[发明专利]一种淀粉-聚丙烯酰胺基弹性水凝胶光热转换材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种淀粉‑聚丙烯酰胺基弹性水凝胶光热转换材料的制备方法及其应用，通过水溶液聚合法快速一体化制备淀粉‑聚丙烯酰胺基弹性水凝胶，制备方法简单、成本低，同时该材料丰富多样、价格低廉、绿色环保可降解，具有较强的柔韧性和机械性能，且自身含水量较大、亲水及保水性能较好，通闭孔交错的网络结构，有利于水分的存储输运和蒸汽的稳定高效流动，同时由于水凝胶中均匀分布着碳纳米管，使得其在250～2500nm范围内对太阳光的吸收率最高达97％，在1kW msupgt;‑2/supgt;光强下，光热蒸汽产生速率最高可达3.38kg msupgt;‑2/supgt;hsupgt;‑1/supgt;，此外，对宽盐度范围的海水具有较高的脱盐能力，可用于大规模连续海水淡化、污水处理等。

技术领域：

本发明涉及太阳能材料制备技术领域，具体涉及一种淀粉-聚丙烯酰胺基弹性水凝胶光热转换材料及其制备方法。

背景技术：

太阳能具有许多优点：首先，太阳光普照大地，没有地域限制，无需开采和运输，可直接开发和利用；其次，太阳能的总量巨大，每年大约有3.4×10²⁴J的太阳能抵达地球表面，这一部分能量比包括核燃料和化石燃料在内的所有估计的不可再生能源的总和大一个数量级，如果太阳能得到充分利用，将解决未来人类的能源危机问题。同时，太阳能清洁无污染，太阳能是通过电磁辐射传递到地球的，不会污染环境。因此，提高太阳能的利用率对于解决日趋严重的能源短缺和环境污染问题有着重大意义。

淡水资源的匮乏也是最严峻的世界性问题之一，由于气候变化、环境污染以及快速的城市化进程导致的人口暴增等问题，加剧了淡水资源的短缺。目前，获取淡水的技术有：膜蒸馏，高级氧化技术，太阳能蒸汽产生。其中，由于太阳能的丰富性、清洁性及可再生性，太阳能蒸汽产生被认为是获取淡水的最有前途的技术之一。

在过去的一段时间里，诞生了许多种太阳能光热转换材料，其中包括贵金属纳米材料、半导体材料以及碳基材料等。然而这些材料大多制备复杂、成本较高、机械性能差、柔韧性不好或对环境不友好等等，大大限制了其应用范围。

发明内容：

本发明的目的是提供一种淀粉-聚丙烯酰胺基弹性水凝胶光热转换材料及其制备方法，通过水溶液聚合法快速一体化制备淀粉-聚丙烯酰胺基弹性水凝胶，制备方法简单、成本低，同时该材料绿色环保可降解，具有较强的柔韧性和机械性能，且自身含水量较大、亲水及保水性能较好，通闭孔交错的网络结构，有利于水分的存储输运和蒸汽的稳定高效流动，同时由于水凝胶中均匀分布着碳纳米管，使得其在250～2500nm范围内对太阳光的吸收率最高达97％，在1kW m^-2光强下，光热蒸汽产生速率最高可达3.38kg m^-2h^-1，此外，对宽盐度范围的海水具有较高的脱盐能力，可用于海水淡化、污水处理等，实现大规模生产及广泛应用，解决了现有技术材料大多制备复杂、成本较高、机械性能差、柔韧性不好或对环境不友好的问题。

本发明是通过以下技术方案予以实现的：

一种淀粉-聚丙烯酰胺基弹性水凝胶光热转换材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)将0.7～2.1g可溶性淀粉(ST)和1～3g丙烯酰胺(AM)溶于10～30mL去离子水中并搅拌混合均匀；然后80～90℃恒温搅拌0.5～1h，得到充分溶解反应的混合溶液，将混合溶液冷却至室温，在混合溶液中加入400～1200μL碳纳米管(CNTs)分散液并搅拌均匀，得到碳纳米管混合溶液；

2)在步骤1)得到的碳纳米管混合溶液中加入交联剂N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)，放置在冰水浴中搅拌0.3～0.5h，然后在冰水浴下，加入少量的热引发剂过硫酸铵(APS)，并搅拌至混合溶液完全均匀稳定；丙烯酰胺、N,N＇-亚甲基双丙烯酰胺与过硫酸铵的质量比为60～150:6～15:0.7～1.3；