[发明专利]一种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶及制备方法

说明书

本发明涉及一种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶，包括聚乙烯醇凝胶基质骨架、碳基中国墨涂层和二氧化钛涂层；其中聚乙烯醇凝胶基质骨架内部存在多个凝胶内部孔道，碳基中国墨涂层由纳米颗粒构成；碳基中国墨涂层下表面贴合聚乙烯醇凝胶基质骨架上表面，碳基中国墨涂层上表面贴合共形二氧化钛涂层下表面，共形二氧化钛涂层上表面贴合二氧化钛涂层下表面。本发明的有益效果是：便于太阳能的原位转换利用；提高太阳能海水蒸发淡化的效率；有效增强凝胶的水运输能力，并起到稳定碳基中国墨涂层的功能；克服了以往太阳能蒸发设计中太阳能能量损耗过大、用于蒸发能量过低从而蒸发速率低的缺陷。

技术领域

本发明属于光热蒸发材料制备技术领域，尤其涉及一种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶及制备方法。

背景技术

淡水是当今人类社会发展不可或缺的资源。随着人类社会的发展以及科学技术的进步，已经有多种工业方法用以获得淡水资源。由于地球上的海水资源丰富，因此研究开发对海水的淡化利用十分重要，并且已有一些成果用于实际应用，例如，基于分离方法的渗透法和反渗透法，基于蒸发的电加热和直接加热法，后者在中东地区得到广泛应用。为了获取饮用级别质量的淡水，基于蒸发的方法是必要的。蒸发获得淡水资源的原理即在一定气压下水吸收能量发生相态变化，绝大部分溶于水的物质例如卤素物质无法随着水发生相态变化，从而分离出水中杂质、获取纯净度高的淡水资源。然而，用于蒸发的能量需求相应较高，基于煤炭、石油等化石燃料的蒸发法成本很高，只适用于大规模缺水且能源丰富、经济水平较高的地区。对于人口分散性较大、经济欠发达、淡水稀缺的沿海或岛屿地区，如何以低成本获得淡水是个有待解决的问题。

由于太阳能资源丰富且易得，极大的降低了能量成本，近年来太阳能蒸发系统受到越来越多的关注。然而，水在常温常压下拥有较高的相变焓，直接利用太阳光的能量输入无法满足水的高速蒸发。

水凝胶是由亲水性高分子链交联后形成的三维空间网状结构，并在结构空隙中充满大量水的一种多组分分散体系。基于其结构特点，水凝胶可以通过合理的功能化设计来作为蒸发载体进行高效的太阳能海水蒸发。功能化设计包括与光热材料通过物理化学作用结合形成双网络结构、光热涂层修饰、亲水性修饰等操作，形成复合多元水凝胶材料用于高效吸收太阳能并用于蒸发。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶及制备方法。

这种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶，复合四元水凝胶由聚乙烯醇凝胶基质骨架、碳基中国墨涂层和二氧化钛涂层组成；其中聚乙烯醇凝胶基质骨架内部存在多个凝胶内部孔道，碳基中国墨涂层由纳米颗粒构成；碳基中国墨涂层下表面贴合聚乙烯醇凝胶基质骨架上表面，碳基中国墨涂层上表面贴合共形二氧化钛涂层下表面，共形二氧化钛涂层上表面贴合二氧化钛涂层下表面；聚乙烯醇凝胶基质骨架内部孔道壁表面也沉积有共形二氧化钛涂层；复合四元水凝胶的组分为：聚乙烯醇、聚吡咯、碳基中国墨和二氧化钛。

作为优选，若以质量分数计，则复合四元水凝胶的各组分中聚乙烯醇取1000份，聚吡咯取100份，碳基中国墨取100份，二氧化钛取1份。

作为优选，聚乙烯醇的重均分子量为13000g/mol至23000g/mol，聚吡咯为纳米颗粒，二氧化钛为5nm厚原子层沉积纳米层。

这种可实现高太阳能蒸发速率的复合四元水凝胶的制备方法，包括如下步骤：

步骤1、溶解混料：将一定量的聚乙烯醇置于蒸馏水中加热，并将聚乙烯醇和蒸馏水的混合溶液置于搅拌台上搅拌，得到一定浓度的聚乙烯醇水溶液；待聚乙烯醇在蒸馏水中完全溶解后，向聚乙烯醇水溶液中加入聚吡咯溶液并搅拌一段时间，使之混料均匀；

步骤2、混料均匀后，向步骤1制得的混合溶液中加入戊二醛和盐酸来调整混合溶液的pH，诱导混合溶液凝胶化，混合溶液的凝胶过程持续一段时间，得到凝胶；