[发明专利]一种模版法制备水凝胶光热材料

说明书

本发明属于太阳能蒸发技术领域，公开了一种模版法制备水凝胶光热材料，其中制备方法是使用表面具有凹陷阵列结构的模板，将Kevlar水凝胶溶液首先经过模板法定型，再通过相转化法固化其表面微观形貌，接着再加入到MPD与CuSOsubgt;4/subgt;的氧化溶液中进行溶液氧化，如此改性制备得到水凝胶光热材料。本发明通过对水凝胶光热材料的细节组成及细节形貌结构进行改进，通过人为制造表面微观结构，配合氧化溶液中的氧化改性处理，能够高效地增强光热吸收速率。

技术领域

本发明属于太阳能蒸发技术领域，更具体地，涉及一种模版法制备水凝胶光热材料。

背景技术

由于水的蒸发只发生在表面，传统的整体蒸发方式热量损失严重，界面蒸发技术将热量集中在水-空气界面上，大大提高了能量利用效率。在太阳能界面蒸发技术处理海水的过程中，太阳能收集和水蒸气产生都发生在水-空气界面上，然后水蒸气冷凝被收集成淡水。

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。凯夫拉(Kevlar)纤维是二十世纪六十年代，由美国杜邦公司研制出的一种高性能的纤维材料。它属于对位型芳香族聚酰胺有机纤维，其优点包括强度高、密度低、高温稳定性好，耐化学腐蚀等。凯夫拉纤维的比重仅为1.44g/cm³，只有钢的1/5，玻璃纤维的1/2，但其强度却是钢的5倍，玻璃纤维的2倍。

中国专利CN113603913A公开了一种光热膜，所述光热膜含有碳纳米管和甲壳素，所述甲壳素和碳纳米管相连接，以包裹所述碳纳米管的表面，虽然它也公开了以水凝胶膜为基底的光热膜，但仍存在反应过程复杂、条件苛刻、制备时间长、成本高昂等问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种模版法制备水凝胶光热材料，其中通过对水凝胶光热材料的细节组成及细节形貌结构进行改进，通过人为制造表面微观结构，配合氧化溶液中的氧化改性处理，能够高效地增强光热吸收速率；而水凝胶具有一定自清洁能力，且本身具有膜的性能，能应用于水处理。并且，本发明结构简单，能量利用效率高，可广泛应用于海水淡化、高盐废水处理等领域，制备过程所采用的模板可重复使用、耐久度高，且制备过程简单，原料成本低廉。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种水凝胶光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将溶解完全的Kevlar水凝胶溶液倒入模板上，平整后得到Kevlar水凝胶膜雏形；其中，所述模板的表面具有凹陷阵列结构；

(2)将所述Kevlar水凝胶膜雏形放入纯水中浸泡，使其完全与水接触，逐渐相转化固化为膜；

(3)将已经固化的Kevlar水凝胶膜从模板上剥离，得到表面具有相应突起阵列结构的Kevlar水凝胶膜；

(4)将步骤(3)中得到的Kevlar水凝胶膜放入氧化溶液中氧化改性，从而得到氧化改性的Kevlar水凝胶膜，该氧化改性的Kevlar水凝胶膜即为水凝胶光热材料；其中，所述氧化溶液为硫酸铜和间苯二胺(MPD)的混合水溶液。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(4)中，所述氧化溶液是将间苯二胺水溶液与硫酸铜水溶液混合得到的；其中，所述间苯二胺水溶液的质量百分浓度为1-10％，所述硫酸铜水溶液的质量百分浓度为1-10％；

所述混合是按间苯二胺水溶液与硫酸铜水溶液的体积比为1-10：1进行混合的。

作为本发明的进一步优选，所述步骤(4)中，所述步骤(4)中，所述放入氧化溶液中氧化改性的时间为10-30min。