[發明專利]一種兩性聚電解質光熱水凝膠、其制備和應用

有效

• 申請號: 202010296844.0
• 申請日: 2020-04-15
• 公開（公告）號: CN113527828B
• 公開（公告）日: 2023-02-14
• 發明（設計）人: 張連斌;胥敬維;朱錦濤
• 申請（專利權）人: 華中科技大學;深圳華中科技大學研究院
• 主分類號: C08L33/14
• 分類號: C08L33/14;C08L79/04;C08L43/02;C08K3/04;C08J3/075;C08F220/38;C08F222/38;C08F230/02;C08F120/38;C02F1/14
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 彭翠;李智

本發明屬于功能高分子材料領域，更具體地，涉及一種兩性聚電解質光熱水凝膠、其制備和應用。該兩性聚電解質光熱水凝膠包括兩性聚電解質水凝膠和光熱材料，其中所述光熱材料分散在所述兩性聚電解質水凝膠中；該兩性聚電解質光熱水凝膠由兩性聚電解質單體、交聯劑、引發劑和光熱材料混合物通過共聚合得到。本發明利用兩性聚電解質水凝膠具有的防生物污染能力，克服了傳統光熱蒸汽轉化材料在處理高濃鹽水、海水、工業廢水等污水時材料表面易污染的缺點，延長其在光熱蒸汽轉化應用中的使用壽命。

技術領域

本發明屬于功能高分子材料領域，更具體地，涉及一種兩性聚電解質光熱水凝膠、其制備和應用。

背景技術

目前，全球四分之一的人口面臨著水資源短缺問題，水資源短缺問題也影響到了很多領域的運作和發展。近年來，太陽能已經被用來光熱產水、光熱發電等諸多領域。其中，界面太陽能加熱蒸發水技術由于具有解決水污染和淡水資源匱乏的巨大潛力，并且其效率高、成本低、易操作等優勢得到科研人員的關注。

在界面太陽能加熱蒸發水領域，光熱轉化材料是實現高效率太陽能-熱能轉化的關鍵。目前，研究者們關注最多的光熱轉化材料是金屬和半導體類、碳基材料及其復合材料，雖然這些材料具備較好的光學吸收，在太陽能收集利用方面有很大的潛力，但在利用它們進行長時間的污水處理和海水淡化等實際操作時，傳統光轉換材料難免會暴露穩定性差、鹽結垢、微生物污染等缺點。因此，開發一種防污染、可大規模制備光熱蒸汽產生材料的技術并將其應用于水蒸發具有很重要的意義。

水凝膠光熱材料基于水凝膠的三維網絡結構和親水特性，在界面加熱蒸發水師時能提供強大的供水能力，可以有效抑制蒸發界面處因鹽溶液過飽和導致的鹽結晶問題。Liu等利用合成的水凝膠基光熱材料實現了高效地蒸發性能并具有良好的海水淡化能力，然而，該水凝膠基光熱材料在用于水蒸發過程中防污性能和長期穩定性較差。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種兩性聚電解質光熱水凝膠、其制備和應用，其由兩性聚電解質單體、交聯劑、引發劑和光熱材料混合物通過共聚合得到，由于兩性聚電解質極強的水化能力從而實現光熱材料水蒸發過程中的防污功能，做到真正的環保高效的光熱水凝膠，由此解決現有技術的水凝膠基光熱材料用于水蒸發過程中防污性能較差的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種兩性聚電解質光熱水凝膠，包括兩性聚電解質水凝膠和光熱材料，其中所述光熱材料分散在所述兩性聚電解質水凝膠中；

該兩性聚電解質光熱水凝膠由兩性聚電解質單體、交聯劑、引發劑和光熱材料混合物通過共聚合得到。

優選地，所述光熱材料為聚吡咯納米粒子、聚苯胺納米粒子、炭黑、碳納米管、石墨烯、氧化石墨烯、金納米粒子和銀納米粒子中的一種或幾種。

優選地，所述兩性聚電解質單體為[2-(甲基丙烯酰基氧基)乙基]二甲基-(3-磺酸丙基)氫氧化銨、[3-(N-2-甲基丙烯酰氧基乙基-N,N-二甲基)氨基丙磺酸鹽]、2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰膽堿、3-磺丙基十六烷基二甲基銨、N,N-二甲基-N-十六烷基季氨基丁基硫酸酯、3-[N,N-二甲基,N-十八烷基]銨基和2-羥基丙磺酸鹽中的一種或幾種的混合物。

優選地，所述交聯劑為N,N-亞甲基雙丙烯酰胺、戊二醛、過氧化二苯甲酰、二乙烯基苯和聚乙二醇二丙烯酸酯中的一種或幾種的混合物。

優選地，該兩性聚電解質光熱水凝膠中所述兩性聚電解質單體和光熱材料的質量比為(10-60)：(0.01-10)。

按照本發明的另一個方面，提供了一種所述的兩性聚電解質光熱水凝膠的制備方法，包括如下步驟：

(1)將兩性聚電解質單體、交聯劑、引發劑和光熱材料分散在水中，得到預聚混合物；

(2)將步驟(1)所述預聚混合物通過加熱或光照方式實現共聚合；