一种复合水凝胶海绵及其制备方法和应用、太阳能海水淡化装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海水淡化技术领域，尤其涉及一种复合水凝胶海绵及其制备方法和应用、太阳能海水淡化装置。本发明专利技术提供的复合水凝胶海绵，包括依次层叠设置的供水层和蒸发层；所述供水层的材料为聚丙烯酰胺水凝胶；所述蒸发层的材料为聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶；所述聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶包括聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的石墨烯。本发明专利技术所述复合水凝胶海绵具有海绵特有的多孔结构，有利于水分的快速传输与供给；同时，所述蒸发层表面的石墨烯可以充分接收太阳能，产生较高的光热转换效率。生较高的光热转换效率。生较高的光热转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种复合水凝胶海绵及其制备方法和应用、太阳能海水淡化装置


[0001]本专利技术涉及海水淡化
，尤其涉及一种复合水凝胶海绵及其制备方法和应用、太阳能海水淡化装置。

技术介绍

[0002]在过去的几十年里，人们提出了各种水处理技术，通常分为初级技术（筛选、过滤、离心、分离、沉淀、混凝和絮凝等）、二级技术（好氧和厌氧处理等）、三级技术（蒸馏、结晶、蒸发、溶剂萃取、氧化、沉淀、离子交换、反渗透、纳滤、超滤、微滤、吸附、电解和电渗析等）。然而，这些技术中的大多数都不能有效的排出水污染物，已经显示出二氧化碳排放的严重影响，有些方法能耗大、操作密集，因此，在商业应用中无法承受。降低现有海水淡化技术的能源需求和基础设施成本、实现无碳排放仍然是一项挑战。如果将海水淡化工业与可再生能源相结合，如风能、太阳能、潮汐能和地热能等，海水淡化工业则可以实现可持续发展。
[0003]目前，太阳能驱动的水蒸发作为一种经典的太阳能热过程，已被广泛研究，因为它在蒸汽产生、脱盐、杀菌和水处理等领域中发挥了重要作用，成为当前研究的前沿热点之一。但是现有的太阳能海水淡化技术，其蒸发速率和蒸发效率依然较低，难以满足现阶段太阳能海水淡化的需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种复合水凝胶海绵及其制备方法和应用、太阳能海水淡化装置，所述复合水凝胶海绵具有较高的光热转化效率，进而提高蒸发速率和蒸发效率。
[0005]为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种复合水凝胶海绵，包括依次层叠设置的供水层和蒸发层；所述供水层的材料为聚丙烯酰胺水凝胶；所述蒸发层的材料为聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶；所述聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶包括聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的石墨烯。
[0006]优选的，所述蒸发层中的石墨烯和聚丙烯酰胺的质量比为（0.90~1.35）：（12~18）。
[0007]优选的，所述蒸发层中的石墨烯的粒径为0.40~10.00nm。
[0008]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合水凝胶海绵的制备方法，包括以下步骤：将第一丙烯酰胺、第一引发剂、第一助引发剂、第一交联剂和第一水混合，在模具中进行第一原位聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶层；将第二丙烯酰胺、第二引发剂、第二助引发剂、第二交联剂、石墨烯和第二水混合后，在所述聚丙烯酰胺水凝胶层的上表面进行第二原位聚合生成聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶层，得到所述复合水凝胶海绵。
[0009]优选的，所述第一丙烯酰胺、第一水、第一引发剂、第一助引发剂和第一交联剂的质量比为（12~18）：（80~118）：（0.04~0.14）：（0.04~0.14）：（0.0015~0.015）；所述石墨烯、第二丙烯酰胺、第二水、第二引发剂、第二助引发剂和第二交联剂的质量比为（0.90~1.35）：（12~18）：（80~118）：（0.04~0.14）：（0.04~0.14）：（0.0015~0.015）。
[0010]优选的，所述第一原位聚合和第二原位聚合的温度独立的为35~85℃，时间为15~80min。
[0011]本专利技术还提供了上述技术方案所述的复合水凝胶海绵或上述技术方案所述的制备方法制备得到的复合水凝胶海绵在海水淡化领域中的应用。
[0012]本专利技术还提供了一种太阳能海水淡化装置，包括依次设置的聚光系统、第一凸透镜和太阳能蒸发器；所述聚光系统反射的光通过第一凸透镜照射到所述太阳能蒸发器上；所述聚光系统包括由下至上依次设置的凹面反射镜、第二凸透镜和平面反射镜；所述凹面反射镜、第二凸透镜和平面反射镜的中心位于同一条直线上；所述直线垂直于水平面；所述太阳能蒸发器包括上述技术方案所述的复合水凝胶海绵或上述技术方案所述的制备方法制备得到的复合水凝胶海绵；还包括倒“V”型透明玻璃罩和架台；所述架台包括位于中间的海水区和位于两端的淡水收集区；所述复合水凝胶海绵漂浮于所述海水区的海水表面。
[0013]优选的，所述凹面反射镜的口径为所述复合水凝胶海绵的直径的3~10倍；所述凹面反射镜的曲率半径为所述凹面反射镜顶点到所述复合水凝胶海绵之间光轴长度的三分之二到一倍长度；所述第二凸透镜位于所述凹面反射镜的曲率半径的三分之一到二分之一高度处；所述第一凸透镜的口径为光束直径的1.2~1.3倍。
[0014]优选的，所述复合水凝胶海绵的厚度为5.05mm；所述海水浸泡所述复合水凝胶海绵的高度为2~4mm。
[0015]本专利技术提供了一种复合水凝胶海绵，包括依次层叠设置的供水层和蒸发层；所述供水层的材料为聚丙烯酰胺水凝胶；所述蒸发层的材料为聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶；所述聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶包括聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的石墨烯。本专利技术所述复合水凝胶海绵具有海绵特有的多孔结构，有利于水分的快速传输与供给；同时，所述蒸发层表面的石墨烯可以充分的接收太阳能，产生较高的光热转换效率；本专利技术还提供了一种太阳能海水淡化装置，包括依次设置的聚光系统、第一凸透镜和太阳能蒸发器；所述聚光系统反射的光通过第一凸透镜照射到所述太阳能蒸发器上；所述聚光系统包括由下至上依次设置的凹面反射镜、第二凸透镜和平面反射镜；所述凹面反射镜、第二凸透镜和平面反射镜的中心位于同一条直线上；所述直线垂直于所述水平面；所述太阳能蒸发器包括上述技术方案所述的复合水凝胶海绵或上述技术方案所述的制备方法制备得到的复合水凝胶海绵；还包括倒“V”型透明玻璃罩和架台；所述架台包括位于中间的海水区和位于两端的淡水收集区；所述复合水凝胶海绵漂浮于所述海水区的海水表面。所述聚光系统可以将太阳光高效聚合，并通过第一凸透镜照射到所述太阳能蒸发器上，提高了太阳光的利用率，进而大大提高了太阳能海水淡化的蒸发速率和蒸发效率，可以实
现绿色环保、无碳排放和高效节能的太阳能海水淡化的目的。
附图说明
[0016]图1为实施例1~4所示复合水凝胶海绵的结构示意图；其中，1
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供水层，2
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蒸发层；图2为本专利技术所述太阳能海水淡化装置；其中，3
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凹面反射镜，4
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第二凸透镜，5
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平面反射镜，6
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第一凸透镜，7
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倒“V”型透明玻璃罩，8
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架台，9
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海水区，10
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淡水区，11
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聚光系统，12
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复合水凝胶海绵，13
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太阳光，14
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聚焦太阳光，15
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凝结水，16
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水蒸汽。
具体实施方式
[0017]本专利技术提供了一种复合水凝胶海绵，包括依次层叠设置的供水层和蒸发层；所述供水层的材料为聚丙烯酰胺水凝胶；所述蒸发层的材料为聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶；所述聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶包括聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合水凝胶海绵，其特征在于，包括依次层叠设置的供水层和蒸发层；所述供水层的材料为聚丙烯酰胺水凝胶；所述蒸发层的材料为聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶；所述聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶包括聚丙烯酰胺水凝胶和分散在所述聚丙烯酰胺水凝胶中的石墨烯。2.如权利要求1所述的复合水凝胶海绵，其特征在于，所述蒸发层中的石墨烯和聚丙烯酰胺的质量比为（0.90~1.35）：（12~18）。3.如权利要求1或2所述的复合水凝胶海绵，其特征在于，所述蒸发层中的石墨烯的粒径为0.40~10.00nm。4.权利要求1~3任一项所述的复合水凝胶海绵的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：将第一丙烯酰胺、第一引发剂、第一助引发剂、第一交联剂和第一水混合，在模具中进行第一原位聚合，得到聚丙烯酰胺水凝胶层；将第二丙烯酰胺、第二引发剂、第二助引发剂、第二交联剂、石墨烯和第二水混合后，在所述聚丙烯酰胺水凝胶层的上表面进行第二原位聚合生成聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶层，得到所述复合水凝胶海绵。5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一丙烯酰胺、第一水、第一引发剂、第一助引发剂和第一交联剂的质量比为（12~18）：（80~118）：（0.04~0.14）：（0.04~0.14）：（0.0015~0.015）；所述石墨烯、第二丙烯酰胺、第二水、第二引发剂、第二助引发剂和第二交联剂的质量比为（0.90~1.35）：（12~18）：（80~118）：（0.04~0.14）：（0.04~0.14）：（0.0015~0.015）。6.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乐凡，王文华，李承勇，王頔，赖学辉，李程鹏，胡章，吴湛霞，李团章，李思东，
申请(专利权)人：广东海洋大学，
类型：发明
国别省市：