申请日 2020.08.28
公开（公告）日 2020.12.08
IPC分类号 B01D67/00; C02F1/44; C02F1/16; C02F1/14; C02F103/08
摘要
本发明公开了用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜及其制备方法，属于水处理的技术领域。在所述电荷梯度水凝胶膜的截面上，电荷浓度呈连续梯度分布。与传统的多孔疏水膜和传统的太阳能海水淡化蒸发器相比，由于水凝胶中的聚合物网络对液态水的束缚作用和排盐效应，水凝胶膜具有抵抗有机污染和无机盐垢污染的性能，并且，在截面方向上可形成渗透压泵效应，因此，提供了更快的输水速率和更强的排盐效应，可实现更高的产水量和更强的抗污染性。对超高盐浓度的污水也可进行长时间的稳定处理，甚至实现零液体排放。
权利要求书
1.用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜，其特征在于，在所述电荷梯度水凝胶膜的截面上，电荷浓度呈连续梯度分布。
2.用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制备两块电荷浓度不同的水凝胶预聚体膜；
S2，将两块所述水凝胶预聚体膜进行紧密贴合后，放置在无氧环境中进行化学交联，同时，电荷从高浓度端向低浓度端扩散，形成一块电荷浓度呈连续梯度分布的水凝胶膜。
3.根据权利要求2所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述S1具体为：
S101，制备两份电荷浓度不同的水凝胶预聚体溶液；
S102，将两份所述水凝胶预聚体溶液分别倒入不同的模具中进行物理交联，以固化成所述水凝胶预聚体膜。
4.根据权利要求3所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述水凝胶预聚体溶液为引发剂、交联剂、增稠剂和单体混合后得到的均一溶液，所述单体包括中性单体和带电单体中的一种或多种。
5.根据权利要求4所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，两份所述水凝胶预聚体溶液中，单体与引发剂摩尔比均为1:0.0001～1:0.1，单体与交联剂摩尔比均为1:0.0001～1:0.1，单体与增稠剂摩尔比均为1:0.001～1:1。
6.根据权利要求4所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述带电单体采用丙烯酸、丙烯酸钠、甲基丙烯酸、乙烯磺酸、苯乙烯磺酸钠、4-乙烯基-丙磺酸钠、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠、3-丙烯酰胺丙基-三甲基氯化铵、丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、乙烯亚胺、乙烯胺、乙烯吡啶中的一种。
7.根据权利要求4所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述中性单体采用丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-羟乙基丙烯酰胺、甲基丙烯酸羟乙酯、乙二醇中的一种。
8.根据权利要求2所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，还包括S3，将S2中形成的电荷梯度水凝胶膜全部浸泡在吸光剂中，使吸光剂进入到电荷梯度水凝胶膜中。
9.根据权利要求2所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，还包括S3，将S2中形成的电荷梯度水凝胶膜电荷浓度高的一侧浸泡在吸光剂中，使吸光剂集中在电荷梯度水凝胶膜电荷浓度高的一侧。
10.根据权利要求8或9所述的用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，其特征在于，所述吸光剂采用聚吡咯、聚苯胺、聚噻吩、碳纳米管、碳粉中的一种或多种。
说明书
用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜及其制备方法
技术领域
本发明属于水处理的技术领域，更具体地，涉及用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜及其制备方法。
背景技术
随着世界人口的快速增长，人类活动的不断加剧以及由此引发的气候变化和环境污染，地球上能够直接饮用的淡水资源日渐枯竭，水危机已成为全球人类面临的最严重挑战之一，大力发展海水淡化技术将成为缓解淡水资源紧缺的重要途径之一。
工业化海水淡化技术按照热力学原理主要可分为反渗透技术和热法脱盐技术两大类。反渗透法由于能耗低、装置简单，是目前应用最为广泛的淡化技术，然而，反渗透法不能处理盐度大于70g/L的高浓盐水。热法海水淡化技术则由于操作条件对盐度不敏感，可以处理反渗透技术不能处理的高浓度盐水。其中，膜蒸馏和太阳能海水淡化技术作为新兴的热法海水淡化技术，由于可利用工业废热和太阳能直接驱动脱盐，因此，逐渐受到人们关注。
然而，不论是膜蒸馏还是太阳能海水淡化技术，在膜的蒸发界面处容易沉积大量的有机或无机污染物，降低系统的产水率和稳定性，膜污染问题这一挑战严重阻碍了热法海水淡化技术的应用。而水凝胶是一种以水为分散介质的三维聚合物网络，其可以作为水蒸发发生器应用在热法海水淡化系统中具有优异的抗污染性，但如何同时提升水凝胶膜的抗污染和产水率仍然面临挑战。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜，其目的在于解决热法海水淡化系统的产水率和抗污染稳定性无法同时兼顾的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜，在所述电荷梯度水凝胶膜的截面上，电荷浓度呈连续梯度分布。
通过采用上述技术方案，与传统的多孔疏水膜和传统的太阳能海水淡化蒸发器相比，水凝胶膜具有抵抗有机污染和无机盐垢污染的性能。其抵抗有机污染的性能是由于聚合物网络对液态水的束缚作用，其抵抗无机盐垢污染的性能是由于水凝胶本身的高渗透压。并且，由于水凝胶的渗透压大小与电荷浓度成正比关系，电荷梯度水凝胶膜在截面方向上可形成一个渗透压差，该渗透压差为水凝胶内部水分的输运提供了额外的驱动力，从而加快输水速率。因此，该电荷梯度水凝胶膜在热法海水淡化中可实现更高的产水量和更强的抗污染性。对超高盐浓度的污水也可进行长时间的稳定处理，甚至可以把污水中的纯水与溶质完全分离，只留下固态副产物，最终实现零液体排放。
按照本发明的另一个方面，提供了用于热法海水淡化的电荷梯度水凝胶膜的制备方法，包括以下步骤：
S1，制备两块电荷浓度不同的水凝胶预聚体膜；
S2，将两块所述水凝胶预聚体膜进行紧密贴合后，放置在无氧环境中进行化学交联，同时，电荷从高浓度端向低浓度端扩散，形成一块电荷浓度呈连续梯度分布的水凝胶膜。
通过上述技术方案，可制备上述的电荷梯度水凝胶膜，通过先制备两块预先成型的预聚体膜，然后再将二者进行化学交联来实现电荷的扩散，形成连续的电荷梯度分布，操作简单，成本低廉，可规模化生产，能促进热法海水淡化领域的工业进步。（发明人 周军;谢文科;段将将;齐备 ）