【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种复合水凝胶、复合气凝胶及制备方法和应用。
技术介绍
1、淡水资源日益短缺。目前，海水淡化和废水净化是获得淡水的主要途径，在工业生产上主要包括蒸馏和膜分离等传统方法，而这些技术存在造价成本高、能耗高和膜易污染等缺点和不足。近年来，太阳能作为清洁可持续的能源在海水淡化和废水净化中的应用引起了广泛的关注。一个高效的太阳能蒸发器以优异的光热转换材料和源源不断的输水部分为关键，其中，光热材料主要包括金属纳米颗粒、半导体纳米颗粒、近红外、有机和碳基材料。石墨烯(graphene)是一种具有高机械强度、表面积、热导率和电导率的碳基二维片状材料，在能源存储和转换、催化剂、传感器和环境保护等领域具有巨大的应用前景。与金属纳米颗粒和半导体纳米颗粒相比，石墨烯作为光热材料具有低成本、高含量和低重量的优势。同时，由于其广泛的π-π共轭体系和层状结构，石墨烯在200-2500nm光谱范围内表现出优异的光吸收和高太阳加热效率。
2、石墨烯虽然具有优异的光热蒸发能力，然而应用于蒸发器时，实际蒸发器常在复杂水体系中进行海水蒸发，海水中的有机污染物易堵塞蒸发器，大大降低蒸发器的蒸发效率。引入无机纳米材料，可以提升光催化能力，理论上可以很好的解决这一问题。
3、然而，石墨烯和无机纳米材料作为光热材料时会出现水分传输通道不稳定的问题，一些研究采用了棉布或无纺布作为太阳能加热蒸发器的供水器件。然而，这种方法存在一些缺点和不足，例如供水速率低于加热蒸发速率，严重的热损失以及盐分堆积等问题。
4、在石墨烯基凝胶的制备过
5、因此，亟需提供一种应用太阳能光热水蒸发领域时不易堵塞蒸发器且水分传输能力优异的石墨烯基凝胶。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中的石墨烯基气凝胶应用太阳能光热水蒸发领域时具有易堵塞蒸发器或水分传输能力差的缺陷，而提供了一种复合水凝胶、复合气凝胶及制备方法和应用。本专利技术的复合水凝胶和复合气凝胶应用太阳能光热水蒸发领域时不易堵塞蒸发器且水分传输能力优异。
2、本专利技术通过以下技术方案解决上述技术问题。
3、本专利技术提供了一种复合水凝胶的制备方法，其包括下述步骤：
4、高能射线辐照混合液a；其中，混合液a包括氧化石墨烯、无机纳米材料、丙烯酸及其衍生物的单体、水和醇类水溶性化合物；所述无机纳米材料选自mxene二维片层材料、金属氧化物和金属硫化物的一种或多种；
5、所述混合液a中，所述氧化石墨烯的含量为0.05-10mg/ml，所述氧化石墨烯与所述丙烯酸及其衍生物的单体的质量比为1：(50-1000)，所述氧化石墨烯与所述无机纳米材料的质量比为1：(0.1-100)；所述醇类水溶性化合物占所述混合液a的质量百分比为2-50％。
6、本专利技术中，较佳地，所述高能射线为钴60γ射线或电子束射线。
7、本专利技术中，所述辐照例如在辐照反应器中进行，所述辐照反应器例如为圆柱状辐照反应器。
8、本专利技术中，较佳地，所述辐照过程中，所述高能射线的吸收剂量率为0.1-10kgy/h，例如为2kgy/h、5kgy/h或6kgy/h。
9、本专利技术中，所述辐照过程中，所述高能射线的吸收剂量一般为20-500kgy，较佳地为20-400kgy，更佳地为30-300kgy，进一步更佳地为50-200kgy，例如为30kgy、80kgy、100kgy、150kgy或300kgy。
10、本专利技术中，较佳地，高能射线辐照混合液a前，向所述混合液a中通入氮气和/或氩气，用于除去所述混合液a中的氧气。
11、本专利技术中，较佳地，所述混合液a中无氧或氧气浓度低于5％。
12、本专利技术中，较佳地，所述氧化石墨烯的尺寸为纳米级氧化石墨烯。
13、本专利技术中，较佳地，制备所述混合液a时，先将所述氧化石墨烯制备为氧化石墨烯分散液。其中，所述氧化石墨烯分散液的溶剂较佳地为水。
14、其中，所述氧化石墨烯分散液可通过本领域内常规方法制备，较佳地，所述氧化石墨烯分散液通过氧化剥离石墨法(即hummers法)制备得到。
15、本专利技术中，较佳地，所述丙烯酸及其衍生物的单体选自丙烯酰胺、丙烯酸、甲基丙烯酸、n,n-二甲基丙烯酰胺中的一种或多种，例如丙烯酰胺。
16、本专利技术中，较佳地，所述的醇类水溶性化合物选自碳原子数为1～4的一元醇、碳原子数为2～8的二元醇、碳原子数为3～4的三元醇和多元醇的一种或多种。
17、其中，较佳地，所述碳原子数为1～4的一元醇选自一元伯醇、一元仲醇和一元叔醇的一种或多种。
18、更佳地，所述一元伯醇选自甲醇、乙醇、正丙醇和正丁醇中的一种或多种，例如为乙醇。
19、更佳地，所述一元仲醇为异丙醇和/或异丁醇，例如为异丙醇。
20、更佳地，所述一元叔醇为叔丁醇。
21、其中，较佳地，所述碳原子数为2-8的二元醇选自乙二醇、丙二醇和辛二醇中的一种或多种，例如为乙二醇。
22、其中，所述碳原子数为3-4的三元醇例如为丙三醇。
23、其中，所述多元醇例如为聚乙烯醇。
24、在本专利技术一些优选的实施方案中，当所述醇类水溶性化合物选自所述一元伯醇、所述碳原子数为2-8的二元醇、所述碳原子数为3-4的三元醇和所述多元醇中的一种或多种时，所述辐照过程中，所述高能射线的吸收剂量为20-500kgy，较佳地为20-400kgy，更佳地为30-300kgy，进一步更佳地为50-200kgy，例如为30kgy、80kgy、100kgy、150kgy或300kgy。
25、在本专利技术一些优选的实施方案中，当所述醇类水溶性化合物选自所述一元仲醇和/或所述一元叔醇时，所述辐照过程中，所述高能射线的吸收剂量为30-400kgy，较佳地为30-300kgy，例如为30kgy、100kgy或300kgy。
26、在本专利技术一些优选的实施方案中，所述醇类水溶性化合物为乙醇、乙二醇、异丙醇、叔丁醇、乙醇和异丙醇、异丙醇和正丁醇、乙二醇和正丁醇，或，乙二醇和异丙醇；
27、较佳地，所述醇类水溶性化合物为乙醇和异丙醇，所述乙醇和所述异丙醇的质量比为1：1；
28、较佳地，所述醇类水溶性化合物为乙二醇和正丁醇，所述乙二醇和正丁醇的质量比为2：1或1：1；
29、较佳地，所述醇类水溶性化合物为异丙醇和正丁醇，所述异丙醇和正丁醇的质量比为1：2。
30、本专利技术中，较佳地，所述无机纳米材料的尺寸为0.01-50μm，例如为2-50μm。
31、本专利技术中，较佳地，制备所述混合液a时，先将所述无机纳米材料制备为无机纳米材料分散液。
32、其中，所述无机纳米材料分散液例如通过将所述无机纳米材料在水中超声1h制得。
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【技术保护点】
1.一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其满足如下条件中的一种或多种：
3.如权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其满足如下条件中的一种或多种：
4.如权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述复合水凝胶的制备方法为如下任一方案：
5.一种复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶由如权利要求1-4中任一项所述的复合水凝胶的制备方法制备得到。
6.一种复合气凝胶的制备方法，其特征在于，干燥如权利要求5所述的复合水凝胶，即得。
7.如权利要求6所述的复合气凝胶的制备方法，其特征在于，所述干燥为冷冻干燥或超临界二氧化碳干燥。
8.一种复合气凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶由如权利要求6或权利要求7所述的复合气凝胶的制备方法制备得到。
9.如权利要求8所述的复合气凝胶，其特征在于，所述复合气凝胶为多孔结构，孔径分布在20-400μm，例如为20-300μm；
10.一种如权利要求5所
...【技术特征摘要】
1.一种复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
2.如权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其满足如下条件中的一种或多种：
3.如权利要求2所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，其满足如下条件中的一种或多种：
4.如权利要求1所述的复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述复合水凝胶的制备方法为如下任一方案：
5.一种复合水凝胶，其特征在于，所述复合水凝胶由如权利要求1-4中任一项所述的复合水凝胶的制备方法制备得到。
6.一种复合气凝胶的制备方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：李吉豪，林琳，李林繁，
申请(专利权)人：中国科学院上海应用物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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