[发明专利]一种天然胶体复合的水凝胶及其制备方法、应用

说明书

本发明一种天然胶体复合的水凝胶及其制备方法、应用。制备方法包括以下步骤：先取聚乙烯醇和海水中浓缩提取的纳米胶体，加入水，在70～75℃下搅拌，得到分散初液；然后加入水热合成法制备的MoS₂纳米花，固液配比为：1:1mg/ml，继续在70～75℃下搅拌，得到均匀的黑色分散液；再加入盐酸，搅拌，在室温下静止，之后放入烘箱静置4h，使反应达到平衡；最后静置后的胶状物放入冰箱冷冻过夜，拿出解冻至常温，再放入冰箱冷冻，反复冷冻循环若干次，将其泡入去离子水中，洗涤后得到黑色不透明凝胶状物质。本发明中首次获得了以聚乙烯醇/天然纳米胶体/MoS₂为主要原料进行接枝聚合的水凝胶，其作为太阳能海水淡化的太阳能吸收体，能够取得高效的海水淡化产率。

技术领域

本发明涉及环境材料领域，具体涉及一种天然胶体复合的水凝胶及其制备方法、应用。

背景技术

随着日益严重的水污染和对水净化的节能需求，近年来发展起来的有效利用太阳能作为从海水和工业废水中产生清洁水的唯一能源是解决水资源短缺问题的一种有前途的方法。创新的等离子光热膜蒸馏技术的最新发展为以高热效率和相对较低的能量输入进行海水淡化提供了广阔的前景。在膜蒸馏过程中，水的净化是由漂浮的多孔疏水膜的蒸气压梯度驱动的。热量定位系统可将太阳能有效地转移到附近的水中以产生蒸汽，同时减少向空气和大量水中的热量损失。

水凝胶材料是水和聚合物的聚合体，英文缩写为PVA,由高分子主链和亲水性官能团通过共价键、离子键、氢键或者是物理缠绕交联等方式形成三维网络结构。由于其特有的分子网络，使水分子以水团簇的形式存在，这能够有效降低水的蒸发焓，因此水凝胶在太阳能膜蒸馏技术用以海水淡化方面有着极大地潜力。但现有海水淡化水凝胶在为了提高机械强度作用时，往往合成步骤复杂、实验耗时较长，并且无法达到良好的透气性和孔隙性，导致其蒸发效率低下。

发明内容

为了解决目前太阳能界面蒸发器件制备复杂，原材料毒性高及蒸汽蒸发速率低的问题，本发明提供了一种绿色无毒、制备简单，并且蒸发效率高的天然胶体复合的水凝胶。

本发明通过以聚乙烯醇及海水浓缩提取的纳米胶体为原料，采取反复冻融法成功制成了以聚乙烯醇/天然胶体为网络的水凝胶体系，大大简化了合成步骤。其中,加入的MoS₂纳米花作为光热转化材料具有宽的光吸收范围和较高的太阳能吸收率。通过结合以上物质的特性来得到高效太阳能膜蒸馏技术所用到的太阳能吸收体，同时控制水凝胶内的化学成分来达到高效海水淡化的效果。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现：

本发明的第一个技术方案：一种天然胶体复合的水凝胶，包括作为骨架的天然胶体复合的聚乙烯醇水凝胶以及在所述天然胶体复合的聚乙烯醇水凝胶上沿竖直方向梯度分布的MoS₂纳米花。

本发明的第二个技术方案是一种天然胶体复合的水凝胶制备方法，包括以下步骤：

步骤1)：按质量比10-30:1取聚乙烯醇和海水中浓缩提取的纳米胶体，加入水，在70～75℃下搅拌，得到分散初液；

步骤2)：向分散初液中加入水热合成法制备的MoS₂纳米花，固液配比为：1:1mg/ml，继续在70～75℃下搅拌，得到均匀的黑色分散液；

步骤3)：继续向黑色分散液中加入盐酸，搅拌，在室温下静止，之后放入烘箱静置4h，使反应达到平衡；

步骤4)：静置后的胶状物放入冰箱冷冻过夜，拿出解冻至常温，再放入冰箱冷冻，反复冷冻循环若干次，将其泡入去离子水中，洗涤后得到黑色不透明凝胶状物质。

所述步骤1)中海水浓缩提取的纳米胶体是由经0.45μm滤膜过滤后，在0.1μm孔径的切相流浓缩膜包，浓缩，经冷冻干燥后所得的絮状物质。