CN109401152A - 一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的制备方法。包括以下步骤：(1)准确称量聚乙烯醇并将按一定质量分数其溶解于去离子水中，搅拌均匀；(2)向聚乙烯醇溶液中加入光热转换材料、交联剂和催化剂，每加入一种试剂后搅拌一定时间使试剂分散均匀；(3)将前驱体转移到模具中，加热固化成型；(4)将成型的凝胶用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。该制备方法流程简单、制备时间短、成本较低、可控性好、绿色环保，制得的凝胶不仅能够将吸收的太阳光有效地转换成热能加速待清洁水的蒸发，并且具有高弹性、高强度以及良好的耐溶剂性。

Description

一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的制备方法
技术领域
本发明涉及功能材料领域，具体涉及一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的制备方法。
背景技术
淡化是一种将不可直接用于生产生活的咸水转化为目前极其短缺的淡水资源的技术。一般淡化采用的方法有冷冻法、蒸馏法、反渗透法以及电渗析法等。其中，蒸馏法是通过加热咸水产生蒸汽，再使蒸汽冷凝得到淡水的方法。加热咸水的能源可以是电能、发电厂的余热或者太阳能等。太阳能蒸馏法具备能源清洁、运行费用低、设备简单等优点，但单位面积产水量较低。为了提高生产淡水的效率及产量，研究者们发明制备了多种太阳能水清洁材料。文献(ScienceAdvances，2016，2(4)：e1501227.)利用自组装技术将金粒子沉积在铝模板上制得高效的太阳能吸收材料。专利CN108002366A公开了一种将氧化石墨烯溶液进行冷冻干燥后还原制得石墨烯太阳能水清洁泡沫的方法。但这些方法过程复杂，精细度要求高，且制备时间长，不适合大规模的生产及应用。
聚乙烯醇因其亲水性强、耐溶剂性好、粘结能力高等性质而被广泛应用于工业中。本发明使用聚乙烯醇溶液为粘结剂粘结光热转换材料，再将混合液交联固化，以简单短时的操作制备出具有较高光热转换效率的太阳能水清洁凝胶。
发明内容
本发明的目的在于提出一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶及其制备方法。
为实现以上目的，本发明采用的技术方案为：将光热转换材料粉体或分散液加入至聚乙烯醇水溶液中，再加入交联剂使混合溶液交联固化成型，进而制备出亲水多孔的凝胶材料。该凝胶材料不仅能够将吸收的太阳光有效地转换成热能加速待清洁水的蒸发，并且具有高弹性、高强度以及良好的耐溶剂性。此外，所述方法具有流程简单、制备时间短、成本较低、可控性好、绿色环保等优点，可较简单地投入大规模的生产。该方法具体包括以下步骤：
(1)聚乙烯醇溶液的制备：将聚乙烯醇溶解于去离子水中，以得到聚乙烯醇溶液；
(2)前驱体溶液的制备：将所述聚乙烯醇溶液与光热转换材料混合，加入交联剂以及催化剂，分散混合得到前驱体溶液；
(3)凝胶的固化成型：将步骤(2)中得到的前驱体溶液倒入模具中加热固化；
(4)凝胶的清洗：用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
所述的聚乙烯醇溶液使用的聚乙烯醇的型号包含1750型、1788型、1799型和2699型等，占水溶液质量分数为2-15％。搅拌时长为20-80min。
所述的光热转换材料为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管的一种或多种。
所述中前驱体溶液中光热转换材料的质量分数为0.1-1％，交联剂的质量分数为5-20％，催化剂的质量分数为5-20％。
所述的交联剂为醛类中的一种或多种。
所述的催化剂为硫酸、盐酸等酸性物质的一种或多种。
所述的分散方式为搅拌桨机械搅拌、磁力搅拌器搅拌及超声分散等中的一种或多种，分散时间为2-15min。
所述的加热固化温度为30-80℃，固化时间为1-20h。
与以往发明相比，本发明具有以下特点：
(1)制备方法过程简单快捷，成本低，适用范围广。
(2)制备的凝胶材料光热转换效率较高、多孔、亲水、耐溶剂、弹性好，还可完全自然降解，对环境友好。
(3)可通过调节聚乙烯醇溶液和光热转换材料的数量和比值，调节凝胶的光热转换效率、强度和弹性。
附图说明
图1是实施例1聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的数码照片。
图2是实施例1聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的内部形貌扫描电子显微镜图。
图3是一个太阳光下容器中水的质量变化曲线和一个太阳光下覆盖有实施例1聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的容器中水的质量变化曲线。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，现结合具体实施例，对本发明做详细描述。所举实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明范围。故若本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性地对本发明做各种变动或修改，设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
实施例1：
(1)聚乙烯醇溶液的制备：称取492699型聚乙烯醇颗粒，在沸水浴下溶于36g水中，充分搅拌60min至溶液呈透明状；
(2)前驱体的制备：称取68g质量分数为1.2％还原氧化石墨烯水分散液，加入上述溶解好的聚乙烯醇溶液中，在室温下充分搅拌均匀。将体系升温至50℃，分别加入18g甲醛和18g质量分数为50％的硫酸水溶液，搅拌5min；
(3)凝胶的固化成型：将得到的溶胶倒入模具，置入60℃烘箱固化3h；
(4)凝胶的清洗：将凝胶从模具取出，用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
据此实施例制备的聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶在一个太阳光下能将容器中的水的蒸发速度提高2.2倍。
据此实施例制备的聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的拉伸断裂伸长率＞30％，抗拉强度＞579KPa。
据此实施例制备的聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的除盐率＞99.5％。
实施例2：
调整实施例1步骤(1)中聚乙烯醇的量为5g，其余与实施例1相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例3：
调整实施例1步骤(2)中还原氧化石墨烯分散液为0.8g还原氧化石墨烯粉末，其余与实施例1相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例4：
调整实施例1步骤(2)中还原氧化石墨烯分散液为0.8g碳纳米管粉末，其余与实施例1相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例5：
调整实施例1步骤(2)中还原氧化石墨烯分散液为0.8g石墨烯和0.2g碳纳米管的混合粉末，其余与实施例1相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例6：
(1)聚乙烯醇溶液的制备：称取5g1750型PVA颗粒，在沸水浴下溶于30g水中，充分搅拌40min至溶液呈透明状；
(2)前驱体的制备：称取80g质量分数为1.8wt％的还原氧化石墨烯分散液，加入上述溶解好的聚乙烯醇溶液中，在室温下充分搅拌均匀。将体系升温至50℃，分别加入20g质量分数为30％的戊二醛水溶液和20g质量分数为50％的硫酸水溶液，剧烈搅拌5min；
(3)凝胶的固化成型：将得到的溶胶倒入模具，置入60℃烘箱固化3h；
(4)凝胶的清洗：将凝胶从模具取出，用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例7：
调整实施例6步骤(2)中硫酸质量为15g，其余与实施例6相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例8：
调整实施例6步骤(2)中甲醛质量为15g，其余与实施例6相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例9：
(1)聚乙烯醇溶液的制备：称取5g1799型聚乙烯醇颗粒，在沸水浴下溶于35g水中，充分搅拌60min至溶液呈透明状；
(2)前驱体的制备：称取60g质量分数为1.5％还原氧化石墨烯和碳纳米管混合水分散液(还原氧化石墨烯和碳纳米管的质量比为4∶1)，加入上述溶解好的聚乙烯醇溶液中，在室温下充分搅拌均匀。将体系升温至50℃，分别加入30g质量分数为50％甲醛水溶液和15g质量分数为50％的硫酸水溶液，搅拌6min；
(3)凝胶的固化成型：将得到的溶胶倒入模具，置入60℃烘箱固化3h；
(4)凝胶的清洗：将凝胶从模具取出，用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
实施例10：
调整实施例9步骤(3)中固化时间为2h，其余与实施例9相同，即可获得聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。

Claims (8)

1.一种聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
(1)聚乙烯醇溶液的制备：将聚乙烯醇溶解于去离子水中，以得到聚乙烯醇溶液；
(2)前驱体溶液的制备：将所述聚乙烯醇溶液与光热转换材料混合，加入交联剂以及催化剂，分散混合得到前驱体溶液；
(3)凝胶的固化成型：将步骤(2)中得到的前驱体溶液倒入模具中加热固化；
(4)凝胶的清洗：用清水洗净多余试剂，得到聚乙烯醇基太阳能水清洁凝胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚乙烯醇溶液使用的聚乙烯醇的型号包含1750型、1788型、1799型和2699型等，占水溶液质量分数为2-15％。搅拌时长为20-80min。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的光热转换材料为氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯、碳纳米管的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述中前驱体溶液中光热转换材料的质量分数为0.1-1％，交联剂的质量分数为5-20％，催化剂的质量分数为5-20％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的交联剂为醛类中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的催化剂为硫酸、盐酸等酸性物质的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的分散方式为搅拌桨机械搅拌、磁力搅拌器搅拌及超声分散等中的一种或多种，分散时间为2-15min。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的加热固化温度为30-80℃，固化时间为1-20h。
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