【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于凝胶材料领域，涉及一种用于大气集水的聚合物凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
1、随着人口的增加和工业的不断发展，水资源短缺问题日益严重。污水处理再回用和海水淡化等技术，依赖于已经存在的水，对于缺乏水源的内陆地区则无能为力。根据研究人员估算，大气中的水分超过一万立方千米，有着巨大的应用潜力，并且大气中的水可以通过水的自然循环得到源源不断的补充。为了收集利用大气中的水，研究人员开发了雾收集、冷凝和大气吸附集水等一系列的空气水资源利用技术。雾收集和冷凝需要较高的环境相对湿度或者外部的能源输入，而基于吸附的大气吸附集水技术则可以在没有外部能源输入的情况下，在广泛的湿度范围内，依靠昼夜温度变化、湿度变化和日间的太阳能驱动实现空气中水资源的收集和利用，以节能方式提供清洁水。
2、主要存在的问题：现有大气集水材料依赖于mofs、cofs或者licl等集水材料，但是mofs、cofs类材料存在原材料昂贵，生产制备复杂，再生难度大等问题；依赖于licl的集水材料也面临licl价格高昂、盐泄露和器件腐蚀等问题。
3、cn 115920602 a提供了一种光驱动高吸湿性复合大气集水材料、其制备方法和应用，该方法通过在聚丙烯酰胺凝胶中引入mxene并负载氯化锂做为吸湿剂，实现空气中水资源的收集和利用，但是该方法存在诸多缺点。首先，聚合过程中使用的mxene合成不易，其次，licl价格昂贵。
4、cn 113571219 a提供了一种高效的大气水蒸气吸附复合材料的制备方法，该方法将高储水性能的海绵骨架和两
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的技术问题，本专利技术提供一种用于大气集水的聚合物凝胶材料及其制备方法，所述凝胶原材料价格低廉且易于制备，易于再生，具有优异的大气集水性能。
2、为达到上述技术效果，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术目的之一在于提供一种用于大气集水的聚合物凝胶材料，所述聚合物凝胶材料包括聚合物凝胶集水层以及设置于所述聚合物凝胶集水层表面的光热转化层；
4、所述聚合物凝胶集水层由正电性聚合物和负电性聚合物组成；
5、所述正电性聚合物和负电型聚合物的zeta电位差值应大于50mv，且小于100mv。
6、其中，正电性聚合物和负电型聚合物的zeta电位差值可以是50mv、60mv、70mv、80mv、90mv或100mv等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
7、本专利技术中，提供的聚合物凝胶材料具有大气集水作用的原因在于聚合物凝胶集水层由正电型聚合物和负电型聚合物组成，所使用的上述两类有机物高分子均为亲水性物质，可以通过水合作用吸收空气中的水；而凝胶材料具有独特的三维网络空间结构，比表面积大，进而提升了吸附动力学。
8、本专利技术中，限定正电型聚合物和负电型聚合物的zeta电位差值应大于50mv，且小于100mv的原因在于当zeta电位差值小于50mv时，正电聚合物和负电聚合物之间无法通过静电作用形成凝胶；而当正电聚合物和负电聚合物之间的差值大于100mv时，由于正负电聚合物之间的静电作用过于强烈，使得聚合物链条之间团聚严重，无法形成松散的三维结构。
9、作为本专利技术优选的技术方案，所述正电性聚合物和负电性聚合物的质量比为1～6:2，如1:2、2:2、3:2、4:2、5:2或6:2等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为1～3:2。
10、作为本专利技术优选的技术方案，所述正电型聚合物包括壳聚糖季铵盐、聚乙烯亚胺、聚二烯二甲基氯化铵、聚丙烯酰胺或聚烯丙基胺中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例包括：壳聚糖季铵盐和聚乙烯亚胺的组合、聚乙烯亚胺和聚二烯二甲基氯化铵的组合、聚二烯二甲基氯化铵和聚丙烯酰胺的组合、聚丙烯酰胺和聚烯丙基胺的组合、聚烯丙基胺和壳聚糖季铵盐的组合或壳聚糖季铵盐、聚乙烯亚胺和聚丙烯酰胺的组合等。
11、优选地，所述负电型聚合物包括羧甲基壳聚糖、聚丙烯酸钠、羧甲基纤维素、海藻酸钠或淀粉中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例包括：羧甲基壳聚糖和聚丙烯酸钠的组合、聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素的组合、羧甲基纤维素和海藻酸钠的组合、海藻酸钠和淀粉的组合、淀粉和羧甲基壳聚糖的组合或羧甲基壳聚糖、聚丙烯酸钠和羧甲基纤维素的组合等。
12、优选地，所述光热转化层包括碳纳米管、炭黑、活性炭、石墨烯或石墨炔中的任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例包括：碳纳米管和炭黑的组合、炭黑和活性炭的组合、活性炭和石墨烯的组合、石墨烯和石墨炔的组合、石墨炔和碳纳米管的组合或碳纳米管、碳核和石墨烯的组合等。
13、本专利技术中，正电型聚合物和负电型聚合物的组合可以是：羧甲基壳聚糖和壳聚糖季铵盐的组合、羧甲基纤维素和壳聚糖季铵盐的组合、聚丙烯酸钠和聚乙烯亚胺的组合、聚丙烯酸钠和聚二烯二甲基氯化铵的组合、海藻酸钠和聚乙烯亚胺的组合、羧甲基壳聚糖和聚乙烯亚胺的组合、羧甲基壳聚糖和羧甲基纤维素和壳聚糖季铵盐的组合、羧甲基壳聚糖和聚乙烯亚胺和壳聚糖季铵盐的组合、羧甲基壳聚糖和羧甲基纤维素和壳聚糖季铵盐的组合或聚二烯二甲基氯化铵的组合等。
14、优选地，正电型聚合物和负电型聚合物的组合包括：羧甲基壳聚糖和壳聚糖季铵盐的组合以及羧甲基纤维素和壳聚糖季铵盐的组合。本专利技术中，所作为列举的，羧甲基壳聚糖的分子量为20～25万，壳聚糖季铵盐的分子量为8～12万。
15、本专利技术目的之二在于提供一种用于大气集水的聚合物凝胶材料的制备方法，所述制备方法包括：
16、将正电型聚合物和负电型聚合物溶液混合并分散，得到混合分散液；
17、对所述混合分散液依次进行冷冻处理和冻干处理，得到聚合物凝胶集水层；
18、在所述聚合物凝胶集水层表面涂覆光热转化层，干燥后得到所述用于大气集水的聚合物凝胶材料。
19、本专利技术中，正电型聚合物和负电型聚合物溶液可以为羧甲基壳聚糖溶液和壳聚糖季铵盐溶液，羧甲基壳聚糖溶液和壳聚糖季铵盐溶液的质量分数分别独立地优选为3％。羧甲基壳聚糖溶液和壳聚糖季铵盐溶液可以采用加热搅拌溶解的方式制备，加热温度为30～40℃，加热时间为10～60min，转速为100～600rpm。制备得到的羧甲基壳聚糖溶液和壳聚糖季铵盐溶液应在一周内用完，从而避免壳聚糖链条的断裂和水解。
20、作为本专利技术优选的技术方案，所述分散包括漩涡震荡分散和使用超声波细胞破碎仪的超声破碎分散。
21、作为本专利技术优选的技术方案，所述漩涡震荡分散的时间为30～120s，如30s、40s、50s、60s、70s、80s、90s、100s、110s或120s等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于大气集水的聚合物凝胶材料，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶材料，其特征在于，所述负电型聚合物和正电型聚合物的质量比为1～6:2，优选为1～3:2。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物凝胶材料，其特征在于，所述正电型聚合物包括壳聚糖季铵盐、聚乙烯亚胺、聚二烯二甲基氯化铵、聚丙烯酰胺或聚烯丙基胺中的任意一种或至少两种的组合；
4.一种权利要求1-3任一项所述的用于大气集水的聚合物凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散包括漩涡震荡分散和使用细胞破碎仪的超声破碎分散。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述漩涡震荡分散的时间为30～120s。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述使用细胞破碎仪的超声破碎分散的时间为5～60min，超声破碎功率为65～195W。
8.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述冷冻的时间为24～72h。
9.根据权利要求4所述的制备方法，其
10.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述光热转化层的涂覆液的浓度为3～5mg/mL。
...【技术特征摘要】
1.一种用于大气集水的聚合物凝胶材料，其特征在于，
2.根据权利要求1所述的聚合物凝胶材料，其特征在于，所述负电型聚合物和正电型聚合物的质量比为1～6:2，优选为1～3:2。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物凝胶材料，其特征在于，所述正电型聚合物包括壳聚糖季铵盐、聚乙烯亚胺、聚二烯二甲基氯化铵、聚丙烯酰胺或聚烯丙基胺中的任意一种或至少两种的组合；
4.一种权利要求1-3任一项所述的用于大气集水的聚合物凝胶材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述分散包括漩涡震荡分...
【专利技术属性】
技术研发人员：曲久辉，马文娟，张唯，胡承志，
申请(专利权)人：中国科学院生态环境研究中心，
类型：发明
国别省市：
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