CN111961229B - 一种双层水凝胶及其制备方法与应用 - Google Patents

一种双层水凝胶及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种双层水凝胶及其制备方法与应用。本发明公开了一种双层水凝胶，该双层水凝胶上层混合水凝胶的多孔结构可以从底部输送海水至水凝胶中，光热纳米材料可吸收光能，将太阳能转换为热能，从而实现蒸发水分淡化海水的目的；当太阳光较弱或者没有太阳光的情况下，通过对双层水凝胶下层含超顺磁纳米材料外加交变磁场，下层的超顺磁纳米材料进行电热转换将水分蒸发，同时超顺磁纳米材料的磁场响应作用还可以提高海水重金属离子的吸附作用。该双层水凝胶的多孔结构提高了水的输送速率和水分蒸发速率，上层光热纳米材料混合水凝胶和下层超顺磁纳米材料水凝胶可以有效地持续蒸发水分，淡化海水，提高了海水淡化效率。

Description

一种双层水凝胶及其制备方法与应用
技术领域
本发明涉及水凝胶技术领域，尤其涉及一种双层水凝胶及其制备方法与应用。
背景技术
淡水对所有生态系统的生存至关重要，对很多工业生产也起着不可或缺的作用，与人类的生活和经济发展有着紧密联系。
地球上比较丰富的水资源则为海水，所以解决淡水短缺问题的最可行办法就是将海水进行淡化。海水淡化的方法很多，蒸馏法、电渗析法、反渗透法等技术方法都已经很成熟，能够进行工业规模化生产。但现在利用太阳能进行蒸发水分淡化海水受到越来越多科学工作者的青睐，因为太阳能是最丰富的可再生能源，利用具有高效吸热性能的光热转化材料将太阳能转换成热能蒸发水分达到海水淡化，不需要额外的能源投入，是一种相对比较理想的解决方案。
发明内容
有鉴于此本发明提供了一种双层水凝胶及其制备方法与应用，该双层水凝胶既可以在太阳光下淡化海水，也可以在太阳光较弱或没有太阳光的情况下淡化海水。
其具体技术方案如下：
本发明提供了一种双层水凝胶，包括：由上层混合水凝胶和与所述上层混合水凝胶交联的下层混合水凝胶组成，上层混合水凝胶与下层混合水凝胶通过氢键连接；
上层混合水凝胶含光热纳米材料，下层混合水凝胶含超顺磁纳米材料；
所述双层水凝胶呈多孔结构。
水凝胶具有能源利用率高、水汽化能量需求低和理化性质可调性强等优点，水凝胶在凝胶化时可根据需求使用相应的模具来达到想要的尺寸和形状，具有很好的可扩展性。本发明双层水凝胶含光热纳米材料和超顺磁纳米材料分别均匀分散于上层混合水凝胶网络结构、下层混合水凝胶网络结构中。将本发明双层水凝胶应用到海水淡化领域时，本发明双层水凝胶上层含光热纳米材料的混合水凝胶利用其多孔结构将海水从下往上输送，光热纳米材料吸收光能，将太阳能转换为热能，达到蒸发水分淡化海水的目的。当太阳光较弱或者没有太阳光的情况下，通过对双层水凝胶下层含超顺磁纳米材料外加交变磁场，下端的超顺磁纳米材料进行电热转换将水分蒸发，同时超顺磁纳米材料的磁场响应作用还可以提高海水重金属离子的吸附作用。本发明提供的双层水凝胶的多孔结构提高了水的输送速率和水分蒸发速率，上层光热纳米材料混合水凝胶和下层超顺磁纳米材料水凝胶可以有效地持续蒸发水分，淡化海水，提高了海水淡化效率。
本发明中，所述含光热纳米材料选自氧化石墨烯纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、碳纳米管、三氧化二钛纳米颗粒、硒化铜纳米颗粒或碳化生物质纳米颗粒，其中，所述碳化生物质纳米颗粒选自碳化胡萝卜纳米颗粒、碳化向日葵盘、有孔的碳化木材、碳化竹子或碳化莲子；
所述超顺磁纳米材料选自三氧化二铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、钡铁氧体纳米颗粒、铁铂合金纳米颗粒或Co基纳米颗粒，其中，Co基纳米颗粒优选为铁磁性钴纳米颗粒。
本发明还提供了上述双层水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
1)下层水凝胶的制备：将聚电解质水溶液、超顺磁纳米材料混合后，加入交联剂进行物理交联，固化后得到下层混合水凝胶；
2)将聚电解质水溶液、光热纳米材料混合，得到混合液；
3)待所述下层混合水凝胶固化固化后，加入交联剂，然后将所述混合液加到所述下层混合水凝胶表面进行物理交联，固化后，进行冷冻干燥，得到双层水凝胶。
本发明提供的双层水凝胶制备方法简单，水凝胶原料来源广泛，相对易得，并且天然无公害。
本发明步骤1)中，所述超顺磁纳米材料优选以超顺磁纳米材料分散液与聚电解质水溶液进行混合，所述超顺磁纳米材料分散液的浓度为 0.1～10000mg/mL；
接着，所述交联剂优选以交联剂水溶液的形式加入与聚电解质水溶液进行物理交联，固化后得到下层混合水凝胶，所述交联剂水溶液的浓度为 1～90wt％；
所述交联剂为水溶性多糖，所述水溶性多糖为琼脂糖、明胶和黄原胶的一种或两种以上；
所述聚电解质为聚对苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠中聚环氧琥珀酸钠的一种或两种以上；
所述聚电解质水溶液的质量浓度为1～10000mg/mL；
所述聚电解质、超顺磁纳米材料和交联剂的质量比为(100～1000):(1～100):(0.001～10)，优选为500：8：0.001。
本发明双层水凝胶采用聚电解质水凝胶作为基底，能够有效地限制热量散失到水里，起到高能源利用的作用。
本发明步骤2)中，所述聚电解质为聚对苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠中聚环氧琥珀酸钠的一种或两种以上；
所述聚电解质水溶液的质量浓度为1～10000mg/mL；
所述聚电解质与光热纳米材料的质量比为(100～1000):(1～100)。
本发明步骤3)中，等下层混合水凝胶固化后，交联剂优选以交联剂水溶液的状态加入，然后将步骤2)中制得的混合液加到下层混合水凝胶表面，使得混合液中的聚电解质与前述交联剂进行物理交联，固化后在下层水凝胶表面形成上层水凝胶；
所述交联剂为水溶性多糖，所述水溶性多糖为琼脂糖、明胶和黄原胶的一种或两种以上；所述交联剂水溶液的浓度为1～90wt％；
所述交联剂与所述步骤2)聚电解质的质量比为(0.001～10):(100～1000)；
上层水凝胶固化后，还需对双层水凝胶进行冷冻干燥，使得双层水凝胶形成多孔结构；所述冷冻干燥的温度为-60～0℃，时间为24～48h；
所述冷冻干燥前，还包括：将固化后的产物置于水中，除去未反应的原料。
本发明还提供了上述双层水凝胶在海水淡化中的应用。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明提供了一种双层水凝胶，包括：由上层混合水凝胶和与所述上层混合水凝胶交联的下层混合水凝胶组成；上层混合水凝胶含光热纳米材料，下层混合水凝胶含超顺磁纳米材料；所述双层水凝胶呈多孔结构。
本发明双层水凝胶上层混合水凝胶的多孔结构可以从底部输送海水至水凝胶中，光热纳米材料可吸收光能，将太阳能转换为热能，从而实现蒸发水分淡化海水的目的；当太阳光较弱或者没有太阳光的情况下，下层混合水凝胶中的超顺磁纳米材料能够在交变交变磁场的作用下升温发热，因此通过对双层水凝胶下层含超顺磁纳米材料外加交变磁场，下端的超顺磁纳米材料进行电热转换将水分蒸发，同时超顺磁纳米材料的磁场响应作用还可以提高海水重金属离子的吸附作用。本发明提供的双层水凝胶的多孔结构提高了水的输送速率和水分蒸发速率，上层光热纳米材料混合水凝胶和下层超顺磁纳米材料水凝胶可以有效地持续蒸发水分，淡化海水，提高了海水淡化效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例中双层水凝胶结构示意图；
图2为本发明实施例1～7制得的双层水凝胶的实物图，其中a～g分别对应实施例1～7；
图3为本发明实施例1制得的双层水凝胶的SEM图；
图4为本发明实施例2制得的双层水凝胶的SEM图；
图5为本发明实施例3制得的双层水凝胶的SEM图；
图6为本发明实施例4制得的双层水凝胶的SEM图；
图7为本发明实施例5制得的双层水凝胶的SEM图；
图8为本发明实施例6制得的双层水凝胶的SEM图；
图9为本发明实施例7制得的双层水凝胶的SEM图；
图10为本发明实施例1～7制得的双层水凝胶在一个标准太阳光下进行蒸发的示意图，其中(1)～ (7) 分别对应实施例1～7。
具体实施方式
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
称量0.5g聚苯乙烯磺酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚苯乙烯磺酸钠溶解完全后，用移液枪量取2mL的1.24mg/mL四氧化三铁纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚苯乙烯磺酸钠溶液中，待四氧化三铁纳米颗粒在聚苯乙烯磺酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1 的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为5％的琼脂糖水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚苯乙烯磺酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚苯乙烯磺酸钠溶解完全后，加入2mL的1.43mg/mL的氧化石墨烯纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使氧化石墨烯纳米颗粒在聚苯乙烯磺酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含四氧化三铁纳米颗粒的下层混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为5％的琼脂糖水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1中已经固化的含四氧化三铁纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图1所示，双层水凝胶分为上层含光热纳米材料的混合水凝胶，下层含超顺磁纳米材料的混合水凝胶，双层水凝胶呈多孔结构。
如图2a和图3所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(1)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到1.9kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，能够产生交变磁场，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.47kg m-2 h-1左右。
实施例2
称量0.5g聚苯乙烯磺酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚苯乙烯磺酸钠溶解完全后，用移液枪量取2.5mL的1.53mg/mL 铁钡氧体纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚苯乙烯磺酸钠溶液中，待铁钡氧体纳米颗粒在聚苯乙烯磺酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为5％的多糖水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1 中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚苯乙烯磺酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚苯乙烯磺酸钠溶解完全后，加入2.5mL的1.43mg/mL的氧化石墨烯纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使氧化石墨烯纳米颗粒在聚苯乙烯磺酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含铁钡氧体纳米颗粒的下层混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为5％的多糖水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1 中已经固化的含四氧化三铁纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2b和图4所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(2)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.1kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，能够产生交变磁场，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.56kg m-2 h-1左右。
实施例3
称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，用移液枪量取5mL的1.53mg/mL铁钡氧体纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚丙烯酸钠溶液中，待铁钡氧体纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL 质量分数为5％的明胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，加入5mL的1.43mg/mL的氧化石墨烯纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使氧化石墨烯纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含铁钡氧体纳米颗粒的混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为5％的明胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1中已经固化的含四氧化三铁纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含氧化石墨烯纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥36h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2c和图5所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(3)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.41kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.67kg m-2 h-1左右。
实施例4
称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，用移液枪量取2mL的1.53mg/mL铁钡氧体纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚丙烯酸钠溶液中，待铁钡氧体纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL 质量分数为10％的明胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，加入2mL的1.72mg/mL碳化胡萝卜纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使碳化胡萝卜纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含铁钡氧体纳米颗粒的混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为10％的明胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1中已经固化的含铁钡氧体纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2d和图6所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(4)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.34kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.51kg m-2 h-1左右。
实施例5
称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，用移液枪量取3mL的1.24mg/mL四氧化三铁纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚丙烯酸钠溶液中，待四氧化三铁纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为10％的明胶交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚丙烯酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚丙烯酸钠溶解完全后，加入3mL的1.72mg/mL碳化胡萝卜纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使碳化胡萝卜纳米颗粒在聚丙烯酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含四氧化三铁纳米颗粒的混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加1mL质量分数为10％的明胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1 中已经固化的含四氧化三铁纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。可连续蒸发的双层蒸发混合水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热和超顺磁纳米材料的可连续进行蒸发实验的双层蒸发混合水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2e和图7所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(5)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.45kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.52kg m-2 h-1左右。
实施例6
称量0.5g聚环氧琥珀酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚环氧琥珀酸钠溶解完全后，用移液枪量取2mL的1.38mg/mL铁磁性钴纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚环氧琥珀酸钠溶液中，待铁磁性钴纳米颗粒在聚环氧琥珀酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加0.5mL质量分数为5％的黄原胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚环氧琥珀酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚环氧琥珀酸钠溶解完全后，加入3mL的1.72mg/mL碳化胡萝卜纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使碳化胡萝卜纳米颗粒在聚环氧琥珀酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含铁磁性钴纳米颗粒的混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加0.5mL质量分数为5％的黄原胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1 中已经固化的含铁磁性钴纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含碳化胡萝卜纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2f和图8所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(6)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.33kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.54kg m-2 h-1左右。
实施例7
称量0.5g聚环氧琥珀酸钠置于烧杯中1中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚环氧琥珀酸钠溶解完全后，用移液枪量取2mL的1.38mg/mL铁磁性钴纳米颗粒分散液，加入到烧杯1里的聚环氧琥珀酸钠溶液中，待铁磁性钴纳米颗粒在聚环氧琥珀酸钠溶液中分散均匀后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加0.5mL质量分数为10％的黄原胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，及时取出磁力搅拌子，然后将混合液静置待其凝胶化，得到下层混合水凝胶。
另称量0.5g聚环氧琥珀酸钠置于烧杯中2中，添加25mL去离子水，放入磁力搅拌子，置于磁力搅拌器上搅拌溶解(加保鲜膜封住烧杯口防止水分散失过多)，聚环氧琥珀酸钠溶解完全后，加入3mL的1.15mg/mL三氧化二钛纳米颗粒分散液，继续等速搅拌，使三氧化二钛纳米颗粒在聚环氧琥珀酸钠溶液中分散均匀，得到混合液。
等到烧杯1中含铁磁性钴纳米颗粒的混合水凝胶固化后，用移液枪往烧杯1的混合液中缓慢滴加0.5mL质量分数为10％的黄原胶水溶液交联剂缓慢滴加到烧杯1中混合均匀，取出磁力搅拌子，然后快速将烧杯2中混合液加入烧杯1中，使烧杯2中含三氧化二钛纳米颗粒的混合液表面平整处于烧杯1 中已经固化的含铁磁性钴纳米颗粒的混合水凝胶之上。静置等待含三氧化二钛纳米颗粒的混合液凝胶化形成双层水凝胶。双层水凝胶凝固形成后将其放于去离子水中8h去除残余的未反应原料。然后进行冷冻干燥24h使含光热纳米材料和超顺磁纳米材料的双层水凝胶形成能够更快速输送水分子的多孔结构。
如图2g和图9所示，本实施例成功制得双层水凝胶，上层复合水凝胶和下层复合水凝胶呈多孔结构。
如图10(7)所示，在一个标准太阳光(1000W·m-2)的照射条件下，双层水凝胶不外加交变磁场，海水蒸发，其平均蒸发速率可以达到2.16kg m-2 h-1左右，在无光的条件下，含超顺磁纳米材料的混合水凝胶在上端，外加交变磁场(183kHz，1T)于含超顺磁纳米材料的混合水凝胶上，产生热效应，平均蒸发速率基本可以达到2.54kg m-2 h-1左右。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种双层水凝胶，其特征在于，包括：由上层混合水凝胶和所述上层混合水凝胶交联的下层混合水凝胶组成，上层混合水凝胶与下层混合水凝胶通过氢键连接；
上层混合水凝胶含光热纳米材料，下层混合水凝胶含超顺磁纳米材料；
所述双层水凝胶呈多孔结构；
所述含光热纳米材料选自氧化石墨烯纳米颗粒、二氧化钛纳米颗粒、碳纳米管、三氧化二钛纳米颗粒、硒化铜纳米颗粒或碳化生物质纳米颗粒；
所述聚电解质为聚对苯乙烯磺酸钠、聚丙烯酸钠、聚环氧琥珀酸钠的一种或两种以上；
所述超顺磁纳米材料选自三氧化二铁纳米颗粒、四氧化三铁纳米颗粒、钡铁氧体纳米颗粒、铁铂合金纳米颗粒或Co基纳米颗粒；
所述的双层水凝胶的制备方法包括以下步骤：
1)下层水凝胶的制备：将聚电解质水溶液、超顺磁纳米材料混合后，加入交联剂进行物理交联，固化后得到下层混合水凝胶；
2)将聚电解质水溶液、光热纳米材料混合，得到混合液；
3)待所述下层混合水凝胶固化后，加入交联剂，然后将所述混合液加到所述下层混合水凝胶表面进行物理交联，固化后，进行冷冻干燥，得到双层水凝胶；
所述交联剂为水溶性多糖。
2.根据权利要求1所述的双层水凝胶，其特征在于，所述固化后，所述冷冻干燥前，还包括：将固化后的产物置于水中，除去未反应的原料。
3.根据权利要求1所述的双层水凝胶，其特征在于，步骤1)所述聚电解质、所述超顺磁纳米材料和所述交联剂的质量比为(100～1000):(1～100):(0.001～10)；步骤2)所述聚电解质、所述光热纳米材料与步骤3)所述交联剂的质量比为(0.001～10)：(100～1000):(1～100)。
4.根据权利要求1所述的双层水凝胶，其特征在于，所述水溶性多糖为琼脂糖、明胶和黄原胶的一种或两种以上。
5.权利要求1至4任意一项所述的双层水凝胶在海水淡化中的应用。
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