[发明专利]一种自漂浮光热转化水凝胶材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于化学材料、高分子材料等领域，涉及一种提高光热转化效率用于海水淡化的一种自漂浮光热转化水凝胶材料及其制备方法和应用。通过物理化学双交联的方式成功制备了自漂浮光热转化水凝胶，所述自漂浮光热转化水凝胶由水凝胶基体大分子和光热转化成分相结合得到，水凝胶基体大分子由含有羟基亲水性聚合物水溶液在丙烯酰胺、引发剂、交联剂和气凝胶的存在下共混制得，光热转化成分为墨鱼汁。本发明制备的自漂浮光热转化水凝胶具有良好的力学性能、良好的阳光吸收性能和良好的水表面热定位性能，制备工艺简单，能耗低，具有良好的重复使用性能，适合于实际应用。本发明的自漂浮光热转化水凝胶是海水淡化和水净化的理想选择。

技术领域

本发明属于化学材料、高分子材料等领域，涉及一种提高光热转化效率用于海水淡化的一种自漂浮光热转化水凝胶材料及其制备方法和应用。

背景技术

在当今二十一世纪，缺乏水资源的问题变得越来越严重。有许多地区不仅保证不了人类饮用水、生活用水的质量问题，更有甚者连世界人均用水最低标准都无法达到。而且就全球水资源分布而言，不同地区所占有的水资源非常不平均，极少数的国家拥有大量的淡水资源，而一些贫困地区却严重缺水。例如阿联酋、埃及、约旦、也门等国家。我国虽然地域辽阔但是人口众多，因此也是十三大贫水国之一。为了解决水资源严重缺乏的问题，不同的地域分别采取了相应合理的措施，例如蓄水工程、南水北调工程等等。然而这些方法都是治标不治本的，并没有从根源处增加人类可饮用水的总量，只是将水的分配更合理化，无法从本质上解决水资源匮乏的问题。

地球上的水资源有97％都是海水，为了增加人类可用淡水的总量，海水淡化成为一种可行的方法，但传统的海水淡化方法成本高，周期长，成效一般，耗能大，比如蒸馏，反渗透等方法。太阳能是一种成本低并且可再生的清洁能源，利用太阳能进行海水淡化具有很多优点，通过配合使用特制的墨鱼汁水凝胶来提高海水蒸发的速率，以此缩短海水淡化的周期。可漂浮墨鱼汁水凝胶的制备，比传统的海水淡化方法在机器成本上要低很多，而且不需要繁琐的操作步骤，可以说是目前最理想的海水淡化方法之一，具有十分重要的应用前景和战略意义。

目前有利用可漂浮石墨烯气凝胶进行海水淡化的研究，有很好的光热转化效果，有利于海水的蒸发。但是石墨烯气凝胶力学性能差，材料质地较脆无法大面积使用，而且制备成本高。水凝胶是一种含有大量水分的三维网状结构的高分子溶胀体，由亲水性的高分子化合物通过化学或物理的方式交联而成，具有良好的快速吸水性、成膜性、机械性等特点，水凝胶能快速吸收大量的水分子和具有多孔结构的特点为水分子在其内部的传输提供了优越的通道，能保证水分子快速从水凝胶底部传送到水凝胶上层的蒸发界面，水凝胶良好的成膜性能简化其制作步骤降低生产成本，水凝胶良好的机械性能保证其可以重复利用，并且可以方便回收。综合水凝胶各方面特性，可知其是一种非常好的承载墨鱼汁的载体物质。

墨鱼汁是一种天然无毒的生物材料，相比其他化学类光热转化成分例如石墨烯材料，金属离子材料，它更加安全，无毒，无污染，并且其更易制备，生产成本更低，光热转化效果也更好，因此制作一种新型的物理化学双交联的能漂浮在水表面的具有光热转化功能的墨鱼汁水凝胶将会具有重要的应用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自漂浮光热转化水凝胶材料及其制备方法和应用。其目的在于通过采用物理化学双交联的方法，将墨鱼汁，丙烯酰胺，含有羟基的亲水性聚合物水溶液和气凝胶进行复合，形成含有大量水分的三维交联网状的物理化学双交联水凝胶，制备得到具有光热转化效果的自漂浮水凝胶材料。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种自漂浮光热转化水凝胶，所述自漂浮光热转化水凝胶由水凝胶基体大分子和光热转化成分通过氢键相结合得到；所述水凝胶基体大分子由含有羟基亲水性聚合物水溶液在丙烯酰胺、引发剂、交联剂和气凝胶的存在下共混制得；所述光热转化成分为墨鱼汁。

在上述技术方案中，进一步地，所述墨鱼汁为乌贼或鱿鱼的墨囊中黑色液体。