CN114805851A - 一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：（1）将壳聚糖溶于乙酸中得到壳聚糖溶液，聚乙烯醇溶于去离子水中得到聚乙烯醇溶液，混合后得到混合溶液；（2）依次向混合溶液中加入引发剂过硫酸铵、丙烯酸、交联剂戊二醛得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶；（3）将步骤（2）得到的水凝胶倒在丝瓜烙上，在65oC下水浴30 min后得到所述的丝瓜烙基壳聚糖/聚乙烯醇复合水凝胶。本发明提供的生物质复合水凝胶在太阳能净水技术中表现出稳定的脱盐效能和优异污水处理能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶的制备方法，属于高分子聚合领域。
背景技术
淡水是人类生存不可缺少的资源，然而随着世界工业化进展的加快，淡水资源短缺问题也随之而来。幸运的是，近年来提出的水凝胶界面光蒸发技术，为解决水资源危机提供了可能。该技术具有能耗低、成本低、对环境友好等优点。水凝胶是该技术的核心材料，但传统水凝胶用于界面光蒸发技术存在以下两大问题：一是传统水凝胶光吸收能力较弱，导致蒸发速率不高；二是大部分传统水凝胶不是生物质材料，无法做到生物降解，会对环境造成一定程度污染。
针对以上问题，本发明在水凝胶聚合物网络中加入了光吸收材料（中国墨水）来提高光吸收能力，同时以生物质材料壳聚糖（CS）与聚乙烯醇（PVA）为原料，并引入了一种多层丝状纤维结构的生物质材料丝瓜烙，用于提升水的输送能力从而改善水净化效果。制备了一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中的问题，提供一种用于太阳能高效水净化生物质复合水凝胶的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶的制备方法，包括以下步骤：
（1）将壳聚糖溶于乙酸水溶液中得到壳聚糖溶液，聚乙烯醇溶于去离子水中得到聚乙烯醇溶液，混合后得到混合溶液；
（2）依次向混合溶液中加入引发剂过硫酸铵溶液、丙烯酸、交联剂戊二醛得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶；
（3）将步骤（2）得到的水凝胶倒在丝瓜烙上，最后在水浴锅中水浴30 min后得到所述用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
进一步，所述步骤（1）中乙酸水溶液的体积浓度为3％；
进一步，所述步骤（1）中聚乙烯醇的溶解温度为55 oC；
进一步，所述步骤（1）中壳聚糖溶液的质量浓度为10%；
进一步，所述步骤（1）中聚乙烯醇溶液的质量浓度为10%；
进一步，所述步骤（1）中壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为0:1～2:1；
进一步，所述步骤（2）中过硫酸铵溶液质量浓度为1％；
进一步，所述步骤（2）中戊二醛体积浓度为50％；
进一步，所述步骤（3）中丝瓜烙的规格为半径2 cm的圆型；
进一步，所述步骤（3）中水浴温度为65 oC。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1）本发明选用了可生物降解的壳聚糖与聚乙烯醇为原料，聚乙烯醇通过氢键的作用（化学交联）有效固定壳聚糖的结构，使壳聚糖的韧性和力学性能均明显增强。并加入了光吸收材料中国墨水，提升了光吸收能力。
2）引入了一种多层丝状纤维结构的生物质材料丝瓜烙，起到了支撑水凝胶的作用，使其能够漂浮在水体表面。丝瓜烙的特殊结构提升了水的运输能力，增强了水净化的效果。
该技术成本低，无污染，对环境友好，有望在水净化领域获得广泛的应用。
附图说明
图1：图1是本发明以实施案例3所制备的凝胶材料的扫描电镜图。其中(a) 500μm；(b)
2.0μm；(c) 4μm；(d) 400nm。
具体实施方式
实施例一
将3 g聚乙烯醇在55 ℃下溶解于27 g去离子水中，得到聚乙烯醇溶液。之后依次加入2mL质量浓度为1%的引发剂过硫酸铵溶液、5 mL丙烯酸、1 mL光吸收剂中国墨、1 mL体积浓度为50%的交联剂戊二醛。将得到的凝胶溶液倒在半径为2 cm圆形丝瓜烙上，最后65oC下水浴30 min后得到聚乙烯醇水凝胶。
实施例二
将2 g聚乙烯醇在55 ℃下溶解于18 g去离子水中，得到聚乙烯醇溶液；将1 g壳聚糖溶解于9 g乙酸水溶液中，得到壳聚糖溶液。将两种溶液混合均匀，之后依次加入2 mL质量浓度为1%的引发剂过硫酸铵溶液、5 mL丙烯酸、1 mL光吸收剂中国墨、1 mL体积浓度为50%的交联剂戊二醛，得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶。将得到的水凝胶倒在半径为2 cm圆形丝瓜烙上，最后65 oC下水浴30 min后得到用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
实施例三
将1.5 g聚乙烯醇在55 ℃下溶解于13.5 g去离子水中，得到聚乙烯醇溶液；将1.5g壳聚糖溶解于13.5 g乙酸水溶液中，得到壳聚糖溶液。将两种溶液混合均匀，之后依次加入2 mL质量浓度为1%的引发剂过硫酸铵溶液、5 mL丙烯酸、1 mL光吸收剂中国墨、1 mL体积浓度为50%的交联剂戊二醛，得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶。将得到的水凝胶倒在半径为2cm圆形丝瓜烙上，最后65 oC下水浴30 min后得到用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
实施例四
将1 g聚乙烯醇在85 ℃下溶解于9 g去离子水中，得到聚乙烯醇溶液；将2 g壳聚糖溶解于18 g乙酸水溶液中，得到壳聚糖溶液。将两种溶液混合均匀，之后依次加入2 mL质量浓度为1%的引发剂过硫酸铵溶液、5 mL丙烯酸、1 mL光吸收剂中国墨、1 mL体积浓度为50%的交联剂戊二醛，得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶。将得到的水凝胶倒在半径为2 cm圆形丝瓜烙上，最后65 oC下水浴30 min后得到用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
综上，通过调节壳聚糖与聚乙烯醇比例，并进行实验测试，可得实施例3为最佳方案，因此水凝胶的制备方案为实施例3。
上述实施案例仅为本发明的较佳实施例而已，故不能用于限定本发明实施的范围。即依本发明专利实施案例及说明书内容进行修饰或改变，皆应仍属于本发明涵盖的范围内。
Claims (10)
1.一种用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将壳聚糖溶于乙酸水溶液中得到壳聚糖溶液，聚乙烯醇溶于去离子水中得到聚乙烯醇溶液，混合后得到混合溶液；
（2）依次向混合溶液中加入引发剂过硫酸铵溶液、丙烯酸、交联剂戊二醛得到壳聚糖/聚乙烯醇水凝胶；
（3）将步骤（2）得到的水凝胶倒在丝瓜烙上，最后在水浴锅中水浴30min后得到所述用于太阳能高效水净化的生物质复合水凝胶。
2.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：乙酸水溶液的体积浓度为3％。
3.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：聚乙烯醇的溶解温度为55oC。
4.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：壳聚糖溶液的质量浓度为10%。
5.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：聚乙烯醇溶液的质量浓度为10%。
6.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中：壳聚糖和聚乙烯醇的质量比为0:1～2:1。
7.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中：过硫酸铵溶液质量浓度为1％。
8.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中：戊二醛体积浓度为50％。
9.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中：丝瓜烙的规格为半径2 cm的圆。
10.根据权利要求1所述的一种用于太阳能高效水净化的壳聚糖/聚乙烯醇生物质复合水凝胶的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）中：水浴温度为65oC。
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