[发明专利]一种两性聚电解质光热水凝胶、其制备和应用

说明书

本发明属于功能高分子材料领域，更具体地，涉及一种两性聚电解质光热水凝胶、其制备和应用。该两性聚电解质光热水凝胶包括两性聚电解质水凝胶和光热材料，其中所述光热材料分散在所述两性聚电解质水凝胶中；该两性聚电解质光热水凝胶由两性聚电解质单体、交联剂、引发剂和光热材料混合物通过共聚合得到。本发明利用两性聚电解质水凝胶具有的防生物污染能力，克服了传统光热蒸汽转化材料在处理高浓盐水、海水、工业废水等污水时材料表面易污染的缺点，延长其在光热蒸汽转化应用中的使用寿命。

技术领域

本发明属于功能高分子材料领域，更具体地，涉及一种两性聚电解质光热水凝胶、其制备和应用。

背景技术

目前，全球四分之一的人口面临着水资源短缺问题，水资源短缺问题也影响到了很多领域的运作和发展。近年来，太阳能已经被用来光热产水、光热发电等诸多领域。其中，界面太阳能加热蒸发水技术由于具有解决水污染和淡水资源匮乏的巨大潜力，并且其效率高、成本低、易操作等优势得到科研人员的关注。

在界面太阳能加热蒸发水领域，光热转化材料是实现高效率太阳能-热能转化的关键。目前，研究者们关注最多的光热转化材料是金属和半导体类、碳基材料及其复合材料，虽然这些材料具备较好的光学吸收，在太阳能收集利用方面有很大的潜力，但在利用它们进行长时间的污水处理和海水淡化等实际操作时，传统光转换材料难免会暴露稳定性差、盐结垢、微生物污染等缺点。因此，开发一种防污染、可大规模制备光热蒸汽产生材料的技术并将其应用于水蒸发具有很重要的意义。

水凝胶光热材料基于水凝胶的三维网络结构和亲水特性，在界面加热蒸发水师时能提供强大的供水能力，可以有效抑制蒸发界面处因盐溶液过饱和导致的盐结晶问题。Liu等利用合成的水凝胶基光热材料实现了高效地蒸发性能并具有良好的海水淡化能力，然而，该水凝胶基光热材料在用于水蒸发过程中防污性能和长期稳定性较差。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种两性聚电解质光热水凝胶、其制备和应用，其由两性聚电解质单体、交联剂、引发剂和光热材料混合物通过共聚合得到，由于两性聚电解质极强的水化能力从而实现光热材料水蒸发过程中的防污功能，做到真正的环保高效的光热水凝胶，由此解决现有技术的水凝胶基光热材料用于水蒸发过程中防污性能较差的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种两性聚电解质光热水凝胶，包括两性聚电解质水凝胶和光热材料，其中所述光热材料分散在所述两性聚电解质水凝胶中；

该两性聚电解质光热水凝胶由两性聚电解质单体、交联剂、引发剂和光热材料混合物通过共聚合得到。

优选地，所述光热材料为聚吡咯纳米粒子、聚苯胺纳米粒子、炭黑、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯、金纳米粒子和银纳米粒子中的一种或几种。

优选地，所述两性聚电解质单体为[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氢氧化铵、[3-(N-2-甲基丙烯酰氧基乙基-N,N-二甲基)氨基丙磺酸盐]、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱、3-磺丙基十六烷基二甲基铵、N,N-二甲基-N-十六烷基季氨基丁基硫酸酯、3-[N,N-二甲基,N-十八烷基]铵基和2-羟基丙磺酸盐中的一种或几种的混合物。

优选地，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺、戊二醛、过氧化二苯甲酰、二乙烯基苯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一种或几种的混合物。

优选地，该两性聚电解质光热水凝胶中所述两性聚电解质单体和光热材料的质量比为(10-60)：(0.01-10)。

按照本发明的另一个方面，提供了一种所述的两性聚电解质光热水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)将两性聚电解质单体、交联剂、引发剂和光热材料分散在水中，得到预聚混合物；

(2)将步骤(1)所述预聚混合物通过加热或光照方式实现共聚合；