优选为
0.2wt
％～
5wt
％
。
[0015]在所述高分子量聚电解质
‑
光热材料分散液中，所述光热材料的浓度为
0.01wt
％～
5wt
％，优选为
0.1wt
％～
3wt
％
。
[0016]在步骤
(2)
中，将高分子量聚电解质
、
光热材料
、
水混合后进行超声，得到所述高分子量聚电解质
‑
光热材料分散液；优选地，在步骤
(2)...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于太阳能水处理的水凝胶，所述水凝胶的组分包括低分子量聚电解质
、
高分子量聚电解质
、
光热材料和水；所述水凝胶呈网状结构，其内部和表面均呈现多孔结构，孔径范围为
2nm
～
500
μ
m
，孔隙率为
70
％～
97
％
。2.
根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述水凝胶的孔隙率为
90
％～
95
％；和
/
或，所述水凝胶的厚度为
0.1mm
～
10mm
；和
/
或，所述水凝胶中水含量为
80
～
97wt
％，优选为
85
～
95wt
％
。3.
根据权利要求1所述的水凝胶，其特征在于，所述低分子量聚电解质选自聚阳离子电解质，所述高分子量聚电解质选自聚阴离子电解质；或者，所述高分子量聚电解质选自聚阳离子电解质，所述低分子量聚电解质选自聚阴离子电解质；优选地，所述聚阳离子电解质选自壳聚糖
、
羧甲基壳聚糖
、
聚
(
甲基丙烯酸2‑
(
二甲基氨基
)
乙酯
)
中的一种或多种，所述聚阴离子电解质选自海藻酸钠
、
卡拉胶
、
黄原胶
、
羧甲基纤维素中的一种或多种；更优选地，所述低分子量的范围为
2000Da
～
10000Da
，优选为
3000Da
～
7000Da
；所述高分子量的范围为
200kDa
～
900kDa
，优选为
500kDa
～
800kDa。4.
根据权利要求1～3之一所述的水凝胶，其特征在于，所述光热物质选自聚吡咯
、
聚苯胺
、
聚噻吩
、
碳粉
、
碳纳米管
、
氧化石墨烯
、
石墨烯
、
活性炭
、Mxene、
三氧化二钛中的一种或多种
。5.
一种用于太阳能水处理的水凝胶的制备方法，优选用于制备权利要求1～4之一所述水凝胶，所述制备方法包括：
(1)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋坤艳，范汶鑫，刘成飞，申淑婷，李名扬，
申请(专利权)人：青岛大学，
类型：发明
国别省市：