基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910439953.0 (22)申请日 2019.05.24 (71)申请人 厦门大学 地址 361000 福建省厦门市思明南路422号 (72)发明人 吴雪娥王凯车黎明何宁 王远鹏凌雪萍陈晓东 (74)专利代理机构 厦门市首创君合专利事务所 有限公司 35204 代理人 张松亭陈丹艳 (51)Int.Cl. C08J 9/26(2006.01) C08J 3/075(2006.01) C08J 3/24(2006.01) C08L 29/04(2006.01) C08K 。

2、3/04(2006.01) F24S 70/14(2018.01) F22B 1/00(2006.01) (54)发明名称 基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水 凝胶的制备方法 (57)摘要 本发明公开了基于聚乙烯醇和石墨粉的多 孔复合光热水凝胶的制备方法， 常温下通过搅拌 将石墨粉分散在去离子水中， 然后加入聚乙烯醇 搅拌溶解， 再加入适量成孔剂聚乙二醇， 最后进 行低温交联， 依次浸泡在无水乙醇和去离子水中 得到多孔复合水凝胶。 本发明方法制备的多孔复 合光热水凝胶在太阳光的照射下， 能够实现局部 热定位， 从而高效产生水蒸气。 本发明提供的方 法原料低廉， 工艺简单， 能实现大规模的制备。

3、， 制 备的材料机械性能好， 可循环使用。 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 CN 110183714 A 2019.08.30 CN 110183714 A 1.基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于， 包括如下 步骤： 1)石墨粉的分散： 将石墨粉通过剧烈搅拌分散于去离子水中， 其中石墨粉与去离子水 的用量比为0.030.18g： 30mL； 2)聚乙烯醇的溶解分散： 向步骤1)分散有石墨粉的去离子水中加入聚乙烯醇， 在80 90下剧烈搅拌至聚乙烯醇完全溶解， 其中聚乙烯醇与去离子水的用量比为2.53g： 30mL； 3)成孔： 将聚乙二醇溶解于丙酮中得到成孔。

4、剂， 并将成孔剂逐滴加入步骤2)溶解了聚 乙烯醇的溶液中， 持续搅拌至得到黑色粘稠的混合物； 4)低温交联： 将步骤3)所述的混合物置于-20-18下1224h， 得到水凝胶样品； 5)后处理： 将步骤4)的水凝胶样品依次浸泡于无水乙醇和去离子水中， 得到多孔复合 光热水凝胶。 2.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述步骤1)中所述石墨粉的粒径小于30 m， 搅拌时间为0.51h。 3.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述步骤2)中搅拌时间为1.52h。 4.根据权利要求1所述的基于。

5、聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述步骤3)中聚乙二醇的分子量为20000， 聚乙二醇、 丙酮与去离子水的用量 比为0.51.5g： 510mL:30mL。 5.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述步骤5)中将步骤4)的水凝胶样品浸泡于无水乙醇中1224h。 6.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述步骤5)中将步骤4)的水凝胶样品浸泡于去离子水中16h。 7.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述多。

6、孔复合光热水凝胶的组成及其质量分数为石墨粉0.030.18份、 聚乙 烯醇2.53份、 余量为水。 8.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述多孔复合光热水凝胶的反射率小于10。 9.根据权利要求1所述的基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 其特征在于： 所述多孔复合光热水凝胶与二维供水系统结合时， 在光照下产生太阳能蒸汽。 权利要求书 1/1 页 2 CN 110183714 A 2 基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法 技术领域 0001 本发明属于光热转换材料的制备领域， 涉及基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复。

7、合光 热水凝胶的制备方法。 背景技术 0002 水资源短缺和能源短缺是人类当前面临的两大问题， 而太阳能蒸汽技术则是通过 收集太阳能来解决水资源短缺问题。 通过合理设计太阳能光热转换材料来净化水， 能够同 时解决当前突出的能源短缺和水资源短缺的问题， 可以做到一举两得。 0003 碳基材料由于对太阳光的宽带吸收以及自身的化学稳定性而脱颖而出， 其中包括 石墨烯， 碳纳米管等。 然而这些碳基材料导热性能好， 机械性能较脆。 贵金属纳米粒子则由 于局域表面等离子共振效应而受到关注， 但是贵金属纳米粒子昂贵， 而且稳定性差。 此外还 开发出了基于多巴胺和聚吡咯等的光热转换材料。 然而这些都不能同时满。

8、足实际应用中所 需的低成本， 可扩展制造， 生物相容性， 环境友好和良好的耐久性等重要特点。 0004 石墨粉是一种基础而廉价的碳材料， 而聚乙烯醇基水凝胶具有低毒性， 生物相容 性好， 弹性大， 强度高， 吸水量大等特点。 发明内容 0005 本发明的目的在于克服现有技术的不足之处， 提供了基于聚乙烯醇和石墨粉的多 孔复合光热水凝胶的制备方法， 解决了上述背景技术中的问题。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 提供了基于聚乙烯醇和石墨粉的多 孔复合光热水凝胶的制备方法， 包括如下步骤： 0007 1)石墨粉的分散： 将石墨粉通过剧烈搅拌分散于去离子水中， 其中石墨粉与去离 子。

9、水的用量比为0.030.18g： 30mL； 0008 2)聚乙烯醇的溶解分散： 向步骤1)分散有石墨粉的去离子水中加入聚乙烯醇， 在 8090下剧烈搅拌至聚乙烯醇完全溶解， 其中聚乙烯醇与去离子水的用量比为2.53g： 30mL； 0009 3)成孔： 将聚乙二醇溶解于丙酮中得到成孔剂， 并将成孔剂逐滴加入步骤2)溶解 了聚乙烯醇的溶液中， 持续搅拌至得到黑色粘稠的混合物； 0010 4)低温交联： 将步骤3)所述的混合物置于-20-18下1224h， 得到水凝胶样 品； 0011 5)后处理： 将步骤4)的水凝胶样品依次浸泡于无水乙醇和去离子水中， 得到多孔 复合光热水凝胶。 0012 在。

10、本发明一较佳实施例中， 所述步骤1)中所述石墨粉的粒径小于30 m， 搅拌时间 为0.51h。 0013 在本发明一较佳实施例中， 所述步骤2)中搅拌时间为1.52h。 0014 在本发明一较佳实施例中， 所述步骤3)中聚乙二醇的分子量为20000， 聚乙二醇、 说明书 1/3 页 3 CN 110183714 A 3 丙酮与去离子水的用量比为0.51.5g： 510mL:30mL。 0015 在本发明一较佳实施例中， 所述步骤5)中将步骤4)的水凝胶样品浸泡于无水乙醇 中1224h。 0016 在本发明一较佳实施例中， 所述步骤5)中将步骤4)的水凝胶样品浸泡于去离子水 中16h。 0017。

11、 在本发明一较佳实施例中， 所述多孔复合光热水凝胶的组成及其质量分数为石墨 粉0.030.18份、 聚乙烯醇2.53份、 余量为水。 0018 在本发明一较佳实施例中， 所述多孔复合光热水凝胶的反射率小于10。 0019 在本发明一较佳实施例中， 所述多孔复合光热水凝胶与二维供水系统结合时， 在 光照下产生太阳能蒸汽， 其中在模拟一个标准太阳的光照条件下， 所述蒸汽产生速率达 1.8kg m-2h-1。 0020 本技术方案与背景技术相比， 它具有如下优点： 0021 1.原料石墨粉廉价易得， 节约生产成本； 0022 2.以聚乙烯醇为基底的凝胶系统， 机械性能良好， 生物相容性好， 低毒性，。

12、 吸水量 大； 0023 3.将石墨粉与聚乙醇复合的光热转换凝胶系统， 工艺简单， 便于大规模制备， 光热 性能好而且稳定， 能够在光照下高效持续稳定地产生太阳能蒸汽。 附图说明 0024 图1为实施例13制备的多孔复合光热水凝胶实物照片； 0025 图2为实施例13制备的多孔复合光热水凝胶扫描电镜图； 0026 图3为实施例13制备的多孔复合光热水凝胶在紫外可见近红外分光光度计下所 测得的反射率； 0027 图4为实施例13制备的多孔复合光热水凝胶在流变仪下测得的储能模量和损耗 模量； 0028 图5为实施例13制备的多孔复合光热水凝胶在一个标准太阳下蒸汽产生随时间 的变化。 0029 图6。

13、为水凝胶和二维供水系统组合的蒸汽产生装置示意图。 具体实施方式 0030 实施例1 0031 本实施例基于聚乙烯醇和石墨粉的多孔复合光热水凝胶的制备方法， 包括如下步 骤： 0032 将0.03g石墨粉剧烈搅拌1h分散在30mL去离子水中； 加入3g聚乙烯醇， 在80下剧 烈搅拌1.5h实现完全溶解； 将1g聚乙二醇20000溶解在5mL丙酮中， 然后逐滴加入其中， 继续 搅拌得到黑色粘稠的混合物； 将混合物倒入模具中， 放入-20冰箱中过夜， 进行冷冻交联； 从冰箱中取出样品后在无水乙醇中浸泡12h， 然后在去离子水中浸泡2h， 得到复合水凝胶。 0033 用紫外可见近红外分光光度计测量水凝。

14、胶的反射率(即光学性能)， 测试范围为 200-2500nm； 将水凝胶冷冻干燥后， 用扫描电子显微镜观察形貌； 用流变仪测量水凝胶的力 说明书 2/3 页 4 CN 110183714 A 4 学性能(包括储能模量和损耗模量)； 0034 如图6， 用水凝胶和二维供水系统组合的蒸汽产生装置， 包括设置于液体上部的隔 热层， 隔热层内设置供水通道， 所述隔热层上铺设本实施例的水凝胶， 测量水凝胶在一个标 准太阳光照下产生蒸汽的能力。 0035 实施例2 0036 将0.09g石墨粉剧烈搅拌1h分散在30mL去离子水中； 加入3g聚乙烯醇， 在80下剧 烈搅拌2h实现完全溶解； 将0.5g聚乙二。

15、醇20000溶解在10mL丙酮中， 然后逐滴加入其中， 继 续搅拌得到黑色粘稠的混合物； 将混合物倒入模具中， 放入-20冰箱中过夜， 进行冷冻交 联； 从冰箱中取出样品后在无水乙醇中浸泡12h， 然后在去离子水中浸泡2h， 得到复合水凝 胶。 0037 用紫外可见近红外分光光度计测量水凝胶的反射率(即光学性能)， 测试范围为 200-2500nm； 将水凝胶冷冻干燥后， 用扫描电子显微镜观察形貌； 用流变仪测量水凝胶的力 学性能(包括储能模量和损耗模量)； 如图6， 用水凝胶和二维供水系统组合的蒸汽产生装 置， 包括设置于液体上部的隔热层， 隔热层内设置供水通道， 所述隔热层上铺设本实施例的。

16、 水凝胶， 测量水凝胶在一个标准太阳光照下产生蒸汽的能力。 0038 实施例3 0039 将0.18g石墨粉剧烈搅拌1h分散在30mL去离子水中； 加入3g聚乙烯醇， 在85下剧 烈搅拌1.5h实现完全溶解； 将1g聚乙二醇20000溶解在10mL丙酮中， 然后逐滴加入其中， 继 续搅拌得到黑色粘稠的混合物； 将混合物倒入模具中， 放入-20冰箱中过夜， 进行冷冻交 联； 从冰箱中取出样品后在无水乙醇中浸泡24h， 然后在去离子水中浸泡2h， 得到复合水凝 胶。 0040 用紫外可见近红外分光光度计测量水凝胶的反射率(即光学性能)， 测试范围为 200-2500nm； 将水凝胶冷冻干燥后， 用。

17、扫描电子显微镜观察形貌； 用流变仪测量水凝胶的力 学性能(包括储能模量和损耗模量)； 如图6， 用水凝胶和二维供水系统组合的蒸汽产生装 置， 包括设置于液体上部的隔热层， 隔热层内设置供水通道， 所述隔热层上铺设本实施例的 水凝胶， 测量水凝胶在一个标准太阳光照下产生蒸汽的能力。 0041 以上所述， 仅为本发明较佳实施例而已， 故不能依此限定本发明实施的范围， 即依 本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰， 皆应仍属本发明涵盖的范围内。 说明书 3/3 页 5 CN 110183714 A 5 图1 图2 说明书附图 1/4 页 6 CN 110183714 A 6 图3 说明书附图 2/4 页 7 CN 110183714 A 7 图4 说明书附图 3/4 页 8 CN 110183714 A 8 图5 图6 说明书附图 4/4 页 9 CN 110183714 A 9 。