一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉海水淡化材料，具体涉及一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料及其制备方法。本发明专利技术在海绵骨架表面原位生成水凝胶，使用乙醇和水作为PVA和TA的混合溶剂，然后蒸发乙醇在海绵骨架表面原位生成水凝胶海绵骨架，通过调节干燥蒸发时间来控制水凝胶层的厚度，可以防止海绵的孔隙被堵塞，提高蒸发器的蒸发效率。另外，为了提高光热转换效率，利用TA与Fe

【技术实现步骤摘要】
一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉海水淡化材料，具体涉及一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]由于社会不断发展，人口增长率不断提升，以及工业、农业、城市对淡水资源需求量的增加，水资源供求矛盾愈加严重。海水占地球总水量的96.53％，具有广阔的生产淡水的前景。常用的海水淡化方法主要有多级闪蒸、反渗透、蒸馏法和电渗析法等，但淡水产量低、易污染、价格昂贵等缺点限制其发展。
[0003]近年来，太阳能海水淡化作为一种低碳、可持续的方法称为研究热点。太阳能海水淡化材料通常具有优异的清水性，能够快速地吸收海水，并通过吸收太阳光，将光转化成热，对材料表面的海水进行蒸发，从而获得淡水。水凝胶作为一种亲水性材料，在太阳能海水淡化领域具有巨大的应用潜力。但是，水凝胶基海水淡化材料存在制备复杂、蒸发效率低、可扩展性差等问题，限制了其在实际海水淡化中的应用。因此，制定一种成本效益高、快速且可扩展的方法来制备高效的基于水凝胶的太阳能海水淡化材料具有非常重要的意义。

技术实现思路

[0004]聚乙烯醇(PVA)由于其低成本、生物相容性和亲水性被广泛地应用于海水淡化。冷冻干燥和反复冻融是制备PVA水凝胶的常用方法。然而，这两种冻干和反复冻融的方法既费时又耗能。另外，PVA较差的光热转换性能使其不能直接用于蒸发。单宁酸(TA) 是一种植物来源的多酚，具有优异的亲水性。TA和PAV可以通过PVA和TA分子之间的氢键键合在水溶液中共溶，快速形成水凝胶。然而，PVA和TA在水作为溶剂的条件下产生的交联是无序的，产生的凝胶状沉淀物不能均匀地改性海绵，这将导致海绵孔的堵塞。
[0005]本专利技术首次将乙醇和水作为溶剂，制备了聚乙烯醇
‑
单宁酸水凝胶溶液，将聚氨酯海绵浸于水凝胶溶液中，使聚氨酯海绵骨架上涂覆水凝胶涂层；然后利用溶剂蒸发策略，在聚氨酯海绵骨架上原位生成水凝胶，使其具备优异的亲水性；接着利用铁离子与单宁酸产生黑色络合物的特性，赋予其光热转化层，使其具备优异的光热转化能力。
[0006]一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，其包括以下步骤：
[0007](1)水凝胶溶液的制备
[0008]首先，将聚乙烯醇PVA和单宁酸TA加入混合溶剂体系中，在90℃下搅拌2h，得到混合PVA
‑
TA水凝胶溶液；
[0009](2)水凝胶基海绵材料的制备
[0010]将聚氨酯海绵浸入步骤1)中的PVA
‑
TA水凝胶溶液中，反复挤压，随后将聚氨酯海绵在真空干燥箱中45℃干燥蒸发，得到水凝胶基海绵；之后，用蒸馏水冲洗水凝胶基海绵，再在氯化铁溶液中浸泡，得到黑色水凝胶海绵，再用蒸馏水冲洗，得到太阳能海水淡化材料。
[0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤1)中混合溶剂体系为去离子水和乙醇的混合溶液，其体积比为1:1。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤1)中聚乙烯醇PVA与单宁酸TA的质量比为 5：6。
[0013]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤1)中聚乙烯醇PVA与混合溶剂体系的重量比为5：189。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤2)中氯化铁溶液的浓度为50mg/ml。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤2)中水凝胶基海绵在氯化铁溶液中浸泡时间为2h。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述步骤2)中的干燥蒸发时间为11
‑
22h；优选为 15
‑
22h，最优选15
‑
18h。
[0017]另一方面，本专利技术提供了上述方法制备得到的太阳能海水淡化材料。
[0018]再一方面，本专利技术提供了上述方法制备得到的太阳能海水淡化材料在太阳能海水淡化中的应用。
[0019]本专利技术在海绵骨架表面原位生成水凝胶，使用乙醇和水作为PVA和TA的混合溶剂，然后蒸发乙醇在海绵骨架表面原位生成水凝胶海绵骨架，通过调节干燥蒸发时间来控制水凝胶层的厚度，可以防止海绵的孔隙被堵塞，提高蒸发器的蒸发效率；另外，为了提高光热转换效率，利用TA与Fe
3+
形成的黑色螯合物，可以赋予海绵光热转换层，增强蒸发器的光热转换能力，从而实现优异的脱盐性能；本专利技术制备方法具有绿色、操作简单、快速高效、可扩展、蒸发速率快、蒸发效率高的优点。
附图说明
[0020]图1为实施例1
‑
3制备得到的太阳能海水淡化材料的SEM图。
[0021]其中A为样品一，B为样品二，C为样品三。
[0022]图2为实施例2制备得到的太阳能海水淡化材料的样品图。
[0023]其中，A为聚氨酯海绵，B为样品二。
[0024]图3为实施例1
‑
3制备得到的太阳能海水淡化材料的蒸发率对比图。
[0025]图4为实施例2制备得到的太阳能海水淡化材料的红外热成像图。
[0026]图5为实施例2制备得到的太阳能海水淡化材料与聚氨酯海绵的导热率对比图。
具体实施方式
[0027]下列实施例用于进一步解释说明本专利技术，但是，它们并不构成对本专利技术范围的限制或限定。
[0028]导热率测试：通过热常数分析仪(Hot Disk TPS2500S)测试样品的热导率。
[0029]蒸发率(Δv)：使用烧杯作为盛水的容器，将一块绝缘的聚苯乙烯泡沫放在烧杯上方，泡沫中间有一个孔，孔中插入吸水海绵，将本材料放在这块吸水海绵上。在室温21 摄氏度的室内条件下，使用太阳光模拟氙灯作为光源，利用全光谱光功率计调整太阳光模拟氙灯的光照强度为1kW m
‑2，并垂直照射在蒸发材料表面上，使用电子天平实时记录水的质量变化，
[0030][0031]M是测试过程中水的质量变化；A是蒸发材料的表面垂直投影面积；t是蒸发时间。
[0032]光热转化效率(η,％)测试：红外热成像仪记录蒸发材料表面的温度变化。
[0033]η＝(Δvh
LV
)/I
ꢀꢀ
(1)
[0034]h
LV
＝h
v
+CΔT
ꢀꢀ
(2)
[0035]式中Δv代表蒸发率(kg m
‑2h
‑1)；h
v
是焓的相变(2256.0kJ kg
‑1，C是水的比热容(4.2J g
‑1K
‑1)，ΔT是从初始温度到最终温度的变化(℃)，I是太阳照明的功率密度(1kW m
‑2)。
[0036]实施例1
[0037]一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，包括以下步骤：
[0038](1)水凝胶溶液的制备
[0039]首先，将PVA(2.5g)和TA(3g)加入94.5g混合溶剂体系(去离子水/乙醇＝1:1v/v本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：(1)水凝胶溶液的制备首先，将聚乙烯醇PVA和单宁酸TA加入混合溶剂体系中，在90℃下搅拌2h，得到混合PVA
‑
TA水凝胶溶液；(2)水凝胶基海绵材料的制备将聚氨酯海绵浸入步骤1)中的PVA
‑
TA水凝胶溶液中，反复挤压，随后将聚氨酯海绵在真空干燥箱中45℃干燥蒸发，得到水凝胶基海绵；之后，用蒸馏水冲洗水凝胶基海绵，再在氯化铁溶液中浸泡，得到黑色水凝胶海绵，再用蒸馏水冲洗，得到太阳能海水淡化材料。2.如权利要求1所述一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，其特征在于所述步骤1)中混合溶剂体系为去离子水和乙醇的混合溶液，其体积比为1:1。3.如权利要求1所述一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，其特征在于所述步骤1)中聚乙烯醇PVA与单宁酸TA的质量比为5：6。4.如权利要求1所述一种水凝胶基海绵太阳能海水淡化材料的制备方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：高军凯，凌田，陈妍，夏孟胜，曹妍，
申请(专利权)人：浙江海洋大学，
类型：发明
国别省市：