[发明专利]一种高效光热转化的自悬浮聚合物气凝胶的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了一种高效光热转化的自悬浮聚合物气凝胶的制备方法及其应用，属于有机无机复合先进功能材料制备工艺技术领域。本发明采用热引发自由基聚合技术，将具有光热效应的纳米颗粒包覆到多孔聚合物气凝胶中，经过亲水性表面修饰，得到了吸光范围广、光热转化效率高、亲水性强、导热率低的复合功能聚合物气凝胶。本发明所涉及的制备方法适用于包覆多种光热纳米材料，得到的复合气凝胶多级孔道分布均匀，机械性能强，可重复利用，而且稳定性强，适用于海水淡化及不同酸碱度污水的处理，在海水淡化、污水处理、高温灭菌、液‑液分离等领域中具有重要的应用意义。

技术领域

本发明属于有机无机复合先进功能材料制备工艺技术领域，特别涉及一种高效光热转化的自悬浮聚合物气凝胶的制备方法及其应用。

背景技术

随着环境污染加剧，淡水资源的短缺问题越来越显著，也引起了研究人员的广泛关注，如何将广泛存在的海水甚至是工业废水直接转化为可供饮用的纯净水成为了科学研究领域的热点问题。迄今为止，前人发展了多种海水淡化的方法，但主要是蒸馏法和反渗透法。蒸馏法主要被用于特大型海水淡化处理上及热能丰富的地方，需要大型的设备支持以及需要消耗大量的化石能源或电力资源。另外，反渗透法因具有很高的脱盐率也得到了广泛的应用。但是这种方法需要对海水进行预处理来降低海水的浊度。然后再用特种高压泵增压，使海水进入反渗透膜进行过滤。因为海水含盐量高，所以海水反渗透膜除了要具备高脱盐率的同时，还必须具备耐腐蚀、耐高压、抗污染等特点，诸多的要求导致海水反渗透膜的造价也比较高。然而，在近些年的研究中逐渐发展起来一种利用光热材料将太阳能直接转化为热能实现海水淡化的技术。这种海水淡化的方法具有适用性强，成本低，同时还避免了大量的能源消耗。

近年来，关于以光热材料为基础实现海水淡化的报道相当多(Fei Zhao,XingyiZhou,Ye Shi,Xin Qian,Megan Alexander,Xinpeng Zhao,Samantha Mendez,RongguiYang,Liangti Qu and Guihua Yu.Highly efficient solar vapour generation viahierarchically nanostructured gels[J],Nat.Nanotech.,2018,13,489-495.HadiGhasemi,George Ni,Amy Marie Marconnet,James Loomis,Selcuk Yerci,NenadMiljkovic and Gang Chen,Solar steam generation by heat localization[J],Nat.Commun.,2014,5,5449.)，包括各种光热材料(如金纳米颗粒、石墨烯、聚吡咯、以及各种生物质碳化材料等)。然而，这些材料不是成本高、制备过程复杂、无法工业化生产，就是效率低、或者所制备的多孔材料机械强度低、易碎、不耐酸碱或氧化剂、不利于规模化制备等缺点而不具备实际应用价值。因此，开发出一种光热转化效率高、制备过程简单、成本相对低廉、适用范围广、并且可重复使用的光热材料，对实现海水淡化以及污水处理具有重要的实际意义。

发明内容

为了得到上述光热转化效率高、制备过程简单、成本相对低廉、适用范围广、机械强度高、可规模化制备、并且可重复使用的光热材料，本发明利用热引发自由基聚合技术，将具有光热效应的纳米颗粒包覆到多孔聚合物气凝胶中，经过亲水性表面修饰，得到了复合功能聚合物气凝胶。

本发明所述的高效光热转化的自悬浮聚合物气凝胶的制备方法如下：

a.将二氧化硅包覆的纳米颗粒均匀分散在750-1500μL的甲醇中得到纳米颗粒分散液，其中纳米颗粒为37.5-75mg；

b.将1-1.5g碳酸氢铵加入到10-15g聚合物单体中，再分别加入1-1.5g固化剂和750-1500μL步骤a得到的纳米颗粒分散液，然后于研钵中混合研磨10-15分钟，将得到的混合物转移到烧杯中，于120-150℃下加热1-3小时，得到包覆了光热纳米颗粒的多孔聚合物气凝胶；