目前，通过优化凝胶的组成和制备方法，可以得到具有不同结构和功能的水凝胶材料，从而提高其应用价值，前人在这方面已经做了广泛的研究。与传统的水凝胶不同，亲水海绵具有海绵状的大孔结构，与水接触后能迅速吸水。其具有良好的水传输和吸附能力，可广泛应用于太阳能蒸汽产生、催化、生物传感等领域。亲水海绵有点像多孔的水凝胶，具有较大的孔隙度，特征尺寸达到微米级别。亲水海绵可以有效地将传统水凝胶的高含水量、柔韧性和生物相容性等理想特性与传统大孔介质易于运输的特性结合起来。这种亲水海绵的一个突出特点是在保持其形状的同时能够吸收大量的水。许多研究者利用聚酰亚胺、聚氨酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚（n -异丙基丙烯酰胺）和聚乙烯醇（PVA）等聚合物开发了各种亲水性海绵。然而，现在仍然缺乏一种简单低碳的途径来制备亲水性海绵。
相较于其他聚合物，聚乙烯醇（PVA）因其亲水性、坚固性和可生物降解性而成为亲水性海绵凝胶的理想材料。然而，传统的PVA海绵凝胶制备方法涉及复杂的缩醛反应及成孔剂的使用，限制了其广泛应用。同时，亲水海绵凝胶在干燥过程中容易因液体表面张力导致结构收缩和崩溃，且复水过程耗时且不完全，这严重影响了其应用效果。福州大学江献财副教授课题组基于Hofmeister效应开发了一种简单、经济、高效的方法来制备PVA溶液多孔海绵凝胶。整个过程不需要冷冻过程，也不需要如以往的报道一样添加戊二醛、硼砂等化学交联剂。该过程简便易行，只需在PVA水溶液中依次加入甘油和CaCl2溶解，再加入Na3Cit溶液，最后将混合溶液室温陈化6小时，即可完成。所制得的PVA湿海绵具有优异的力学性能，抗拉强度为1.51±0.01 MPa，杨氏模量为0.44±0.02 MPa，断裂能为113.2±1.6 kJ/m3。其平均孔隙率可达50 µm，在常规的室温干燥过程中仍能保持其孔隙结构。此外，PVA海绵在酸、碱等多种水介质中均表现出较高的稳定性。该研究为海绵凝胶的制备提供了全新的视角和方法。
图1 (a) 海绵状水凝胶、湿海绵和干海绵的转化；(b) 不同形状的聚乙烯醇海绵和大尺寸样品图；(c) 聚乙烯醇海绵的合成工艺。
图2 (a) PVA海绵的表面、(b)截面、(c)内壁SEM图；(d) PVA湿海绵和PVA干海绵在10个失水复水周期内的重量变化；(e) PVA湿海绵和干海绵的压汞孔隙度测定；(f) PVA湿海绵的拉曼光谱与自由水和结合水拟合曲线。
图3 (a) 拉伸应力-应变曲线及(b、c)Na3Cit浓度对湿海绵力学性能影响的相应力学性能参数；(d) 不同浓度Na3Cit作用下湿海绵的压缩应力-应变曲线；(e) PCN-2湿海绵的10个压缩循环；(f) 不同温度下PCN-2湿海绵在水中的拉伸应力-应变曲线；(g) 拉伸应力-应变曲线及(h, i)不同溶液浸泡24 h对湿海绵力学性能影响的相应力学性能参数；(j) 湿海绵对不同液体的吸收率；(k, l) 湿海绵接触角视频截图。
图4 (a) PVA干海绵的SEM图像；(b) 不同相对湿度下PVA干海绵放置24小时后的拉伸应力-应变曲线及(c, d)对应的抗拉强度、断裂伸长率、杨氏模量和断裂能；(e) 湿海绵和干海绵的XRD曲线；(f) PVA和PCN-2干海绵的TG曲线；(g) PVA干海绵对不同液体的吸液率。
图5 (a) PCN海绵沿纵向的质量输运过程；(b) PCN海绵沿径向的质量输运过程；(c) PCN海绵的纵向和径向吸液高度曲线；(d) PCN-PPy海绵太阳能蒸发器示意图；(e) PCN-PPy海绵在辐照下随时间变化的红外图像；(f) 甲基橙溶液经PCN- PPy海绵纯化前后的紫外-可见吸收；(g) PCN-PPy海绵净化甲基橙的蒸发速率和去除率。
该工作以“Hydrophilic amphibious open-cell macroporous sponge by the Hofmeister effect induced nanofibrils”为题发表于Journal of Materials Chemistry A。福州大学硕士研究生陈梦蝶为第一作者，福州大学江献财副教授和武汉纺织大学叶德展副教授为本文的共同通讯作者。
原文链接
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ta/d4ta02576h
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