[发明专利]一种高稳定性的光热水凝胶海绵及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及功能材料制备技术领域，具体涉及一种高稳定性的光热水凝胶海绵及其制备方法和应用，本发明高稳定性的光热水凝胶海绵通过海绵基体吸取高浓度溶液后，使高浓度溶液以薄层的形式附着在海绵表面又不堵塞海绵孔道，通过后续的单宁酸与三价铁离子的配位反应，以及单宁酸与高分子化合物之间的氢键相互作用，在海绵表面原位生成高稳定性薄层水凝胶；制得的薄层水凝胶保留了海绵的高孔隙率，有利于盐离子扩散回流，实现连续稳定处理高浓度盐水的目的；另外高稳定性的光热水凝胶海绵制备时间短，可在1分钟之内制得，能耗低，可实现工业化生产。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种高稳定性的光热水凝胶海绵及其制备方法和应用。

背景技术

随着工业化的加速和人口的快速增长，水资源短缺问题变得越来越严重，而将广泛分布的海水转化为供人类使用的淡水将极大的改善这一问题。与传统的海水淡化技术(利用电能、热能、机械能)相比，近年来发展的太阳能驱动界面蒸发技术，其通过对光热材料进行设计，使水仅与界面接触，提高了气液界面的太阳光热能转换效率，减少热量对环境的损失，从而提高了能源利用效率，因此引起了科学工作者的广泛关注。

到目前为止，各种光热材料，包括等离子体材料、半导体材料、碳基材料和聚合物水凝胶材料已经被开发用于太阳蒸发。水凝胶材料具有交联的聚合物网络，降低凝胶中水的蒸发焓，为高速水蒸发提供了一条有效的路径；但水凝胶光热蒸发材料存在着水运输速度慢，蒸发过程中水供应不足的问题，通过冷冻干燥可以提高孔隙率以加速水的运输，但冷冻干燥过程能耗大，再加之受仪器限制难以制备大规模海绵，因此限制了其产业化应用。为了解决上述问题，本课题组前期制备了由海绵骨架和具有光热转换作用的水凝胶皮层组成的水凝胶海绵，但是该水凝胶海绵制备中需要烘干，烘干过程存在能耗问题，并且制备时间长，此外还存在冲洗过程容易脱落等问题；因此探索实现超快速制备强稳定性的光热水凝胶海绵具有重要意义。

发明内容

为了解决上述现有技术的问题，本发明提供了一种高稳定性的光热水凝胶海绵及其制备方法和应用，本发明高稳定性的光热水凝胶海绵通过海绵基体吸取高浓度溶液后，使高浓度溶液以薄层的形式附着在海绵表面又不堵塞海绵孔道，通过后续的单宁酸与三价铁离子的配位反应，以及单宁酸与高分子化合物之间的氢键相互作用，在海绵表面原位生成高稳定性薄层水凝胶；制得的薄层水凝胶保留了海绵的高孔隙率，有利于盐离子扩散回流，实现连续稳定处理高浓度盐水的目的；另外高稳定性的光热水凝胶海绵制备时间短，能耗低，可实现工业化生产。

本发明是通过如下技术方案来实现的：

一种高稳定性的光热水凝胶海绵的制备方法，包括如下步骤：

(1)采用海绵基体吸取高浓度溶液，得到充盈海绵；

所述高浓度溶液的溶质由高分子聚合物和铁盐组成，所述高浓度溶液中，高分子聚合物的浓度为50–200g L^-1，铁离子的浓度为25–200g L^-1；

(2)将步骤(1)充盈海绵中多余高浓度溶液去掉，至海绵表面附着薄层高浓度溶液且不堵塞海绵孔道，得到待处理海绵；

(3)将步骤(2)的待处理海绵置于含多酚材料的醇溶液中，得到高稳定性的光热水凝胶海绵。

优选的，所述步骤(1)的海绵基体选自聚氨酯海绵、聚酰亚胺海绵、聚苯乙烯海绵、三聚氰胺甲醛树脂海绵、聚氯乙烯海绵、聚乙烯海绵中的一种。

优选的，所述步骤(1)的高分子聚合物为含有亲水基团的高分子聚合物，其选自聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、聚苯乙烯磺酸钠、聚乙烯醇中的一种。

优选的，所述步骤(1)的铁盐选自硫酸铁、氯化铁或乙酰丙酮铁。

优选的，所述步骤(1)高浓度溶液的溶剂选自乙醇、去离子水或二者的混合物。