一种离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备及其产品和应用

本发明属于凝胶材料，特别是涉及一种离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备及其产品和应用。

背景技术：

1、水是人类赖以生存和发展的生命源泉，人类社会的生存和发展都离不开水资源。淡水资源短缺严重威胁着现代社会的可持续发展，为了有效缓解淡水资源短缺问题，离子交换法、反渗透膜法、电渗析法、蒸馏法等多种海水淡化技术已被广泛研究。然而，这些海水淡化技术通常伴随着巨大的能源消耗，严重阻碍了其大规模应用。近年来，随着太阳能蒸发技术的深入研究和光热转换材料在能源领域的蓬勃发展，科研工作者提出了新型太阳能驱动界面蒸发(issg)技术。此技术直接将太阳辐照产生的能量定位在光热材料上表面的薄层空气-水界面处，与传统蒸发技术相比，在最大限度上减少了能量损失，有效提高了光热转换效率。

2、经过近几年的探索，太阳能驱动界面蒸发系统的研究发展迅速，已报道了以金属纳米材料、半导体材料、碳基材料和有机聚合物材料等为光热转换材料的多种太阳能驱动界面光热蒸发系统。然而，从太阳能界面蒸发系统的发展趋势来看，进一步提高界面蒸发系统耐盐性能，拓宽界面蒸发系统的应用仍是该领域的研究焦点。由于太阳能驱动界面蒸发器在高浓盐水或有机污染废水中很容易出现盐的析出、染料的富集，从而严重堵塞材料的孔道，影响其太阳光吸收能力和水分子的传输，从而降低界面蒸发系统的蒸发效率和使用寿命，因此通过合理设计提高蒸发系统的耐盐和抗污性能具有重要意义。

3、水凝胶因其三维交联聚合物网络，具有较高的亲水性、快速的水运输能力和耐盐性，能够有效降低水的蒸发焓而显著提高水的蒸发效率，被认为是一种很有潜力的太阳能驱动界面蒸发材料。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种具有优良耐盐性能的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备方法，并探究了其在高盐度溶液、含染料、重金属离子废水净化处理方面的应用。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明目的之一是提供一种离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备方法，包括以下步骤：

4、(1)将3-氯丙基三乙氧基硅烷和二氧化硅均匀地分散在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，在80℃下搅拌反应12h，反应结束后，用乙醇洗涤离心并干燥，得到sio2-cl；

5、(2)将sio2-cl、溴化铜、2,2'-联吡啶基、1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐分散在n,n-二甲基甲酰胺溶液中，在70℃下反应10min后，添加偶氮二异丁腈继续反应24h，反应结束后，用甲醇洗涤并干燥，得到接枝离子液体的二氧化硅sio2-pils；

6、(3)将玉米淀粉和sio2-pils依次分散到去离子水中，然后将上述混合物倒入圆柱形玻璃容器中，经糊化得到水凝胶，然后将水凝胶浸入5℃冷水中3h，并放入冰箱中循环冷冻-解冻10次，再通过原位合成的方法，在水凝胶的上表面通过喷涂形成聚吡咯ppy，得到离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶sio2-pils/starch。

7、进一步地，步骤(1)所述3-氯丙基三乙氧基硅烷、二氧化硅和n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为1～3g:2～5g:96～100ml，优选1g:2g:100ml。

8、进一步地，步骤(1)所述干燥是在50℃下真空干燥24h。

9、进一步地，步骤(2)所述sio2-cl、溴化铜、2,2'-联吡啶基、1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为250～300:5～6:7～8:1000～1100:5～8，优选250:5:7:1000:5。

10、进一步地，步骤(3)所述玉米淀粉、sio2-pils和去离子水的质量比为10～15:3～5:28～30，优选10:3:28。

11、进一步地，步骤(3)所述糊化是在85℃下糊化15min。

12、本发明目的之二是提供一种所述的制备方法制得的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶。

13、本发明目的之三是提供一种所述的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶在海水淡化及其在含染料、重金属污染废水净化处理中的应用。

14、进一步地，所述应用是将离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶界面蒸发系统置于不同水源环境中，直接进行太阳光照射。

15、本发明的有益效果：

16、本发明以1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐为单体，溴化铜为催化剂，预处理后的二氧化硅(sio2-cl)为载体，偶氮二异丁腈为引发剂，n,n-二甲基甲酰胺为溶剂，通过原子转移自由基聚合(atrp)反应，制备得到离子液体接枝的二氧化硅(sio2-pils)。然后，将离子液体接枝的二氧化硅与淀粉掺杂糊化制备得到水凝胶，通过冷冻-解冻循环使材料呈现多孔结构，引入的二氧化硅接枝离子液体使材料具有良好的耐盐性，再通过喷涂的方法在其上表面原位聚合形成聚吡咯吸光层制备得到最终实验样品。

17、本发明的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶优良的耐盐和抗污性能使其表现出高效的太阳能驱动界面蒸发效率。通过在海水淡化和含有染料、重金属离子废水净化处理方面的应用研究，该水凝胶具有较高的太阳能转换效率、优良的耐盐和抗污性能，可以为探索设计蒸发效率高、对污水具有优良净化功能的界面蒸发系统及其相关应用提供借鉴，有望在海水淡化和污水处理方面展现出良好的应用前景。

技术特征：

1.一种离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述3-氯丙基三乙氧基硅烷、二氧化硅和n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为1～3g:2～5g:96～100ml。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述干燥是在50℃下真空干燥24h。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述sio2-cl、溴化铜、2,2'-联吡啶基、1-烯丙基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐和偶氮二异丁腈的质量比为250～300:5～6:7～8:1000～1100:5～8。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述玉米淀粉、sio2-pils和去离子水的质量比为10～15:3～5:28～30。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述糊化是在85℃下糊化15min。

7.一种如权利要求1～6任一项所述的制备方法制得的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶。

8.一种如权利要求7所述的离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶在海水淡化及其在含染料、重金属污染废水净化处理中的应用。

技术总结
本发明公开了一种离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶的制备及其产品和应用，属于凝胶材料技术领域。本发明将3‑氯丙基三乙氧基硅烷和二氧化硅分散在N,N‑二甲基甲酰胺溶液中，得到SiO<subgt;2</subgt;‑Cl；将SiO<subgt;2</subgt;‑Cl、溴化铜、2,2'‑联吡啶基、1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑六氟磷酸盐分散在N,N‑二甲基甲酰胺溶液中，然后添加偶氮二异丁腈继续反应，得到SiO<subgt;2</subgt;‑PILs；最后将玉米淀粉和SiO<subgt;2</subgt;‑PILs掺杂糊化得到水凝胶，再通过喷涂的方法在其上表面原位聚合形成聚吡咯，得到离子液体接枝二氧化硅掺杂淀粉水凝胶。本发明合成的凝胶界面蒸发系统具有优良的光吸收性能和光热转换效率，同时对污水还具有良好的净化效果。

技术研发人员：肖朝虎,陈丽华,韩杰荣,汪珊珊,哈斯其美格,张禹晗,闫明远
受保护的技术使用者：西北民族大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15