[发明专利]一种超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶的制备方法，包括：按顺序将有机胺溶液和还原剂滴加到氧化石墨烯分散液中，超声搅拌均匀，再加入亲水聚合物，超声搅拌溶解后倒入模具中，移入水热反应釜，设置温度100‑140℃，反应12‑16小时后置于冰箱预冷冻、真空冷冻干燥，再经浸泡在无机碱和有机醇配制的混合溶液中置于烘箱中，设置温度60‑100℃，6‑10小时脱乙酰反应后，真空冷冻干燥，即得到超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶。本发明制备的超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶三维表面粗糙、接触角最小可达0°，具有超亲水、高弹性、结构稳性、使用寿命长、能有效降低海水淡化成本提高海水淡化效率，在海水淡化方面具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及海水淡化用材料制备技术领域，尤其涉及一种超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶的制备方法。

背景技术

随着世界淡水资源日益匮乏，海水淡化已成为解决水资源紧缺最重要手段之一。传统的海水淡化技术有多效蒸馏(ME)、多级闪蒸(MSF)、压汽蒸馏(VC)、反渗透膜法、电渗析法和冷冻法等。但是，这些技术普遍存在能耗高、设备容易堵塞、设备投资高等缺点，不仅加剧能源短缺而且报废的设备会造成环境污染，以至于现有的很多海水淡化装置处于半停产状态。因此，当前海水淡化面临的问题已从“海水如何淡化”转变为“如何降低海水淡化成本和实现环境友好”。近年来，在热法海水淡化领域，利用毛细驱动结合太阳能局域热法的新型海水淡化技术，凭借其高效产水速率和超低的投入成本已成为科研热点。

毛细驱动结合太阳能局域热法的高效产水速率取决于光吸收材料。目前浮动式的太阳能光热转换材料主要有以下几种：碳基材料、等离子体材料和半导体材料三种等。金属纳米粒子通常需要对其进行无积的形貌调节以克服固有的窄吸收带宽，并且价格昂贵，用于海水淡化的成本过高，其聚集性和分散稳定性有待进一步研究。而碳基光吸收材料具有价格低廉、易获得、稳定性好、光吸收性能优异的优点，在太阳能光热吸收领域有着潜在的应用前景。

目前高效的光热水蒸发系统主要集中在自漂浮的全亲水碳基材料上。石墨烯基材料因具有低摩尔比热、高德拜温度、宽光吸收带和化学掺杂可调的热导率，而被认为是最佳的候选光热材料之一。现有的石墨烯气凝胶的制备方法主要有模板法、水热还原法和溶胶－凝胶法等。水热还原法是制备石墨烯水凝胶常用的方法，在高温高压的条件下，利用氢键、范德华力和π-π键的相互作用，制备得到三维结构的石墨烯气凝胶。但是，该方法在脱去GO上的环氧基和羟基后，得到的石墨烯气凝胶不具有亲水性，且结构不够稳定，机械性能比较差。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术存在的问题，提供一种超亲水、高弹性、结构稳性、使用寿命长的一种超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶的制备方法，包括如下步骤：

(1)按顺序将有机胺溶液和还原剂滴加到氧化石墨烯分散液中，超声搅拌均匀，得到混合氧化石墨烯分散液；

(2)在步骤(1)的混合氧化石墨烯分散液中加入亲水聚合物，超声搅拌溶解，得到均匀的改性氧化石墨烯分散液；

(3)将步骤(2)的改性氧化石墨烯分散液倒入模具中，移入水热反应釜，设置温度100-140℃，反应12-16小时后置于冰箱预冷冻，真空冷冻干燥，得到多孔的还原氧化石墨烯气凝胶；

(4)将步骤(3)得到的多孔的还原氧化石墨烯气凝胶浸泡在无机碱和有机醇配制的混合溶液中置于烘箱中，设置温度60-100℃，6-10小时脱乙酰反应后，真空冷冻干燥，即得到超亲水海水淡化用石墨烯气凝胶。

进一步地，步骤(2)中所述亲水聚合物为魔芋葡甘聚糖、海藻酸钠中至少一种，添加在步骤(1)所述混合氧化石墨烯分散液配得的溶液浓度为2mg/ml-40mg/ml。