[发明专利]一种可用于海水淡化的水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及海水淡化的技术领域，具体涉及一种可用于海水淡化的水凝胶及其制备方法。

背景技术

淡水资源在地表分布具有不均衡性和有限性，我国尤其明显。海水的储水量非常丰富，但是海水却不能直接供人和农作物等生物使用。因此海水淡化是解决淡水短缺的一个有效途径。现行的海水淡化技术有20多种，包括正反渗透、多级闪蒸、电渗析法、露点蒸发法以及利用核能、太阳能海水淡化技术等。但是这些方法都有成本过高的缺点，限制了海水淡化技术的大面积推广应用。同时现行的技术往往需要大型的设备，在某些突发性、小规模情况的应用中具有局限性。

水凝胶是一类高分子聚合物的简称，这类聚合物具有轻度交联、可吸水却不溶于水的特点。经过干燥后的水凝胶具有极强的吸水性，其吸水量和吸水速率都是惊人的。澳大利亚莫纳什大学Amir Razmjou等人以一种负载纳米氧化铁颗粒的水凝胶为载体，在磁场和加热共同作用的情况下，通过利用水凝胶的强吸水性为含氯化钠浓度为3.5wt%海水通过半透膜提供驱动力，进而达到提高海水淡化水回收率的目的。随后，Amir Razmjou等人的团队又报告了一种通过双层结构的水凝胶从海水中提取淡水的方法。该团队通过凝胶本身的吸水性以及利用太阳能照射凝胶层使海水穿过半透膜进入凝胶层中，进而释放出淡水。但是这些方法都是利用半透膜对海水进行实质性的脱盐处理，水凝胶在其中只是起到一个提供驱动力和提高水回收率的作用。而且上述的方法在操作中需要磁场加热或达到一定强度的太阳能照射，都对该技术应用的便捷性产生了不利的影响。德国卡尔斯鲁厄理工学院（KIT）的Johannes Hopfner等人的团队曾用聚丙烯酸钠吸收氯化钠溶液，通过挤压水凝胶得到挤出液并测试其氯化钠浓度，当原水浓度为35g/L NaCl溶液时，脱盐率仅为25%。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种可用于海水淡化的水凝胶及其制备方法。本发明无需利用半透膜对海水进行淡化处理，通过利用水凝胶自身的结构性质，达到淡化海水的目的。

本发明的技术原理如下：

本发明所用的水凝胶可以用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）或者丙烯酸钠(SA)作为单体合成的均聚物或共聚物。当然可用于合成可淡化海水的水凝胶的单体并不局限于此，具备碳碳双键和酯基的丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类单体都满足要求。

在水凝胶的结构中，水是造孔剂。不同含水量的水凝胶其内部孔穴结构的形状与大小也不同。本发明所采用的水凝胶孔径在0.1μm～20μm之间。这个孔径范围可以保证水凝胶有较强的吸水性，同时对于海水中离子所形成的离子水合物有一定的过滤作用。此外水凝胶吸水、脱水有良好的可逆性，因此在控制合适的操作条件下，用于淡化海水的水凝胶可以多次重复利用，起到了节能环保的作用。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种可用于海水淡化的水凝胶，所述水凝胶是由含有亲水基团和碳碳双键的单体通过碳碳双键聚合而成的一种聚合物；所述聚合物的交联度为0.01～0.2；所述单体占水凝胶的质量为5wt%～50wt%。

优选地，所述单体为甲基丙烯酸、丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸酯类和丙烯酸酯类化合物中的一种以上。

优选地，所述的甲基丙烯酸酯类包括甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）、甲基丙烯酸（2-羟基乙氧基）乙酯、甲基丙烯酸甲氧基乙酯、甲基丙烯酸（2-甲氧基乙氧基）乙酯、乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）、甲基丙烯酸-2-乙氧基乙酯（EEMA）中的一种以上。

优选地，所述的丙烯酸酯类包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸羟乙酯、丙烯酸甲氧基乙酯中的一种以上。

优选地，所述水凝胶是由一种单体聚合而成的均聚物，或是由两种以上单体聚合而成的共聚物；所述水凝胶孔径为0.1μm～20μm。

一种可用于海水淡化的水凝胶的制备方法，由单体、造孔剂、交联剂、引发剂和催化剂合成，其具体步骤为：将单体、造孔剂、交联剂、引发剂和催化剂混合均匀，得到混合物料，然后转移到模具中，先在20℃～30℃温度下聚合2～3小时，随后升温继续聚合直到聚合完全，得到可用于海水淡化的水凝胶。

上述方法中，所述交联剂为乙二醇二甲基丙烯酸酯（EDMA）、N,N-亚甲基双丙烯酰胺（MBA）和1,5-己二烯-3,4-二醇（DVG）的一种或以上，交联剂与单体的物质的量之比为0.01～0.2。