[发明专利]一种双层水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种双层水凝胶及其制备方法与应用。本发明公开了一种双层水凝胶，该双层水凝胶上层混合水凝胶的多孔结构可以从底部输送海水至水凝胶中，光热纳米材料可吸收光能，将太阳能转换为热能，从而实现蒸发水分淡化海水的目的；当太阳光较弱或者没有太阳光的情况下，通过对双层水凝胶下层含超顺磁纳米材料外加交变磁场，下层的超顺磁纳米材料进行电热转换将水分蒸发，同时超顺磁纳米材料的磁场响应作用还可以提高海水重金属离子的吸附作用。该双层水凝胶的多孔结构提高了水的输送速率和水分蒸发速率，上层光热纳米材料混合水凝胶和下层超顺磁纳米材料水凝胶可以有效地持续蒸发水分，淡化海水，提高了海水淡化效率。

技术领域

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种双层水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

淡水对所有生态系统的生存至关重要，对很多工业生产也起着不可或缺的作用，与人类的生活和经济发展有着紧密联系。

地球上比较丰富的水资源则为海水，所以解决淡水短缺问题的最可行办法就是将海水进行淡化。海水淡化的方法很多，蒸馏法、电渗析法、反渗透法等技术方法都已经很成熟，能够进行工业规模化生产。但现在利用太阳能进行蒸发水分淡化海水受到越来越多科学工作者的青睐，因为太阳能是最丰富的可再生能源，利用具有高效吸热性能的光热转化材料将太阳能转换成热能蒸发水分达到海水淡化，不需要额外的能源投入，是一种相对比较理想的解决方案。

发明内容

有鉴于此本发明提供了一种双层水凝胶及其制备方法与应用，该双层水凝胶既可以在太阳光下淡化海水，也可以在太阳光较弱或没有太阳光的情况下淡化海水。

其具体技术方案如下：

本发明提供了一种双层水凝胶，包括：由上层混合水凝胶和与所述上层混合水凝胶交联的下层混合水凝胶组成，上层混合水凝胶与下层混合水凝胶通过氢键连接；

上层混合水凝胶含光热纳米材料，下层混合水凝胶含超顺磁纳米材料；

所述双层水凝胶呈多孔结构。

水凝胶具有能源利用率高、水汽化能量需求低和理化性质可调性强等优点，水凝胶在凝胶化时可根据需求使用相应的模具来达到想要的尺寸和形状，具有很好的可扩展性。本发明双层水凝胶含光热纳米材料和超顺磁纳米材料分别均匀分散于上层混合水凝胶网络结构、下层混合水凝胶网络结构中。将本发明双层水凝胶应用到海水淡化领域时，本发明双层水凝胶上层含光热纳米材料的混合水凝胶利用其多孔结构将海水从下往上输送，光热纳米材料吸收光能，将太阳能转换为热能，达到蒸发水分淡化海水的目的。当太阳光较弱或者没有太阳光的情况下，通过对双层水凝胶下层含超顺磁纳米材料外加交变磁场，下端的超顺磁纳米材料进行电热转换将水分蒸发，同时超顺磁纳米材料的磁场响应作用还可以提高海水重金属离子的吸附作用。本发明提供的双层水凝胶的多孔结构提高了水的输送速率和水分蒸发速率，上层光热纳米材料混合水凝胶和下层超顺磁纳米材料水凝胶可以有效地持续蒸发水分，淡化海水，提高了海水淡化效率。

本发明中，所述含光热纳米材料选自氧化石墨烯纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、碳纳米管、三氧化二钛纳米颗粒、硒化铜纳米颗粒或碳化生物质纳米颗粒，其中，所述碳化生物质纳米颗粒选自碳化胡萝卜纳米颗粒、碳化向日葵盘、有孔的碳化木材、碳化竹子或碳化莲子；

所述超顺磁纳米材料选自三氧化二铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、钡铁氧体纳米颗粒、铁铂合金纳米颗粒或Co基纳米颗粒，其中，Co基纳米颗粒优选为铁磁性钴纳米颗粒。

本发明还提供了上述双层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

1)下层水凝胶的制备：将聚电解质水溶液、超顺磁纳米材料混合后，加入交联剂进行物理交联，固化后得到下层混合水凝胶；

2)将聚电解质水溶液、光热纳米材料混合，得到混合液；