CN115785598B - 一种Janus海绵状水凝胶及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Janus海绵状水凝胶及其制备方法和应用，该水凝胶采用原料包括聚乙烯醇、琼脂、疏水性纳米气相SiO₂aerogel和活性炭，经发泡和交联反应制备而成；其中，原料琼脂与聚乙烯醇的质量比为1：7.5～30，SA与聚乙烯醇的质量比为1:3.75～15。本发明公开的水凝胶具有高耐盐性和良好的力学性能，可用于持续长时间的脱盐并承受反复压缩；同时具有更低的蒸发焓，能有效提升太阳能蒸发器的蒸发速率、光热转换效率和使用寿命，可广泛用于海水淡化水处理及含盐废水处理领域。

Description

一种Janus海绵状水凝胶及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及海水淡化及含盐废水处理技术领域，具体涉及一种Janus海绵状凝胶及其制备方法和应用。

背景技术

面对全球淡水资源稀缺状况的加剧，海水淡化及含盐废水处理被认为是缓解淡水短缺问题最有效的途径之一。与传统的光蒸馏相比，太阳能驱动的界面蒸发技术可以显著减少热损失，获得高效的清洁水生产。

近年来，如何提高太阳能界面蒸发的蒸发速率成为了研究热点，出现了基于多孔水凝胶、气凝胶以及各类生物质等相关材料的太阳能蒸发器，如专利CN114891266B公开了一种太阳能海水淡化装置，该装置中设有包括依次层叠供水层和蒸发层的聚丙烯酰胺/石墨烯复合水凝胶，有利于水分快速传输与共计，并产生较高光热转换效率。

值得注意的是，海水淡化水及含盐废水处理过程中，持续长时间的脱盐通常伴随着蒸发器表面严重的盐结晶，特别是处理高盐度盐水时会显著降低蒸发速度，甚至导致蒸发器失效。然而，目前的研究大多局限于短时间内处理低盐度盐水，远远达不到长期蒸发系统和含盐废水的耐盐要求。此外，良好的机械性能也是实现太阳能蒸发器实际应用的关键点，而传统化学交联形成的水凝胶非常脆弱，力学性能较差，可压缩强度较低，制约了太阳能蒸发器的使用寿命。

本发明中用PVA作为物质聚乙烯醇的简写，用AG作为物质琼脂的简写、用SA作为物质疏水性纳米气相SiO₂ aerogel的简写，用AC作为物质活性炭的简写，用CPAS作为本发明公开的Janus海绵状水凝胶的简写，用SDS作为物质十二烷基硫酸钠的简写，SDBS作为物质十二烷基苯磺酸钠的简写，用APS作为物质过硫酸铵的简写，用HCl作为物质盐酸的简写，用KPS作为物质过硫酸钾的简写；本发明中水凝胶为概括性统称，可用于指代CPAS或其他与CPAS成分不同的水凝胶。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种Janus海绵状水凝胶(CPAS)及其制备方法和应用，该水凝胶具有良好机械稳定性和耐盐性，并能有效提升太阳能蒸发器的蒸发速率、光热转换效率和使用寿命，可广泛用于海水淡化水处理及含盐废水处理。

具体地，一方面，本发明提出的CPAS采用原料包括PVA、AG、SA和AC，经发泡和交联反应制备而成；其中，原料AG与PVA的质量比为1：7.5～30，原料SA与PVA的质量比为1:3.75～15。

本发明采用发泡和交联反应工艺制备的CPAS具有多孔海绵状结构，该结构不仅能引导水凝胶体内水分快速传输，还能防止盐分在表面积聚，支持连续稳定的太阳能蒸汽产生过程。

进一步，原料AG与PVA的质量比为1:7.5～10，优选为1:9～10。

本发明以天然丰富的生物质AG为原料用于制备CPAS，更丰富的亲水基团赋予CPAS更低的蒸发焓，提高蒸发速率；聚合物链AG丰富的羟基可与聚合物主链(PVA链)形成化学交联，从而构建高度稳定的水凝胶网络，通过与具有可伸缩气泡的多孔海绵状结构协同作用，使得CPAS具有更优异的机械性能，可承受反复压缩。

进一步，原料SA与PVA的质量比为1:3.75～5，优选为1:4～5。

本发明以SA为原料用于制备CPAS，在交联反应过程中，由于SA具有较低的密度和超疏水性，会自发地向水凝胶的上侧迁移和聚集，使得CPAS的上表面粗糙且疏水、下表面光滑且亲水，并进一步控制CPAS内部的水分布情况，提高了能量利用效率。

此外，CPAS疏水表面的形成可阻止盐进入吸光界面，而多孔海绵状结构可快速将盐输送至水体中，两种抗盐机制的协同作用下CPAS实现了更有效的抗盐性。

进一步，原料AC与PVA的质量比为1:0.8～1.3；AC粒径范围为1～20μm。

本发明以AC为原料用于制备CPAS，可提升光热转化效率并增强水凝胶的机械性能。

另一方面，本发明提供了一种Janus海绵状水凝胶的制备方法，该方法包括如下步骤：

S1，将PVA、AG、SA、AC、交联剂、发泡剂、引发剂的混合水溶液Ⅲ，经搅拌发泡后得到水凝胶前驱体溶液；其中，AG与PVA的质量比为1：7.5～30，SA与PVA的质量比为1:3.75～15。

S2，将步骤S1所得水凝胶前驱体溶液倒入模具中，经交联反应和溶胀得到所述Janus海绵状水凝胶。

进一步地，本发明给出了所述步骤S1中混合水溶液Ⅲ的一种制备工序，包括步骤S1.1-S1.3。需注意，该工序仅为一种较优工序展示，并不限定混合水溶液Ⅲ的制备工序，本领域的普通技术人员可通过非创造性的劳动对该制备工序进行润饰或改进，由此形成的技术方案均在本发明保护范围内。

S1.1，制备PVA/AG混合水溶液；在PVA/AG混合水溶液中加入SA和交联剂，得到混合水溶液Ⅰ；

S1.2，制备发泡剂、引发剂和AC的混合水溶液Ⅱ；

S1.3，将混合水溶液Ⅰ和混合水溶液Ⅱ混合得到所述混合水溶液Ⅲ。

进一步，所述AG与PVA的质量比为1:7.5～10，优选为1:9～10；所述原料SA与PVA的质量比为1:3.75～5，优选为1:4～5。

进一步，所述交联剂为戊二醛、乙二醛中的一种或两种；所述发泡剂为SDS、SDBS中的一种或两种；所述引发剂为APS、盐酸、过硫酸钾中的一种或多种。

进一步，所述步骤S1中搅拌发泡的转速为400～800r/min，发泡后的体积为发泡前体积的2～4.5倍；所述步骤S2中交联反应温度为50～80℃，时间为1～3h。

另一方面，本发明提供了一种Janus海绵状水凝胶在海水淡化水处理及含盐废水处理中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.以AG为原料制备CPAS，丰富的亲水基团赋予CPAS更低的蒸发焓，实现天阳能蒸发器高效的蒸发速率并提高光热转化效率，同时CPAS具有高耐盐性和良好的力学性能，可广泛应用于海水淡化水处理及含盐废水处理等采用太阳能界面驱动蒸发技术的领域。

2.本发明采用发泡和交联工艺制备CPAS，形成的多孔海绵状结构可将防止盐分在表面积聚；以SA为原料用于制备CPAS，促进形成疏水表面以阻止盐进入吸光界面，两种抗盐机制协同作用使得CPAS具有高耐盐性，可满足海水淡化水处理和含盐废水处理长时间运行的耐盐要求。

3.聚合物链AG的引入不仅可更使得水凝胶网络更稳定，结合多孔海绵状结构及AC的引入使得CPAS具有更优异的机械性能，可承受反复压缩。

4.原料AG和AC相对廉价易得，且CPAS制备工艺流程简单，具有高耐盐性和良好的力学性能，使用寿命长，可大大降低海水淡化水处理及含盐废水处理的生产成本。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了CPAS的化学结构和制备过程；

图2为纯PVA、AG和实施例1CPAS的FTIR曲线；

图3为实施例1CPAS的高分辨率O1s XPS光谱；

图4示出了实施例2中水凝胶孔分布；

图5示出了实施例2中水凝胶的溶胀速率；

图6示出了空白对照Ⅰ和实施例1的储能模量和损失模量；

图7为实施例1在1个太阳光照射下处理饱和盐水过程中不同时刻的照片；

图8为空白对照Ⅱ在1个太阳光照射下处理饱和盐水过程中不同时刻的照片；

图9为实施例4水凝胶的拉伸-应变曲线；

图10为实施例4水凝胶的压缩应力-应变曲线；

图11为实施例1的连续压缩-释放循环测试曲线。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将对本发明进行更全面的描述，给出了本发明的较佳实施例。但应当理解为这些实施例仅仅是用于更详细说明之用，而不应理解为用以任何形式限制本发明，即并不意于限制本发明的保护范围。

除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明创造所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所用的试验试剂，如无特殊说明，均为常规生化试剂；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1

一种Janus海绵状水凝胶，该水凝胶采用原料包括PVA、AG、SA和AC，经发泡和交联反应制备而成，其中，原料AG与PVA的质量比为1:10，原料SA与PVA的质量比为1:5。

如图1所示，上述Janus海绵状水凝胶的制备方法包括以下步骤：

步骤S1：

S1.1，在11.05mL去离子水中加入1.95g PVA和0.195gAG，在90℃下加热搅拌，得到稳定的PVA/AG混合水溶液；在PVA/AG混合水溶液中加入0.39g疏水纳米相SA和240μL戊二醛水溶液(25％)，搅拌均匀，得到混合水溶液Ⅰ；

S1.2，在5ml去离子水中加入0.1g SDS、0.1gAPS和0.2gAC，超声混合均匀得到混合水溶液Ⅱ；

S1.3，将混合水溶液Ⅰ和混合水溶液Ⅱ混合得到混合水溶液Ⅲ。

将混合水溶液Ⅲ，以500r/min的速度搅拌约5分钟，待发泡后的体积为发泡前体积的约3倍，停止搅拌发泡，得到水凝胶前驱体溶液。

步骤S2：

将水凝胶前驱体溶液倒入模具中，在70℃交联反应约2h；然后在-18℃冷冻约8h；最后放入去离子水中约24h，得到Janus海绵状水凝胶(CPAS)。

随后通过设置纯PVA和AG对照组，采用傅里叶红外光谱(FT-IR)分析实施例1CPAS的化学组成，结果如图2所示。在CPAS的光谱中，1083cm^-1的新特征峰属于C-O-C拉伸振动，表明PVA和AG链上的羟基与戊二醛的醛基发生了交联，这验证了乙缩醛反应的发生。与AG(3410cm^-1)或PVA(3466cm^-1)相比，CPAS的-OH基团的特征峰转移到3410cm^-1，这显示了PVA和AG之间形成了氢键。此外，XPS光谱证实了实施例1CPAS含有C、O和Si元素(如图3)。CPAS的高分辨率O1sXPS光谱解卷积为C-O-C(532.68eV)和C-OH(534.38eV)。综上所述，新C-O-C键的形成证实了CPAS中交联网络的形成。

为了进一步证实CPAS的性能以及优化相关参数，将基于实施例1所示Janus水凝胶及其制备方法，在实施例2-5中设置相应蒸汽产生实验来进行验证。

具体地，蒸汽产生实验在氙灯(PL-X500D)和标准AM 1.5G太阳光谱滤光片下进行，输出模拟太阳通量为1kW/m²，该滤光片由太阳能功率计(TM-207)校准。非直接接触式太阳能蒸发装置通过将吸水棉作为1D水道穿过多孔发泡聚苯乙烯泡沫(EPS)来构建，该泡沫用作CPAS(直径～2.5cm，厚度～1.2cm)的绝缘体和支撑物。将水置于直径为4cm、深度为7cm的圆柱形容器中。然后，在1kW/m²的模拟阳光下将蒸发装置预热60min，并通过连接到计算机的实验室天平(Tianma Henderson，0.0001g)记录稳态条件下水下的质量变化。通过红外辐射相机(FL-IR，testo 865)监测实时表面温度。

所有太阳能蒸汽产生实验均在26±2℃的环境温度和35±3％的湿度下进行。

实施例2验证AG含量的影响

一方面，基于实施例1，本实施例通过对CPAS中AG的含量进行调整，设置了空白对照和实施例2.1-实施例2.3，用AG与PVA质量比的变化来验证AG含量对CPAS性能的影响。具体地，参数设置和测试结果如表1所示，水凝胶的孔分布如图4所示。

其中，饱和含水量(Q_S)采用公式(1)计算：

Q_S＝(m₂-m₁)/m₁ (1)

公式(1)中参数的获取方式为：冻干一定大小的水凝胶，称量质量为m₁。之后，将其浸入培养皿中的清水中，并在不同的时间间隔小心地取出，用滤纸吸干表层水后再称量，直到重量不再变化时的质量为m₂；除了计算饱和含水量外，还基于这些数据计算水凝胶的溶胀速率，其结果如图5所示。

另外，通过压汞仪(AUTOPORE 9600)确定水凝胶的孔径分布及孔隙率。将水凝胶冻干后利用公式ρ＝m/v计算得到干密度。

表1

由表1和图4可验证，AG/PVA随着AG含量增加，CPAS的三维多孔结构发生了变化，具体表现为：水凝胶的孔径尺寸和孔隙率呈现逐渐递减的趋势，与之相应地，干密度则逐渐增大。空白对照Ⅰ、实施例2.1、实施例2.2的孔径尺寸更分散，实施例1的孔径尺寸小于100μm，集中均匀分布在60μm左右，而实施例2.3则显示不均匀的孔径分布以及更低的汞浸入量，表明其闭孔结构占据多数。

过高的饱和含水量将严重削弱蒸发器表面的热定型效果，结合表1和图5，对比溶胀速率和饱和水含量可证实，添加AG的CPAS的饱和含水量低于空白对照Ⅰ，尤其以实施例1和实施例2.3的饱和含水量低于CPAS的平均饱和含水量27.28％；结合水凝胶孔径尺寸的测试结果可证实，实施例1表现出相对较慢的水传输速率和较低的饱和水含量(26.60g/g)，其孔道结构在促进太阳能驱动蒸发方面更具有优势。

另一方面，以纯水为对照，设计了暗蒸发实验，即在室温和环境空气压力下，将纯净的液态水和具有相同表面积的CPAS共同放置于一个封闭的干燥器中，内部并带有过饱和的碳酸钾溶液。记录黑暗条件下蒸发质量变化，计算得到不同水凝胶的暗蒸发速率，并通过公式(2)计算水凝胶的等效蒸发焓。

U_in＝E_equm_g＝E₀m₀ (2)

其中E₀和m₀分别表示水(无水凝胶蒸发器)在黑暗条件下的蒸发焓和质量变化。m_g为相同环境下条件下CAPS的质量变化。

进一步测试了水凝胶的太阳能蒸发性能。在恒定的太阳辐射下(1kW/m²)记录了含水凝胶和不含水凝胶纯水样品的质量随时间的变化情况，以表示水的蒸发质量，并根据水的蒸发量进一步计算水凝胶和纯水的蒸发速率。太阳能蒸汽转换的蒸发速率(η)可通过以下公式(3)计算：

η＝m E_equ/C_optP₀ (3)

其中m为达到稳态条件时的净质量通量，P₀为一个太阳的太阳辐射功率(1kW/m²)，C_opt为指吸收体表面上的光学浓度。E_eq是CPAS中水的等效蒸发焓，可以通过在黑暗条件下以相同的能量输入(Uin)蒸发水来估算。测试结果如表2所示。

表2

由表2可验证，与纯水相比，使用CPAS的太阳能蒸发器中水的等效蒸发焓值降低，暗蒸发速率升高。其中，实施例1和实施例2.3的等效蒸发焓低于使用CPAS的太阳能蒸发器的平均等效蒸发焓(1066.39J/g)、暗蒸发速率高于使用CPAS的太阳能蒸发器的平均暗蒸发速率(0.59kg/m²h)，尤其以实施例1显示出最快的暗蒸发速率0.61kg/m²h和最低的等效蒸发焓1024.73kJ/kg。

此外，由表2可验证在1个太阳光照射下(1kW/m²)，含有水凝胶样品太阳能蒸发器的蒸发速率均大于纯水。通过空白对照Ⅰ也可以观察到，添加AG可以提高太阳能蒸汽生产能力。具体来说，实施例1和实施例2.3的蒸发速率高于使用CPAS的太阳能蒸发器的平均蒸发速率(3.32kg/m²h)，其中，实施例1的蒸发速率为3.56kg/m²h，分别是空白对照Ⅰ和纯水对照的1.23和6.85倍，实施例1也表现出最优的太阳能转换效率(93.91％)，表明其蒸发性能最佳。而实施例2.3的蒸发速率略为降低，推测可能是由于其具有较低的蒸发焓及较低的孔隙率导致蒸发表面水供应不足而导致的。

另一方面，进行空白对照Ⅰ和实施例1的动态力学分析，结果如图6所示。空白对照Ⅰ和实施例1水凝胶的储能模量(G')和损失模量(G”)均显示出广泛的线性粘弹性趋势，揭示了水凝胶的交联状态。通过引入AG组分，实施例1的G’和G”均高于空白对照Ⅰ，表明CPAS具有更强的力学性能。此外，实施例1的G’值略高于空白对照Ⅰ，这表明两种水凝胶具有相似的聚合物骨架，但CPAS具有更多的交联点和更高的弹性。

此外，较高的G”值反映了AG的存在，这有利于聚合物链的滑移。这些结果表明，AG的添加增加了PVA水凝胶骨架的弹性，同时增加了链之间的相对滑动能力。这是由于自聚的AG分子和PVA分子链之间的缠绕形成了物理交联点。

本实施例测试结果表明，CPAS中引入AG，有效降低太阳能蒸发器的蒸发焓并提升其蒸发速率，因此，本发明CPAS中原料AG与PVA的质量比可设为1：7.5～30。进一步，当AG/PVA质量比为1:7.5～10，蒸发焓和蒸发速率的表现均高于平均值，因而CPAS中原料AG与PVA的质量比进一步优选为1:7.5～10。更进一步，当AG/PVA质量比为1:10，等效蒸发焓达到最低值，当AG/PVA质量比为1:7.5时其等效蒸发焓有一定的升高；当AG/PVA质量比为1:10，暗蒸发速率和蒸发速率均达到最高值，当AG/PVA质量比为1:7.5时，暗蒸发速率和蒸发速率有所降低，这说明AG/PVA质量比为1:7.5～10的区间范围内出现了拐点，因此，本发明CPAS中AG/PVA质量比更进一步优选为1:9～10。

实施例3验证CPAS的耐盐性

一方面，本实施例中采用实施例1所制备CAPS，测试其在不同盐浓度下的太阳能蒸发器的性能。根据所处理盐水盐浓度的不同，本实施例设置实施例3.1-实施例3.5。具体地，通过记录1太阳光照下水凝胶的质量变化，进一步计算蒸发速率和蒸发效率，其中蒸发效率采用公式(3)进行计算。测试的参数设置和结果如表3所示。

表3

由表格3可验证，在5wt％NaCl溶液条件下，CPAS的蒸发速率为3.41kg/m²h，与其在去离子水中的性能接近(如表2)；即使处理高盐度盐水(如实施例3.5，25wt％NaCl溶液)，太阳能蒸发器的蒸发速率仍可达到2.65kg/m²h。

另一方面，进一步设置空白对照Ⅱ，该空白对照Ⅱ所用水凝胶的制备过程和参数设置与实施例1相同，但未添加SA。测试实施例1和空白对照Ⅱ在1个太阳光照射下饱和盐水(25wt％NaCl溶液)中的持续蒸发性能。实施例1及空白对照Ⅱ在1个太阳光照射下处理饱和盐水过程中、不同时刻的照片分别如图7、图8所示。

结合图7、图8可验证，约7h后，空白对照Ⅱ的表面出现大量盐晶体，这将显著降低光吸收，使其难以保持长期有效蒸发；而实施例1尽管在蒸发器边缘出现了盐晶体，但上表面和底部亲水层仍保持其原始状态，仍然保持有效的光吸收能力。

本实施例测试结果表明，CPAS丰富的多孔结构和疏水表面使其具有高耐盐性，能防止盐结晶并保持高蒸发速度，可满足长期海水淡化水处理和含盐废水处理的耐盐要求。

实施例4验证CPAS的机械性能

一方面，设置空白对照Ⅲ，该空白对照Ⅲ所用水凝胶的制备过程和参数设置与实施例1相同，但未添加CA。本实施例中分别测试湿态下空白对照Ⅰ、空白对照Ⅲ和实施例1的拉伸-应变曲线(如图9)，压缩应力-应变曲线(如图10)。

结合图9、图10可验证，湿润状态下，CPAS具有最优异的抗拉伸强度(6.23kPa)以及断裂应力(6.05kPa)，以及最优异的压缩强度(5.03kPa)和压缩模量(4.80kPa)，说明适量的AG和CA引入有效增强了水凝胶的机械性能。

另一方面，进一步在50％最大应变下对实施例1进行了100次连续压缩-释放循环测试，结果如图11所示。在100次连续循环后，CPAS仍保持原始抗压强度的89.3％；进一步，即使经过上千次的压缩-释放循环后，研究团队在CPAS表面上未观察到明显的裂纹和变形，CPAS几乎保持稳定的蒸发速率。

本实施例证实了CPAS具有良好的机械稳定性，可承受反复压缩、折叠或扭曲，可经受任意形状的裁剪仍保持良好的性能，其使用寿命长，在海水淡化水处理和含盐废水处理等领域具有广泛的应用价值。

实施例5验证SA含量的影响

基于实施例1，本实施例通过对SA含量进行调整，设置了实施例5.1-实施例5.3，用SA与PVA质量比的变化验证SA含量对CPAS性能的影响。具体地，参数设置和测试结果如表4所示。

表4

由表4可验证，太阳能蒸发器的蒸发速率随着CPAS水凝胶中SA含量的增加而增加，实施例1和实施例5.3的蒸发速率高于平均蒸发速率(3.32kg/m²h)，两者的饱和含水量低于平均饱和含水量(28.2g/g)，因此本发明CPAS中原料SA/PVA质量比优选为1:3.75～5。进一步，实施例1的蒸发速率表现最佳，当SA的含量继续增加则蒸发速率下降，可能由于CPAS疏水性增加降低了水凝胶中的饱和水含量和水传输速率，逐渐降低的饱和含水量一定程度上证实了这个结论，由此可推论CPAS在SA/PVA质量比1:3.75～5出现了拐点，基于此，本发明CPAS中原料SA/PVA质量比可设为1:3.75～15，优选为1:3.75～5，更优选为1:4～5。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单改进和润饰，都应当视为属于本发明保护的范围。

Claims (14)

1.一种Janus海绵状水凝胶，其特征在于，采用原料包括PVA、AG、SA和AC，经搅拌发泡和交联反应制备而成；其中，原料AG与PVA的质量比为1：7.5~30，原料SA与PVA的质量比为1:3.75~15；原料AC与PVA的质量比为1:0.8~1.3；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种；其中，PVA为聚乙烯醇的简写，AG为琼脂的简写，SA为疏水性纳米气相SiO2 aerogel的简写，AC为活性炭的简写。

2.根据权利要求1所述的Janus海绵状水凝胶，其特征在于，所述原料AG与PVA的质量比为1:7.5~10。

3.根据权利要求2所述的Janus海绵状水凝胶，其特征在于，所述原料AG与PVA的质量比为1:9~10。

4.根据权利要求1所述的Janus海绵状水凝胶，其特征在于，所述原料SA与PVA的质量比为1:3.75~5。

5.根据权利要求4所述的Janus海绵状水凝胶，其特征在于，所述原料SA与PVA的质量比为1:4~5。

6.根据权利要求1所述的Janus海绵状水凝胶，其特征在于，AC粒径范围为1~20μm。

7.一种Janus海绵状水凝胶的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，将PVA、AG、SA、AC、交联剂、发泡剂、引发剂的混合水溶液Ⅲ，经搅拌发泡后得到水凝胶前驱体溶液；其中，AG与PVA的质量比为1：7.5~30，SA与PVA的质量比为1:3.75~15，AC与PVA的质量比为1:0.8~1.3；所述发泡剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠中的一种或两种；

S2，将步骤S1所得水凝胶前驱体溶液倒入模具中，经交联反应和溶胀得到所述Janus海绵状水凝胶。

8.根据权利要求7所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤S1中混合水溶液Ⅲ的制备包括步骤S1.1-S1.3：

S1.1，制备PVA/AG混合水溶液；在PVA/AG混合水溶液中加入SA和交联剂，得到混合水溶液Ⅰ；

S1.2，将发泡剂、引发剂和AC混合制得混合水溶液Ⅱ；

S1.3，将混合水溶液Ⅰ和混合水溶液Ⅱ混合得到所述混合水溶液Ⅲ。

9.根据权利要求7所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述AG与PVA的质量比为1:7.5~10；所述原料SA与PVA的质量比为1:3.75~5。

10.根据权利要求9所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述AG与PVA的质量比为1:9~10。

11.根据权利要求9所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述原料SA与PVA的质量比为1:4~5。

12.根据权利要求7所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述交联剂为戊二醛、乙二醛中的一种或两种；所述引发剂为过硫酸铵、过硫酸钾中的一种或两种。

13.根据权利要求7所述的Janus海绵状水凝胶制备方法，其特征在于，所述步骤S1中搅拌发泡的转速为400~800r/min，发泡后的体积为发泡前体积的2~4.5倍；所述步骤S2中交联反应温度为50~80℃，时间为1~3h。

14.一种如权利要求1-6任一项所述Janus海绵状水凝胶或由权利要求7-13任一项所述制备方法制得的Janus海绵状水凝胶在海水淡化水处理及含盐废水处理中的应用。