[发明专利]一种天然高分子水凝胶及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种天然高分子水凝胶及其制备方法和应用，属于复合材料技术领域。本发明提供的天然高分子水凝胶，由包括以下重量份数的原料制备得到：聚乙烯醇水溶液105～115份；吸水剂3～5份；有机酸3～5份；交联剂0.5～1份。有机酸、吸水剂和聚乙烯醇混合能够形成离子键和氢键，显著提高天然高分子水凝胶的吸附性能，而且本发明提供的天然高分子水凝胶具有多孔交联网络结构，在进行海水淡化处理时，能够吸收大量的海水，按压天然高分子水凝胶后，吸收的海水中的水分流出，而海水中的金属离子会被滞留在天然高分子水凝胶内部，从而实现淡化海水的作用，且天然高分子水凝胶拉伸性能好、膨胀率低、循环利用率高。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及一种天然高分子水凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

水资源短缺是一个无处不在的问题，目前正在寻找可替代的水源来满足不断需求的淡水资源。由于对淡水资源的需求迅速增加以及大量海水的易获得性，海水和微咸水的淡化发展迅速。海水淡化作为一种获取淡水源的方法具有广阔的应用前景，然而目前许多海水淡化工艺不但操作复杂，而且淡化海水量有限。海水淡化水凝胶材料作为一种吸附材料，可以吸附海水中的金属离子(Na⁺、K⁺、Ca²⁺和Mg²⁺)，达到海水淡化的目的。

聚合物水凝胶是由溶解在水溶液中的亲水性高分子链通过交联作用而形成的，聚合物水凝胶具有三维聚合物交联网络结构，被广泛地应用于分离材料、吸水材料、软电子材料、伤口敷料、组织工程、超级电容器电解质材料等领域。目前，制备水凝胶的方法有很多种，其中根据水凝胶网络键合的不同，可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的，物理凝胶的制备过程简单，不使用化学交联剂，因此制备的水凝胶具有低毒性、易生物降解的优点，虽然传统的物理方法制备的水凝胶吸水性能好，但其溶胀率高，不利于吸附金属离子。化学凝胶是加入较多的交联剂使其迅速成胶，传统的化学方法制备的水凝胶具有高吸水性能，但是其拉伸性能差，且不可以重复利用，限制了化学凝胶在海水淡化中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然高分子水凝胶及其制备方法和应用。本发明提供的天然高分子水凝胶对金属离子吸附量高、对海水的淡化效果好，拉伸性能好、膨胀率低，且循环利用率高。本发明提供的制备方法通过物理交联即可制备得到，操作简单，安全环保，适宜工业化生产。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种天然高分子水凝胶，由包括以下重量份数的原料制备得到：

聚乙烯醇5～15份；

吸水剂3～5份；

有机酸3～5份；

交联剂0.5～1份；

水100份。

优选地，所述吸水剂包括琼脂、羟甲基纤维素钠、壳聚糖和聚谷氨酸中的一种或几种。

优选地，所述有机酸包括柠檬酸、单宁酸和乳酸中的一种或几种。

优选地，所述交联剂包括硼砂和/或锂皂石。

本发明提供了上述技术方案所述天然高分子水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

将吸水剂和有机酸混合，进行酸化改性处理，得到改性吸水剂；

将聚乙烯醇、改性吸水剂、交联剂和水混合，得到天然水凝胶前驱体溶液；

将所述天然水凝胶前驱体溶液依次进行冷冻和解冻处理，得到天然高分子水凝胶。

优选地，所述聚乙烯醇、改性吸水剂、交联剂和水混合的方式为将聚乙烯醇溶解于水中，然后依次加入改性吸水剂和交联剂。