[发明专利]一种多孔光热转换水凝胶膜的制备及在污水净化中的应用

说明书

本发明公开了一种多孔光热转换水凝胶膜的制备及在污水净化中的应用，包括：将丙烯酰胺、过硫酸铵、单宁酸和N,N’‑亚甲基双丙烯酰胺加入水中，搅拌得到混合溶液；向混合溶液中加入Tisubgt;3/subgt;Csubgt;2/subgt;MXene悬浮液，搅拌混合均匀后倒入模具中，室温下聚合形成多孔水凝胶；将多孔水凝胶浸入FeClsubgt;3/subgt;溶液中浸泡，得到多孔光热转换水凝胶膜。本发明通过构造多孔结构的水凝胶材料，以增强水凝胶基光热转换膜对光的吸收性能。通过引入TA/Fe螯合物作为光敏剂，将TA均匀分散在水凝胶中，通过浸泡的方式原位形成光敏剂。其中光敏剂具有良好的分散性，水凝胶展现出优异的光热转换特性。该多孔水凝胶基光热膜对微生物、有机物和离子污染的水展现出良好的纯化特性。

技术领域

本发明涉及一种多孔光热转换水凝胶膜的制备及在污水净化中的应用，属于环境修复领域。

背景技术

水是人类生存与发展的重要资源，然而面临日益加剧的水资源短缺和水污染问题。因此，开发高效、经济、可持续的水净化技术具有重要意义。目前常见的水净化技术主要包括化学沉淀法、吸附法、离子交换法和电化学处理法等传统技术，然而这些技术存在效率低、操作复杂和成本高昂等问题，急需解决。因此，开发新型高效的水净化材料和技术已成为当前的研究热点。

光热转换技术是一种新型的高效水净化技术，它利用材料对光能的吸收产生热量，驱动水从表面蒸发，从而实现对水中杂质的去除。相比传统技术，光热转换技术具有能耗低、操作简单和对污染物高度选择性等优点。作为光热转换技术的核心，新型光热转换材料受到广泛关注。光热转换薄膜是指能够将太阳辐射或其他光源的能量转化为热能并放出的一种材料。目前，已有多种方法用于制备光热转换薄膜，其中包括化学合成、物理气相沉积和磁控溅射等技术。这些方法虽然可以制备出高效的光热转换薄膜，但仍存在一些问题，如不易加工和柔性不足等。水凝胶基材料由于其独特的结构和优异的性能被认为是光热转换材料的良好基体。将光热材料复合在水凝胶基体中可以得到具有光热转换特性的水凝胶材料。然而，由于表面光滑的结构导致的较差光吸收特性和光敏剂分散性不佳，水凝胶的光热转换效率受到限制。因此，亟待开发具有良好光热转换特性的水凝胶光热膜以满足需求。

基于此，本发明旨在通过构建多孔结构和原位形成光敏剂的方法制备具有良好光热转换特性的光热转换薄膜，用于污水的净化。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

本发明提供了一种多孔光热转换水凝胶膜的制备方法，其采用多孔结构增加水凝胶基光热薄膜对光的吸收，以及原位形成光敏剂实现其在水凝胶基体中的均匀分布。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种多孔光热转换水凝胶膜的制备方法，包括以下步骤：

步骤一、将丙烯酰胺、过硫酸铵、单宁酸和N,N’-亚甲基双丙烯酰胺加入水中，搅拌得到混合溶液；

步骤二、向混合溶液中加入Ti₃C₂ MXene悬浮液，搅拌混合均匀后倒入模具中，室温下聚合形成多孔水凝胶；

步骤三、将多孔水凝胶浸入FeCl₃溶液中浸泡，得到多孔水凝胶基光热转换膜。

优选的是，所述步骤一中，丙烯酰胺与过硫酸铵的质量比为8～12:1；所述丙烯酰胺与单宁酸的质量比为20～140:1；所述丙烯酰胺与N,N’-亚甲基双丙烯酰胺的质量比为2000～2800:1；所述丙烯酰胺与水的质量比为0.2～0.3:1。