【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶及其制备方法与应用，属于化学及环境。
技术介绍
1、随着社会经济的高速发展，工业用水消费随着生产规模的增长急剧增加。与此同时，废水产量也在不断增长。农药、染料、医药等化工行业在生产过程中会产生大量高盐废水，这种废水污染物组分复杂，处理难度高，对土壤、水体等污染严重，造成土地盐碱化、水体富营养化，甚至空气污染等严重后果，从而严重影响生态环境。相较于发达国家，我国工业废水重复利用率较低。因此，对高盐废水进行低成本的资源化利用成为了环境领域面临的新挑战。资源化利用不仅可以将废水对环境的污染风险降到最低，还可以减轻淡水提取对生态系统造成的压力。
2、目前，正渗透、反渗透、多级闪蒸、膜蒸馏等先进的淡化技术已投入实际生产。然而，高昂的建设、运营和维护成本限制了偏远地区淡水生产的发展。太阳能驱动界面蒸发因其高效、便捷的淡水生产过程而受到广泛关注，而光热转化材料是该技术实现低成本、高效率的关键。
3、在太阳能界面蒸发过程中，光热转化材料界面上覆盖着一层薄薄的水膜，气凝胶可以最大限度地进行光热转换并利用产生的热量生产淡水，大大减少了传递到散装水和周围区域的热量散失，提高了能量利用效率。同时，为了保证太阳能驱动界面蒸发过程高效稳定地运行，光热材料必须在保证高效光热转换和自身蒸发性能的情况下，具备优异的水传递性能和抗盐结晶能力，以防止长时间蒸发堆积盐晶体阻塞供水通道，降低蒸汽压；避免析出的盐结晶覆盖光热层，导致捕获的太阳光量大幅减少，光热转换受到抑制
4、janus结构气凝胶的研究是当前研究的热点，常用的改性方法有：选择性氟化、硅烷改性和碳化等，而这些方法一般都是先制备亲水性气凝胶，再进行改性。上述方法制备过程较为复杂，从而限制了实际的大规模应用。因此，亟需构建一种制备工艺简单、原料易得、光热转换性能和润湿性能优良的janus结构气凝胶。目前还未见到使用一步法制备janus结构三维气凝胶用于光热蒸发的报道。
5、中国专利文献cn113603935a公开了一种具有janus特性的复合气凝胶，以纤维素纳米纤丝粉末、ti3c2tx mxene分散液为原料，通过冷冻干燥得到硅烷改性的纤维素纳米纤丝/ti3c2tx mxene气凝胶，将其作为上层材料；以纤维素纳米纤丝分散液为原料，浸入液氮冷冷冻得到纤维素纳米纤丝气凝胶作为下层材料。通过上层和下层的交界处通过化学交联作用联结为整体。该方法制备得到的气凝胶在一个标准太阳光下，水蒸发速率可以达到2.331kg m-2h-1。在连续10天每天6小时的一个标准太阳光照后，其在3.5wt％，7wt％，10.5wt％nacl水溶液中的蒸发速率分别可达2.13，2.03，1.80kg m-2h-1。该具有janus特性的复合气凝胶先制备上层材料、下层材料，然后通过上层和下层的交界处通过化学交联作用联结为整体，制备过程繁琐，成本高，容易对环境造成污染。
技术实现思路
1、针对现有制备janus结构气凝胶方法合成过程复杂、能耗高、污染大等诸多问题，本专利技术提供一种高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶及其制备方法与应用。
2、专利技术概述：
3、本专利技术以p(am-dmdaac)和氧化石墨烯为原料，将二者按比例混合，水热条件下反应一步合成了石墨烯基大孔janus气凝胶，由于p(am-dmdaac)带正电，可以与带负电的石墨烯片通过静电相互作用巧妙地结合，有效地抑制了由于范德华力和π-π键相互作用而导致的石墨烯堆叠，反应完成后形成水凝胶；将水凝胶竖直放置在内表面平整的容器中，使其上表面暴露，下表面与内表面平整的容器底部接触，无需预冷冻直接放入冷冻干燥，最终得到上表面疏水下表面亲水的高耐盐性p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶。
4、专利技术详述：
5、本专利技术是通过如下技术方案实现的:
6、一种高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，p(am-dmdaac)为改性剂，通过一步水热-冷冻铸造法构建三维网络结构制得，所述janus气凝胶的一面为表面粗糙的疏水面，相对的一面为表面平整的亲水面，内部为孔结构。
7、根据本专利技术优选的，疏水面水接触角为130-140°，亲水面水接触角为0°；该材料在一个太阳强度的照射下，在去离子水中的蒸发速率达3.606kg m-2h-1；在实际海水或10wt％nacl溶液中经过10次的5h蒸发循环后，其表面未出现结盐现象；离子去除率均达到99％以上。
8、本专利技术的第二个目的是提供上述高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶的制备方法。
9、上述高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶的制备方法，包括步骤如下：
10、(1)将p(am-dmdaac)置于去离子水中搅拌过夜，得到均匀p(am-dmdaac)溶液；
11、(2)将氧化石墨烯置于去离子水中超声分散均匀，得到均一稳定的氧化石墨烯分散液；
12、(3)调节氧化石墨烯分散液ph，然后与p(am-dmdaac)溶液混合搅拌，得混合分散液；
13、(4)将步骤(3)混合分散液水热处理，冷却后，得到水凝胶，水凝胶用去离子水浸泡洗涤，洗涤后的水凝胶放置在内表面光滑平整的容器中，使其上表面暴露，下表面与内表面光滑平整的容器底部接触，冷冻干燥，得到高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶。
14、根据本专利技术优选的，步骤(1)中，p(am-dmdaac)溶液的浓度为3-10mg/ml，搅拌时间为12-24h。
15、进一步优选的，p(am-dmdaac)溶液的浓度为4-8mg/ml，搅拌时间为15-20h。
16、根据本专利技术优选的，步骤(2)中，氧化石墨烯分散液浓度为4-10mg/ml，超声分散功率为200-600w，超声时间为30-300s。
17、进一步优选的，氧化石墨烯分散液浓度为4-6mg/ml，超声时间为60-180s。
18、根据本专利技术优选的，步骤(3)中，调节后氧化石墨烯分散液的ph＝2-11。
19、进一步优选的，步骤(3)中，调节后氧化石墨烯分散液的ph＝9-11。
20、根据本专利技术优选的，步骤(3)中，氧化石墨烯分散液与p(am-dmdaac)溶液混合的体积比为(1-2)：(1-2)。
21、进一步优选的，步骤(3)中，氧化石墨烯分散液与p(am-dmdaac)溶液混合的体积比为1:1。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高耐盐P(AM-DMDAAC)/石墨烯基大孔Janus气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，P(AM-DMDAAC)为改性剂，通过一步水热-冷冻铸造法构建三维网络结构制得，所述Janus气凝胶的一面为表面粗糙的疏水面，相对的一面为表面平整的亲水面，内部为孔结构。
2.根据权利要求1所述的高耐盐P(AM-DMDAAC)/石墨烯基大孔Janus气凝胶，其特征在于，疏水面水接触角为130-140°，亲水面水接触角为0°；该材料在一个太阳强度的照射下，在去离子水中的蒸发速率达3.606kg m-2h-1；在实际海水以及10wt％NaCl溶液中经过10次的5h蒸发循环后，其表面未出现结盐现象；离子去除率均达到99％以上。
3.权利要求1所述的高耐盐P(AM-DMDAAC)/石墨烯基大孔Janus气凝胶的制备方法，包括步骤如下：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，P(AM-DMDAAC)溶液的浓度为3-10mg/mL，搅拌时间为12-24h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，步骤(2)中，氧化石墨烯分散液浓度为4-10mg/mL，超声分散功率为200-600W，超声时间为30-300s，优选的，氧化石墨烯分散液浓度为4-6mg/mL，超声时间为60-180s。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，步骤(3)中，调节后氧化石墨烯分散液的pH＝2-11；优选的，步骤(3)中，调节后氧化石墨烯分散液的pH＝9-11；步骤(3)中，氧化石墨烯分散液与P(AM-DMDAAC)溶液混合的体积比为(1-2)：(1-2)；优选的，步骤(3)中，氧化石墨烯分散液与P(AM-DMDAAC)溶液混合的体积比为1:1。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，步骤(4)中，水热反应温度为150-250℃，反应时间为5-15h，步骤(4)中，浸泡洗涤时间为24-72h，每隔6h更换一次去离子水；冷冻干燥条件：温度为-40℃～-50℃，真空度为0-10Pa，干燥时间为24-40h。
9.权利要求1所述的高耐盐性P(AM-DMDAAC)/石墨烯基大孔Janus气凝胶的应用，用于光热蒸发、海水淡化或高盐废水淡化处理。
10.根据权利要10所述的应用，其特征在于，光热蒸发的具体方法为：构建太阳能蒸发装置，该装置由泡沫圆环、圆柱型海绵以及P(AM-DMDAAC)/石墨烯基大孔Janus气凝胶组成，泡沫圆环固定在圆柱型海绵的一端置于水面，海绵接触水体，形成T形供水装置，将气凝胶置于T型供水装置的顶部，底面接触被润湿的海绵，借助润湿的海绵不断地输送到疏水的上表面进行高效的光热蒸发；
...【技术特征摘要】
1.一种高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶，所述的复合气凝胶是以氧化石墨烯为原料，p(am-dmdaac)为改性剂，通过一步水热-冷冻铸造法构建三维网络结构制得，所述janus气凝胶的一面为表面粗糙的疏水面，相对的一面为表面平整的亲水面，内部为孔结构。
2.根据权利要求1所述的高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶，其特征在于，疏水面水接触角为130-140°，亲水面水接触角为0°；该材料在一个太阳强度的照射下，在去离子水中的蒸发速率达3.606kg m-2h-1；在实际海水以及10wt％nacl溶液中经过10次的5h蒸发循环后，其表面未出现结盐现象；离子去除率均达到99％以上。
3.权利要求1所述的高耐盐p(am-dmdaac)/石墨烯基大孔janus气凝胶的制备方法，包括步骤如下：
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，p(am-dmdaac)溶液的浓度为3-10mg/ml，搅拌时间为12-24h。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，p(am-dmdaac)溶液的浓度为4-8mg/ml，搅拌时间为15-20h。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，步骤(2)中，氧化石墨烯分散液浓度为4-10mg/ml，超声分散功率为200-600w，超声时间为30-300s，优选的...
【专利技术属性】
技术研发人员：高悦，程小虎，岳钦艳，高宝玉，孔岩，但宏兵，魏耀，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。