一种海藻糖改性光热水凝胶及其制备方法和应用

1.本发明属于水凝胶技术领域，具体涉及一种海藻糖改性光热水凝胶及其制备方法和应用。


背景技术：

2.随着经济的迅速法阵，水环境污染越来越受人们的关注，发展高效、绿色、可持续的水净化技术可以有效增加水资源供给，缓解水资源瓶颈制约。传统的水净化技术包括例如多级闪蒸、电渗析法、反渗透法，均面临能耗较高、碳排放量大、效率偏低等问题；而太阳能水净化技术可降低对能源的需求，但对整体水进行加热蒸发，差的太阳光吸收能力和较大的热损失使光热转换效率较低(30～45％)。
3.新兴的太阳能界面海水淡化技术主要利用界面优异的聚热能力，仅使空气-水界面处少量的水被加热，通过界面加热系统设计、光热材料优化、热管理和水传输调控使太阳能界面水净化效率大幅提高(》80％)，同时设计便携式太阳能蒸馏器进行淡化水收集，将有望为沿海城市、贫困地区提供充足廉价的饮用水，进一步促进水净化技术朝着低碳环保、低成本、可持续等方向发展。
4.目前，多种新型的光热材料包括金属纳米颗粒、半导体材料、碳基材料、水凝胶等被用作光热材料制备清洁水。cn114456308a公开了一种光热水凝胶、制备方法及其应用、光热转化蒸发器；所述制备方法包括下列步骤：(1)将两性离子聚合物单体、阳离子聚合物单体、交联剂和光热纳米粒子分散在水中，得到前驱体溶液；(2)在所述前驱体溶液中加入引发剂，加热发生自由基聚合反应，或者在所述前驱体溶液中加入催化剂引发自由基聚合反应，得到所述光热水凝胶。该发明通过两性离子与阳离子共聚物复合光热粒子制备兼具抗粘附、抑菌和抗盐的复合光热水凝胶，实现其在达到良好的光热水蒸发效率的同时具有抗粘附、抑菌、抗盐的性能，保证材料能够连续稳定地进行光热水蒸发产生淡水。
5.但是，包括上述发明在内的现有技术中提供的一些光热材料虽然能够提供良好的机械强度和抵抗钝性损伤，但是主要为压缩、弯曲、折叠和扭曲等。而在实际应用中，面对较强表面波浪冲刷力的动态环境中，光热材料容易受到一些其他机械损伤，例如拉伸、切割、撕裂和摩擦，小的物理损伤的积累会降低材料的性能并最终导致整个器件的故障，这给抗损伤材料的设计带来了更高的挑战，使得光热材料的机械强度和柔韧性之间出现了两难境地，以及在低温环境下水凝胶的耐损伤能力有待进一步提高。
6.因此，亟需开发一种在恶劣条件下兼顾强韧性、优异光热转换性能以及高稳定性的海藻糖改性光热水凝胶。


技术实现要素：

7.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种海藻糖改性光热水凝胶及其制备方法和应用，借助海藻糖与亲水性聚合物网络之间的强分子间作用力，以及光吸收剂所具有的优异的光热转换性能，使得到的海藻糖改性光热水凝胶兼具优异的机械性能和光热
转换性能，能够利用太阳能从不可用常规水源中制备符合饮用标准的清洁水，适合在净水处理或污水处理中应用。
8.为达到此发明目的，本发明采用以下技术方案：
9.第一方面，本发明提供一种海藻糖改性光热水凝胶，所述海藻糖改性光热水凝胶的材料包括亲水性聚合物、光吸收剂、海藻糖、交联剂和引发剂。
10.本发明提供的海藻糖改性光热水凝胶采用海藻糖作为改性增韧剂，通过类共价氢键增强策略，借助其与亲水性聚合物网络之间的强分子间作用力(例如，氢键)，使得到的海藻糖改性光热水凝胶具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，搭配光吸收剂所具有的优异光转换性能，使最终得到的海藻糖改性光热水凝胶兼具优异的机械性能和光热转换性能，进而能够从不可用常规水源(例如海水、高盐度卤水、高盐污水、高油废水等)中制备出符合饮用标准的清洁水，且对于清洁水的收集速率较高，对于污染物的去除率较高，同时对于使用环境的要求较低，能够在包括室外陆地、湖面、动态海面等严苛环境下使用，还具有较长的使用寿命，进而适合在污水处理以及净水处理中应用。
11.优选地，所述海藻糖改性光热水凝胶的制备原料中光吸收剂的质量百分含量为0.02～0.5％，例如0.04％、0.06％、0.08％、0.1％、0.15％、0.2％、0.25％、0.3％或0.4％等。
12.优选地，所述光吸收剂包括氧化石墨烯、活性炭、纤维素、碳纳米管或mxene中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为氧化石墨烯。
13.作为本发明的优选技术方案，本发明优选富含氧官能团的氧化石墨烯作为光吸收剂。
14.优选地，所述海藻糖改性光热水凝胶的材料中海藻糖的质量百分含量为3～30％，例如5％、7％、9％、11％、13％、15％、17％、19％、21％、23％、25％、27％或29％等。
15.优选地，所述海藻糖改性光热水凝胶的制备原料中亲水性聚合物的质量百分含量为10～20％，例如11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％或19％等。
16.优选地，所述亲水性聚合物包括聚丙烯酰胺、聚海藻酸钠、聚乙烯醇、壳聚糖或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。
17.优选地，所述交联剂包括n,n-亚甲基双丙烯酰胺和/或四甲基乙二胺。
18.优选地，所述引发剂包括过硫酸铵、[2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯]-1-丙酮(irgacure 2959)、二水合硫酸钙或二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷中的任意一种或至少两种的组合。
[0019]
第二方面，本发明提供一种如第一方面所述海藻糖改性光热水凝胶的制备方法，所述制备方法包括方法a或方法b；
[0020]
所述方法a包括：将海藻糖、光吸收剂和亲水性聚合物的单体在水中混合，加入交联剂和引发剂进行聚合，得到所述海藻糖改性光热水凝胶；
[0021]
所述方法b包括：将亲水性聚合物溶解在水中，加入海藻糖和光吸收剂进行冻融，得到所述海藻糖改性光热水凝胶。
[0022]
优选地，在方法a中，所述混合的时间为5～7h，例如5.2h、5.4h、5.6h、5.8h、6h、6.2h、6.4h、6.6h或6.8h等。
[0023]
优选地，在方法a中，所述聚合包括光聚合和/或热聚合，具体选择何种聚合方式需
要根据添加的引发剂类型进行确定。
[0024]
优选地，所述热聚合的温度为80～100℃，例如82℃、84℃、86℃、88℃、90℃、92℃、94℃、96℃或98℃等。
[0025]
优选地，在方法a中，所述聚合的时间为0.5～4h，例如1h、1.5h、2h、2.5h、3h或3.5h等。
[0026]
优选地，在方法a所述聚合以及方法b所述冻融结束后还包括加入还原剂进行还原的步骤。
[0027]
需要说明的是，选择氧化石墨烯作为光吸收剂时，还原前的水凝胶呈现咖啡色，不具有光热转换性能，还原后变为黑色，具有光热转换性能。
[0028]
优选地，所述还原剂包括水合肼。
[0029]
优选地，方法a所述聚合以及方法b所述冻融结束后均还包括在紫外光下进行还原的步骤。
[0030]
第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的海藻糖改性光热水凝胶在海水淡化或污水处理中的应用。
[0031]
相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0032]
本发明提供的海藻糖改性光热水凝胶的材料包括亲水性聚合物、光吸收剂、海藻糖、交联剂和引发剂；采用海藻糖作为改性增韧剂，采用类共价氢键增强策略，借助其与亲水性聚合物网络之间的强分子间作用力，使得到的海藻糖改性光热水凝胶具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，搭配添加光吸收剂，使最终得到的海藻糖改性光热水凝胶兼具优异的机械性能和光热转换性能，进而具有优异的净水能力。
附图说明
[0033]
图1为实施例1得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的实物图；
[0034]
图2为实施例1得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的扫描电子显微镜图；
[0035]
图3为实施例1～5和对比例1得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶的拉伸断裂曲线图；
[0036]
图4为实施例1～5得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶在一个太阳光强度照射下的界面温度图；
[0037]
图5为实施例1～5得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶在一个太阳光强度照射下的海水蒸发速率图；
[0038]
图6为实施例2提供的聚丙烯酰胺光热水凝胶在不同盐度海水中的海水蒸发速率图；
[0039]
图7为实施例7得到的聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶对于水中挥发性有机物的去除率图；
[0040]
图8为实施例12得到的聚乙烯醇光热水凝胶对于水中高浓度油的去除率图。
具体实施方式
[0041]
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
[0042]
制备例1
[0043]
一种氧化石墨烯，其制备方法包括如下步骤：
[0044]
(1)将400ml浓硫酸(98％)加入1000ml的大烧杯中，并将大烧杯固定在冰水浴中，开动机械搅拌并依次加入16g天然鳞片石墨(200～1000目)和8g硝酸钠，在此冰水浴中继续搅拌30min后，向上述反应体系中缓慢加入64g高锰酸钾并保证反应体系的温度始终低于0℃，之后在此温度下继续反应2h；
[0045]
(2)将上述反应体系转移至35℃恒温水浴中继续搅拌30min，之后采用恒流泵向反应体系中加入600ml去离子水，加水速度先慢后快，从而保证反应体系温度不超过40℃；
[0046]
(3)将上述反应体系转移至98℃恒温水浴中继续搅拌，约40min后体系变为亮黄色，此时停止反应并将所得产物缓慢倒入1000ml去离子水中，向其中缓慢加入80ml过氧化氢(30％)并持续搅拌直至无气泡产生；
[0047]
(4)将上述反应产物倒入布氏漏斗中趁热过滤，并用300ml稀盐酸(5％)分三次对滤饼进行洗涤，之后将滤饼重新分散在1000ml去离子水中并装入透析袋(截留分子量为8000～14000da)中进行透析，待透析液电导率降至8μs cm-1
以下后对其进行离心除杂及浓缩，得到所述氧化石墨烯。
[0048]
实施例1
[0049]
一种海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶，其制备方法包括：将海藻糖、0.7g丙烯酰胺和1ml(4mg ml-1
)的氧化石墨烯水溶液(制备例1)均匀混合到5ml去离子水中，得到混合溶液(混合溶液中海藻糖的质量百分含量为5wt％)，再添加40μl n,n-亚甲基双丙烯酰胺和200μl过硫酸铵分别作为交联剂和引发剂，用电磁搅拌器均匀后暴露于紫外光照射下以聚合2h，最后在水合肼蒸汽下，将氧化石墨烯由咖啡色还原成黑色，得所述海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶。
[0050]
实施例2～5
[0051]
一种海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶，其与实施例1的区别仅在于，混合溶液中海藻糖的质量百分含量分别为10wt％、15wt％、20wt％和30wt％，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
[0052]
实施例6
[0053]
一种海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶，其制备方法包括：将海藻糖粉末、13.5g丙烯酰胺、3.25g海藻酸钠和10ml(4mg ml-1
)氧化石墨烯水溶液(制备例1)溶解分散在100ml蒸馏水中，形成水溶液(水溶液中海藻糖的质量百分含量为5wt％)，搅拌6h后，在水溶液中加入0.0081g n,n-亚甲基双丙烯酰胺、0.0336g四甲基乙二胺、0.135g过硫酸铵和0.297gcaso4·
2h2o，将溶液脱气后倒入丙烯酸模具中，并在室温下保持24h以保证完全聚合，随后在水合肼蒸汽下还原氧化石墨烯，使其由咖啡色变成黑色，得到所述海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶。
[0054]
实施例7～10
[0055]
一种海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶，其与实施例6的区别仅在于，水溶液中海藻糖的质量百分含量分别为10wt％、15wt％、20wt％和30wt％，其他物质、用量和制备方法均与实施例6相同。
[0056]
实施例11
[0057]
一种海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶，其制备方法包括：在80℃下加热制备含有
12wt％聚乙烯醇的水溶液，将海藻糖、1ml(4mg ml-1
)氧化石墨烯水溶液(制备例1)分别添加到上述聚乙烯醇溶液中(聚乙烯醇溶液中海藻糖的质量百分含量为5wt％)，将聚乙烯醇溶液超声处理并涡旋1h以去除气泡并确保聚合物溶液充分混合，然后将聚乙烯醇溶液倒入丙烯酸模具中，然后在-20℃下冷冻18h，然后在室温下冷却30min，连续三个循环，随后在紫外光的照射下还原氧化石墨烯，使其由咖啡色变成黑色，得到所述海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶。
[0058]
实施例12～15
[0059]
一种海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶，其与实施例11的区别仅在于，聚乙烯醇溶液中海藻糖的质量百分含量分别为10wt％、15wt％、20wt％、30wt％，其他物质、用量和制备方法均与实施例11相同。
[0060]
对比例1
[0061]
一种聚丙烯酰胺光热水凝胶，其与实施例1的区别仅在于，未添加海藻糖，其他物质、用量和制备方法均与实施例1相同。
[0062]
性能测试：
[0063]
1、对海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的实验分析：
[0064]
(1)外观：采用目测以及扫描电子显微镜(jsm-7610f，jeol，japan)对实施例1得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶进行观测，得到实施例1提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的实物图如图1所示，得到实施例1提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的扫描电子显微镜图如图2所示；从图1可以看出，实施例1成功制备得到了黑色大面积的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶；从图2可以看出，实施例1得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶具有多孔结构，这更加利于水传输。
[0065]
(2)机械性能：采用微机控制电子万能试验机(cmt6104)对实施例1～5得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶以及对比例1得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶进行测试，测试水凝胶的长度为20mm，宽度为10mm，厚度为5mm，拉伸速率为1mm/s；测试得到实施例1～5和对比例1得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶的拉伸断裂曲线图如图3所示；从图3可以看出，实施例1～5得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的拉伸强度分别为5.42kpa、5.76kpa、7.16kpa、9.05kpa、9.16kpa，拉伸长度分别为1400％、2010％、2800％、3230％和4200％，而对比例1得到的聚丙烯酰胺水凝胶的拉伸强度仅为4.67kpa，拉伸长度仅为960％；这说明添加海藻糖有助于提升聚丙烯酰胺水凝胶的机械性能，且随着海藻糖质量百分含量的增加，由于海藻糖能够提供更多的活性位点，从而能更好的修复聚丙烯酰胺水凝胶网络中的悬链和环缺陷，使得到的光热水凝胶随着海藻糖含量的增加表现出更优的可拉伸韧性和断裂强度等机械性能。
[0066]
(3)聚热能力：将实施例1～5得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶分别用于太阳能界面海水淡化实验中，并设置空白海水作为对照组，在太阳光的吸收率》98％以及一个太阳光照强度下对不同实验组的海水界面温度进行测试，具体测试方法为使用热红外成像仪(美国福禄克fluke)监测水凝胶界面温度(拍照，显示具体温度，记录数据)；测试得到实施例1～5得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶在一个太阳光强度照射下的界面温度图如图4所示；从图4可以看出，实施例1～5提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的海水界面温度稳定在35～40℃，远高于空白对照组海水的温度(25～27.5℃)，说明实施例1～5提供的海
藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶具有优异的聚热能力。
[0067]
(4)海水蒸发速率：首先将实施例1～5提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶分别用于太阳能界面海水淡化实验中，设置空白海水作为对照组，在太阳光的吸收率》98％以及一个太阳光照强度下对海水蒸发速率进行测试，测试方法为打开太阳光光源，调整光强强度为一个太阳光(1kw m-2
)，使用电子天平实时监测海水质量变化，得到一个小时内损失的水质量，除以光热水凝胶的面积，得到蒸发速率；得到实施例1～5得到的聚丙烯酰胺光热水凝胶在一个太阳光强度照射下的海水蒸发速率如图5所示；从图5可以看出，实施例1～5得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶的海水淡化速率分别为3.24kg m-2
h-1
、3.75kg m-2
h-1
、3.20kg m-2
h-1
、2.73kg m-2
h-1
、2.74kg m-2
h-1
和2.54kg m-2
h-1
，相对于空白水有明显提升；
[0068]
再将实施例2得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶应用到处理含有不同盐度浓(2.5～25wt％)的水中获取清洁水实验中，得到实施例2提供的聚丙烯酰胺光热水凝胶在不同盐度海水中的海水蒸发速率图如图6所示；从图6可以看出，实施例2提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶在不同盐度海水中蒸发速率维持在3.80kg m-2
h-1
，没有明显的降低；同时通过电感耦合等离子体光谱仪(icp，型号为prodigy xp)测试原始海水中离子浓度以及收集的淡化水离子浓度，计算去除率，得到实施例2提供的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶对于海水中各种离子去除率不低于99％。
[0069]
综上，可以看出，实施例1～5得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺光热水凝胶不仅具有优异的机械性能且具有优异的海水淡化能力；此外，在真实海水中(取自渤海海水)持续海水淡化，在室外陆地、湖面或者海面上，环境温度为-10℃下连续运行800h后蒸发速率依然保持稳定，表明其具有优异的耐用性、稳定性和抗污染能力，能够实现长时间太阳能界面海水淡化制备清洁水。
[0070]
2、对海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶的实验分析：
[0071]
(1)参照前述实验方法对实施例6～10得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶进行机械性能、聚热能力和海水蒸发速率测试，测试结果如表1所示：
[0072]
表1
[0073][0074]
从表1的数据可以看出：
[0075]
首先，对于实施例6～10制备得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶而言，拉伸强度和断裂伸长率的范围分别为5～15kpa和1000～3000％，且随着海藻糖含量的增加，由于海藻糖能够提供更多的活性位点，从而更好的修复聚丙烯酰胺水凝胶网络中的悬链和环缺陷，使海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶随着海藻糖含量的增加表现出更优的可拉伸韧性和断裂强度等机械性能；
[0076]
其次，将实施例6～10制备得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶分别用于太阳能界面水净化处理中，在太阳光吸收率》98％以及一个太阳光照强度下，界面温度稳定在38℃左右，远高于空白对照组海水的温度26.5℃，这表明实施例6～10制备得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶具有优异的聚热能力，且其相应的太阳能界面海水淡化速率范围为2.0～3.20kg m-2
h-1
。
[0077]
(2)挥发性有机物的去除率：将实施例7得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶应用到处理含有挥发性有机物(例如苯酚、三氯乙烯、二氯甲烷、甲苯、乙腈等，浓度为100～2000ppm)的水中获取清洁水，蒸发速率不低于2.0kg m-2
h-1
，测试得到实施例7得到的聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶对于水中挥发性有机物的去除率图如图7所示；从图7可以看出，实施例7得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶对于挥发性有机物的去除率不低于98％，且经测试显示在环境温度为25℃，连续运行400h后蒸发速率依然保持稳定，表明其能够实现从含有挥发性有机物的水源中长时间高效的制备清洁水。
[0078]
3、对海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶的实验分析：
[0079]
(1)参照前述测试方法对实施例11～15得到的海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶进行机械性能、聚热能力和海水蒸发速率测试，测试结果如表2所示：
[0080]
表2
[0081][0082][0083]
从表2的数据可以看出：
[0084]
首先，实施例11～15制备得到的海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶而言，拉伸强度和断裂伸长率的范围分别为5～15kpa和1000～3000％，且随着海藻糖含量的增加，海藻糖能够提供更多的活性位点，从而更好的修复聚丙烯酰胺水凝胶网络中的悬链和环缺陷，使
光热水凝胶随着海藻糖含量的增加表现出更优的可拉伸韧性和断裂强度等机械性能；
[0085]
其次，将实施例11～15制备得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶用于太阳能界面水净化处理中，太阳光吸收率》98％，在一个太阳光照强度下其界面温度稳定在38℃，远高于空白对照组海水的温度(26.5℃)，表明实施例11～15制备得到的海藻糖改性聚丙烯酰胺和海藻酸钠双网络光热水凝胶具有优异的聚热能力，且其相应的太阳能界面海水淡化速率范围为2.0～3.20kg m-2
h-1
。
[0086]
(2)高浓度油去除率：将实施例12得到的海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶应用到处理含有高浓度油(例如，正辛烷、十六烷、甲苯、柴油、原油，水油体积比例为100:1)的水中获取清洁水，蒸发速率不低于2.2kg m-2
h-1
，得到实施例12得到的海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶对于水中高浓度油的去除率图如图8所示，从图8可以看出，海藻糖改性聚乙烯醇光热水凝胶对于油的去除率不低于98.5％，且在室外陆地，环境温度为0℃，连续运行600h后蒸发速率依然保持稳定，表明其能够实现从含有高浓度油的水源中长时间高效的制备清洁水。
[0087]
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明一种海藻糖改性光热水凝胶及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述工艺步骤，即不意味着本发明必须依赖上述工艺步骤才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。

技术特征：
1.一种海藻糖改性光热水凝胶，其特征在于，所述海藻糖改性光热水凝胶的材料包括亲水性聚合物、光吸收剂、海藻糖、交联剂和引发剂。2.根据权利要求1所述的海藻糖改性光热水凝胶，其特征在于，所述海藻糖改性光热水凝胶的制备原料中光吸收剂的质量百分含量为0.02～0.5％；优选地，所述光吸收剂包括氧化石墨烯、活性炭、纤维素、碳纳米管或mxene中的任意一种或至少两种的组合，进一步优选为氧化石墨烯；优选地，所述海藻糖改性光热水凝胶的制备原料中海藻糖的质量百分含量为3～30％。3.根据权利要求1或2所述的海藻糖改性光热水凝胶，其特征在于，所述海藻糖改性光热水凝胶的制备原料中亲水性聚合物的质量百分含量为10～20％；优选地，所述亲水性聚合物包括聚丙烯酰胺、聚海藻酸钠、聚乙烯醇、壳聚糖或聚乙二醇中的任意一种或至少两种的组合。4.根据权利要求1～3任一项所述的海藻糖改性光热水凝胶，其特征在于，所述交联剂包括n,n-亚甲基双丙烯酰胺和/或四甲基乙二胺。5.根据权利要求1～4任一项所述的海藻糖改性光热水凝胶，其特征在于，所述引发剂包括过硫酸铵、[2-羟基-2-甲基-1-[4-(2-羟基乙氧基)苯]-1-丙酮、二水合硫酸钙或二苯基-(2,4,6-三甲基苯甲酰)氧磷中的任意一种或至少两种的组合。6.一种如权利要求1～5任一项所述海藻糖改性光热水凝胶的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括方法a或方法b；所述方法a包括：将海藻糖、光吸收剂和亲水性聚合物的单体在水中混合，加入交联剂和引发剂进行聚合，得到所述海藻糖改性光热水凝胶；所述方法b包括：将亲水性聚合物溶解在水中，加入海藻糖和光吸收剂进行冻融，得到所述海藻糖改性光热水凝胶。7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，在方法a中，所述混合的时间为5～7h；优选地，在方法a中，所述聚合包括光聚合和/或热聚合；优选地，所述热聚合的温度为80～100℃；优选地，在方法a中，所述聚合的时间为0.5～4h。8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，方法a所述聚合以及方法b所述冻融结束后均还包括加入还原剂进行还原的步骤；优选地，所述还原剂包括水合肼。9.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于，方法a所述聚合以及方法b所述冻融结束后均还包括在紫外光下进行还原的步骤。10.一种如权利要求1～5任一项所述的海藻糖改性光热水凝胶在海水淡化或污水处理中的应用。

技术总结
本发明提供一种海藻糖改性光热水凝胶及其制备方法和应用，所述海藻糖改性光热水凝胶的材料包括亲水性聚合物、光吸收剂、海藻糖、交联剂和引发剂；采用海藻糖作为改性增韧剂，通过类共价氢键增强策略，借助其与亲水性聚合物网络之间的强分子间作用力，使得到的海藻糖改性光热水凝胶具有较高的拉伸强度和断裂伸长率，搭配添加光吸收剂，使最终得到的海藻糖改性光热水凝胶兼具优异的机械性能和光热转换性能，进而具有优异的净水能力。进而具有优异的净水能力。进而具有优异的净水能力。


技术研发人员：张盼盼 纪志永 王海洋 赵崧阳
受保护的技术使用者：河北工业大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/6