[发明专利]一种基于PVA水凝胶的光热蒸发材料及其制备和应用

说明书

本发明涉及一种基于PVA水凝胶的光热蒸发材料及其制备和应用，包括：步骤1、分别配置聚乙烯醇PVA水溶液、纳米光热材料分散水溶液、戊二醛水溶液和低浓度盐酸溶液；步骤2、将步骤1所述的聚乙烯醇PVA水溶液、纳米光热材料分散水溶液、戊二醛水溶液和低浓度盐酸溶液按一定顺序在一定温度条件下充分混合搅拌；步骤3、将混合搅拌后的产物在未发生固化时转移至成型模具中，静置至交联反应完全，得到水凝胶材料。本发明的有益效果为：制备过程环保无污染、简单易行，制备成本低廉，所得的水凝胶可以作为一种理想的光热蒸发、太阳能海水淡化材料；本发明所制备的水凝胶具有较高的吸光效率、光热转化效率以及蒸发效率，可以应用在太阳能海水淡化领域。

技术领域

本发明涉及水凝胶、光热蒸发及其制备和应用领域，尤其包括一种基于PVA水凝胶的光热蒸发材料及其制备和应用。

背景技术

水凝胶是由亲水性高分子链交联后形成的三维空间网状结构，并在结构空隙中充满大量水的一种特殊分散体系。常见的高分子水凝胶包括聚乙烯醇(Poly(vinylalcohol),PVA)、聚丙烯酰胺(Polyacrylamide,PAM)、壳聚糖(Chitosan,CS)和明胶等。其中，PVA水凝胶因具有含水率高、环保易降解、生物相容性好等诸多优点，成为当前被广泛研究的一种高分子水凝胶。然而，单一PVA构成的水凝胶交联度低、凝胶内部结构不均匀且缺乏有效的能量耗散机制，导致其力学性能相对较差，受到外力作用时水凝胶表面及其内部容易发生断裂。

为增强PVA水凝胶的机械性能，常用的制备改性方法有化学交联法和物理循环冷冻-解冻法等。其中，以戊二醛为交联剂，采用化学法制备PVA水凝胶的工艺相对简便、成胶周期短，PVA分子链间通过共价化学键交联于一体。然而化学交联法得到的凝胶虽然含水率高，但导水能力差，需要继续配合物理循环冷冻-解冻法扩大其多孔结构，获得高效的导水通道。相关文献有：魏端丽,姚炜钦,喻湘华等在武汉工程大学学报,2016,38(6):37-41.上刊载的《聚乙烯醇-壳聚糖复合海绵的制备及性能》；孙微,冯光峰,乔从德在齐鲁工业大学学报,2019,1-4.上刊载的《聚乙烯醇/明胶共混凝胶薄膜的制备及其溶胀性能研究》。

纳米材料掺杂水凝胶是指在水凝胶中掺杂一种或多种有独特性能的纳米粒子，并且纳米粒子可以均匀分散于水凝胶中，也称为复合水凝胶。此类凝胶可以表现出一些特殊的性能，如抗拉性、导电性、细胞亲和性等，也可以在一定程度上改善凝胶的力学性能，应用于电气器件、生物制药等领域。光热材料是一种可以将太阳能高效转化为热能的材料，是太阳能高效综合利用中重要的一环。相关文献有：薛雅楠,韩政学,李爽然等在材料导报,2019,154-160.上刊载的《纳米材料掺杂型聚乙烯醇双交联复合水凝胶的力-化学性质[J].》；张超，李倩倩，刘天西，郭和乐，封其春，刘思良在2018-10-16发表的《一种基于石墨烯/PVA水凝胶及其制备和应用》(申请号CN201810420857.7)。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于PVA水凝胶的光热蒸发材料及其制备和应用；将纳米光热材料如氧化石墨烯、碳纳米管、聚吡咯等，均匀分散入水凝胶体系中，得到具有光热蒸发功能的复合水凝胶材料，应用于光热蒸发、太阳能海水淡化领域。

这种基于PVA水凝胶的光热蒸发材料制备方法，包括如下步骤：

步骤1、分别配置聚乙烯醇PVA水溶液、纳米光热材料分散水溶液、戊二醛水溶液和低浓度盐酸溶液；

步骤2、将步骤1所述的聚乙烯醇PVA水溶液、纳米光热材料分散水溶液、戊二醛水溶液和低浓度盐酸溶液按一定顺序在一定温度条件下充分混合搅拌；

步骤3、将混合搅拌后的产物在未发生固化时转移至成型模具中，静置至交联反应完全，得到水凝胶材料；

步骤4、将得到的水凝胶材料与水交换除去盐酸后，进行物理循环冷冻-回温若干次，最终得到基于PVA水凝胶的光热蒸发材料。