【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水凝胶薄膜及水凝胶型太阳能蒸发器，具体涉及一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法及应用。
技术介绍
1、随着人口的增长和环境污染的加剧，淡水资源短缺已经成为人类文明发展面临的最重要威胁之一，而海水淡化可以在不损害自然淡水生态系统的情况下充分生产高质量的淡水。传统的反渗透、离子交换以及新兴蒸馏法系统的海水净化技术需要电力，不利于碳中和，且在基础设施落后区域难以实现，因此探究如何利用可持续的太阳能为水蒸发提供源源不断的动力，且提高太阳能海水淡化的效率引发了人们的极大关注。在众多的水净化方法中，太阳能蒸发器不依赖外部能源，使用方便，几乎没有污染，适合在基础设施缺乏的地区使用，具有很大的发展潜力。
2、近年来，水凝胶型太阳能蒸发器的研究使得太阳能蒸发器的性能研究快速发展。水凝胶型太阳能蒸发器具有高能量利用效率、高太阳光吸收率、快速的水传输以及水活化等优点，可实现在自然阳光下的高效太阳能水蒸发。并且水凝胶型太阳能蒸发器可以降低水的蒸发焓，突破传统蒸发器的蒸发极限，显著提高太阳能蒸发器的蒸发性能。由于水凝胶型太阳能蒸发器需要放置在未净化的水中进行，这使得热量很容易传递到未净化的水中，一定程度上降低了太阳能蒸发器的效率。因此，制备一种具有优异的太阳能利用效率、良好的机械稳定性且低成本的水凝胶型太阳能蒸发器，对海水淡化发展具有重要意义。
3、基于冰模板法的低温氧化还原聚合制得的水凝胶薄膜具有相互连通的多孔结构以提升水的传输速率，为太阳能水蒸发提供充足的供水，弥补常规方法成膜后输水能力下降的缺陷。而将水凝胶蒸发器
4、冰模板水凝胶薄膜构建策略在一定程度上扩展了水凝胶型太阳能蒸发器领域的设计和应用。然而，如何提高水凝胶型太阳能蒸发器的热定位能力和高效的水传输性能是提高水凝胶型太阳能蒸发器高效水蒸发的关键。
技术实现思路
1、为了改善水凝胶薄膜太阳能蒸发器热局部化的问题，本专利技术提供了一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，该方法基于冰模板法构建的水凝胶薄膜上具有孔径为50-100μm的孔隙结构，可以大大提高水的传输速率。在1个太阳光（1kw m-2）下，冰模板法构建的多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜的蒸发性能可达3.84kg m-2 h-1，能量利用效率为91%，经过将水凝胶薄膜厚度优化后，该多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜的蒸发性能可以进一步提高到4.14kg m-2 h-1，能量利用效率达到98%。
2、本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将氯化锂和十二烷基硫酸钠溶于去离子水中搅拌混合均匀，再加入甲基丙烯酸月桂酯和石墨，于室温搅拌使其分散均匀；然后加入丙烯酰胺和n,n'-亚甲双(2-丙烯酰胺)并搅拌至完成溶解，预冷至4℃，再加入过硫酸钾和n,n,n ',n '-四甲基乙二胺，将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将得到的水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在去离子水中浸泡3天得到多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜。
3、一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将丙烯酰胺、n,n '-亚甲双(2-丙烯酰胺)、十二烷基硫酸钠和石墨加入到去离子水中搅拌混合均匀，再加入过硫酸钾和n,n,n ',n '-四甲基乙二胺，然后将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在去离子水中浸泡3天得到高交联聚丙烯酰胺水凝胶。
4、一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将丙烯酰胺、丙烯酸、n, n '-亚甲双(2-丙烯酰胺)和氢氧化钠加入到去离子水中搅拌混合均匀，再加入过硫酸铵和n,n,n ',n '-四甲基乙二胺，然后将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在含fe3+的柠檬酸水溶液中浸泡，再用去离子水浸泡至无颜色漏出得到fe3+离子交联水凝胶薄膜。
5、进一步限定，所述含fe3+的柠檬酸水溶液的具体制备过程为：将柠檬酸溶于去离子水中，再加入fecl3·6h2o，然后加入氢氧化钠调至混合体系的ph=4得到含fe3+的柠檬酸水溶液。
6、本专利技术所述的多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜在太阳能水蒸发装置中的应用。
7、本专利技术与现有技术相比具有以下优点和有益效果：
8、本专利技术基于冰模板法构建的水凝胶薄膜具有大孔隙结构，有效提高了水的传输速率。本专利技术通过冰模板制造大的孔洞，简单来说，当温度到达冰点以下凝胶前驱液中的部分水形成冰晶，剩余前驱液浓缩并分布于冰晶间，在氧化还原反应的引发下前驱液聚合形成水凝胶，当温度恢复室温冰晶融化形成大的孔道，有效提高水的传输速率，使得水分可以源源不断的快速到达蒸发器的表面，从而减少其能量损失。另一方面，快速的水传输速率使得水凝胶薄膜型蒸发器表面难以出现盐分积累的情况，使得其具有一定的耐盐性。
9、本专利技术基于冰模板构建水凝胶薄膜策略不仅提高了疏水缔合水凝胶薄膜的蒸发性能，还通过优化其结构形状进一步提高其蒸发性能，最高可达4.14kg m-2 h-1。同时水凝胶薄膜的构建策略还可应用其它类型的水凝胶薄膜的构建，通过减少其与水的接触面积，从而降低热损失，提高其蒸发性能。这种水凝胶薄膜的构建策略扩大了水凝胶型太阳能蒸发器的应用范围，具有普适性，可以用于海水淡化、海盐生产、水净化等领域。
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1.一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将氯化锂和十二烷基硫酸钠溶于去离子水中搅拌混合均匀，再加入甲基丙烯酸月桂酯和石墨，于室温搅拌使其分散均匀；然后加入丙烯酰胺和N,N '-亚甲双(2-丙烯酰胺)并搅拌至完成溶解，预冷至4℃，再加入过硫酸钾和N,N,N ',N '-四甲基乙二胺，将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将得到的水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在去离子水中浸泡3天得到多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜。
2. 一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将丙烯酰胺、N,N'-亚甲双(2-丙烯酰胺)、十二烷基硫酸钠和石墨加入到去离子水中搅拌混合均匀，再加入过硫酸钾和N,N,N ',N '-四甲基乙二胺，然后将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在去离子水中浸泡3天得到高交联聚丙烯酰胺水凝胶。
3. 一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备
4.根据权利要求3所述的多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于：所述含Fe3+的柠檬酸水溶液的具体制备过程为：将柠檬酸溶于去离子水中，再加入FeCl3·6H2O，然后加入氢氧化钠调至混合体系的pH=4得到含Fe3+的柠檬酸水溶液。
5.权利要求1-3中任意一项所述的多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜在太阳能水蒸发装置中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将氯化锂和十二烷基硫酸钠溶于去离子水中搅拌混合均匀，再加入甲基丙烯酸月桂酯和石墨，于室温搅拌使其分散均匀；然后加入丙烯酰胺和n,n '-亚甲双(2-丙烯酰胺)并搅拌至完成溶解，预冷至4℃，再加入过硫酸钾和n,n,n ',n '-四甲基乙二胺，将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将得到的水凝胶薄膜从膜状模具中取出，在去离子水中浸泡3天得到多孔结构的疏水缔合水凝胶薄膜。
2. 一种多孔结构的水凝胶薄膜的制备方法，其特征在于具体步骤为：将丙烯酰胺、n,n'-亚甲双(2-丙烯酰胺)、十二烷基硫酸钠和石墨加入到去离子水中搅拌混合均匀，再加入过硫酸钾和n,n,n ',n '-四甲基乙二胺，然后将反应液填充到预冷膜状模具中，再将膜状模具缓慢浸入-20℃冷阱中进行冷冻，然后放入-20℃冰箱中聚合反应，聚合反应完成后将水凝胶薄膜从膜状模...
【专利技术属性】
技术研发人员：马广磊，祁玺燕，马晓明，胡志国，
申请(专利权)人：河南师范大学，
类型：发明
国别省市：
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