一种应用于太阳能蒸发水的载银聚乙烯醇海绵及其制备方法和应用

1.本发明属于太阳能海水淡化和污水处理领域，具体涉及一种应用于太阳能蒸发水的载银聚乙烯醇海绵及其制备方法和应用。


背景技术：

2.发展可再生能源对于解决化石燃料的日益短缺、全球变暖、淡水资源短缺等当今社会严峻问题具有重要意义。从地球储量极其丰富的海水中提取淡水，是解决淡水资源短缺的主要途径之一。目前，海水淡化最常用的两种方法是反渗透法和蒸馏法。但这两种方法需要高昂的维护费用和化石能源的消耗，因此迫切需要一种低成本且绿色环保的途径来解决淡水资源短缺的问题。
3.与风能、核能、潮汐能和水能等其他能源相比，太阳能被认为是一种安全、可持续的绿色能源，在各领域都有广泛的应用，并逐渐在全球能源消费中占据了重要的地位。
4.太阳能蒸发是一种新兴的太阳能利用方式，其应用范围主要为海水淡化、重金属离子处理、废水处理和蒸馏等。高效的太阳能蒸发系统需要有以下关键特性：高效率的光吸收，防止多数热量散失的隔热材料以及作为水运输通道的多孔性与亲水性。因此，以还原agno3后的纳米银(silver nanoparticles，agnps)作为光热转化材料，聚合物泡沫作为绝热材料，利用毛细管力完成水的不断运输，可简单快速重复地获取淡水，解决了目前利用太阳能蒸发净化水成本高、制备条件复杂、光热转换率低等问题。


技术实现要素：

5.为解决现有技术的不足，本发明提供了一种应用于太阳能蒸发水的载银聚乙烯醇(agnps/pva)海绵及其制备方法和应用。该agnps/pva海绵具有优异的光热转换性能，并且，pva海绵基体本身具有优异的亲水性，可以保证蒸发系统充足、快速的供水，且其较低的导热系数使得散热较少，从而充分利用热能、减少热量损失、加速水蒸发。
6.本发明所提供的技术方案如下：
7.一种应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵的制备方法，包括以下步骤：
8.1)、将pva和去离子水按质量比为1:(9-11)的比例混合，搅拌均匀后水冷或空冷至室温，得到pva溶液；
9.2)、向步骤1)所得的所述pva溶液中边搅拌边加入曲拉通x-100溶液和甲醛溶液；
10.3)、向步骤2)所得的溶液中边搅拌边加入h2so4溶液；
11.4)、向步骤3)所得的溶液中边搅拌边加入agno3溶液；
12.5)、将步骤4)所得的白色乳液置于烘箱中固化1-3h，固化温度为40-50℃，后洗涤干燥；
13.6)、将干燥后的海绵置于还原剂中反应；
14.7)、将还原后的海绵洗涤后干燥，即得到应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵。
15.上述技术方案中：曲拉通x-100作为乳化剂，甲醛作为交联剂，h2so4溶液作为酸催化剂催化交联反应，通过机械搅拌得到发泡乳液，从而再固化形成聚乙烯醇海绵。
16.具体的，步骤1)中，所述的搅拌时间为1-2h，搅拌温度为85-95℃。
17.具体的，步骤2)中：
18.曲拉通x-100溶液的浓度为28wt-32％wt；
19.甲醛溶液的浓度为37％wt-40％wt；
20.pva溶液、曲拉通x-100溶液和甲醛溶液的体积比为(10～15):1:2；
21.搅拌时间为30min，搅拌温度为20-30℃。
22.具体的，步骤3)中：
23.h2so4溶液的浓度为45％wt-55％wt；
24.pva溶液与h2so4溶液的质量比为1:(0.6～0.8)；
25.搅拌时间为4-6min，搅拌温度为20-30℃。
26.具体的，步骤4)中：
27.agno3的浓度为9.4％wt-23.6％wt；
28.pva与agno3质量比为1：(0.0787-0.315)。
29.具体的，步骤6)中：所述还原剂为0.3-1.0m的硼氢化钠溶液，还原时间为20-60min，还原温度为20-30℃，pva溶液与硼氢化钠溶液的质量比为1:(0.3～0.8)。
30.具体的，步骤7)中：干燥为在45-75℃下常压干燥1-5h。
31.本发明还提了上述方法制备得到的应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵。
32.本发明所提供的应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵，其表面带有亲水基团，并且具有优异的光热转换性能，水蒸发速率可达到1.309kg
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m-2
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h-1
，为纯水在一个标准太阳光下蒸发速率的3.5倍，有着优异的蒸发速率。
33.本发明还提供了应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵的应用，用于制备蒸发器。该材料制作的蒸发器工作时，由内部的毛细管力提供水运输的动力，上表层吸收的太阳能转化为热能从而蒸发水分，实现水的蒸发提纯。
附图说明
34.图1为本发明实施例3所述样品输水通道的sem图；
35.图2为本发明实施例3所述样品负载ag的sem图；
36.图3为本发明实施例4所述样品的水蒸发率折线图。
具体实施方式
37.以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
38.实施例1
39.本实例提供了一种应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵的制备方法，具体包括如下步骤：
40.s100、将pva-1788和去离子水按质量比为1:10的比例混合加入，搅拌时间为1h，搅拌温度为95℃，搅拌均匀后水冷或者空冷至室温；
41.s200、将pva溶液(60ml)边搅拌边加入5ml曲拉通x-100(30％wt)和10ml甲醛溶液(37％wt)，搅拌时间为30min，搅拌温度为25℃；
42.s300、将30ml h2so4溶液(50％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为5min，搅拌温度为25℃；
43.s400、将5ml agno3溶液(9.4％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为5min，搅拌温度为25℃；
44.s500、将所得白色乳液置于烘箱中固化2h，固化温度为45℃，后洗涤干燥；
45.s600、将干燥后的海绵置于50ml硼氢化钠溶液(0.5m)中，还原时间0.5h，还原温度25℃；
46.s700、将还原后的海绵用去离子水洗涤干净(即洗涤废水的ph＝7)后，干燥即得到agnps/pva海绵。
47.实施例2
48.本实例提供了一种应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵的制备方法，具体包括如下步骤：
49.s100、将pva-1799和去离子水按质量比为1:11的比例混合加入，搅拌时间为1.5h，搅拌温度为90℃，搅拌均匀后水冷或者空冷至室温；
50.s200、将66ml pva溶液边搅拌边加入5ml曲拉通x-100(30％wt)和10ml甲醛溶液(38wt)，搅拌时间为30min，搅拌温度为25℃；
51.s300、将30ml h2so4溶液(50％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为5min，搅拌温度为25℃；
52.s400、将5ml agno3溶液(18.9％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为5min，搅拌温度为25℃；
53.s500、将所得白色乳液置于烘箱中固化3h，固化温度为40℃，后洗涤干燥；
54.s600、将干燥后的海绵置于50ml硼氢化钠溶液(0.8m)中，还原时间1h，还原温度25℃；
55.s700、将还原后的海绵用去离子水洗涤干净后(即洗涤废水的ph＝7)，干燥即得到agnps/pva海绵。
56.实施例3
57.本实例提供了一种应用于太阳能蒸发水的agnps/pva海绵的制备方法，具体包括如下步骤：
58.s100、将pva-1788和去离子水按质量比为1:9的比例混合加入，搅拌时间为1h，搅拌温度为95℃，搅拌均匀后水冷或者空冷至室温；
59.s200、将54ml pva溶液边搅拌边加入5ml曲拉通x-100(30％wt)和10ml甲醛溶液(40％wt)，搅拌时间为40min，搅拌温度为25℃；
60.s300、将30ml h2so4溶液(50％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为6min，搅拌温度为25℃；
61.s400、将5ml agno3溶液(23.6％wt)边搅拌边加入，搅拌时间为5min，搅拌温度为25℃；
62.s500、将所得白色乳液置于烘箱中固化2h，固化温度为45℃，后洗涤干燥；
63.s600、将干燥后的海绵置于40ml硼氢化钠溶液(1m)中，还原时间0.5h，还原温度25℃；
64.s700、将还原后的海绵用去离子水洗涤干净后(即洗涤废水的ph＝7)，干燥即得到agnps/pva海绵。
65.实施例4
66.本实例采用实施例3制得的agnps/pva海绵进行太阳能水蒸发模拟实验，具体包括如下步骤：
67.s100、取一块直径40mm，高10mm的圆柱状的agnps/pva海绵，用去离子水洗涤数次后烘干；
68.s200、采用氙灯模拟太阳光，氙灯与被测样品之间加装am1.5滤光片过滤氙灯光束，使其波长在可见光范围内拟合太阳光；
69.s300、将样品置于装有模拟海水(3.5％nacl溶液)的烧杯中，用光功率计测量光照强度，用电子天平测量模拟海水的质量变化；
70.如图3所示为测试样品水蒸发速率随时间的变化折线图，被测样品在一个标准太阳光强度的氙灯光源照射下，蒸发速率为1.039kg
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，是纯水在一个标准太阳光强度下蒸发速率的3.5倍。
71.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。