一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了属于大气集水领域的一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，主要包括太阳能聚光器、热量传导模块、集水模块、蒸汽冷凝模块、储水模块、装置外壳和支架。太阳能聚光器为菲涅尔透镜，通过支架支撑固定，用于太阳光聚光。热量传导模块用于太阳能光热能量转换与传递。集水模块由多孔金属有机骨架(MOF

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置


[0001]本专利技术属于大气集水领域，特别涉及用于阳光充足且干旱地区的大气集水装置。

技术介绍

[0002]尽管优化用水对许多地区都有帮助，但淡水资源在全球范围内分布并不均匀，海水淡化系统在内陆地区具有高能耗、高维护成本和需要分销网络等缺点。空气中的水分是一种可靠的淡水来源，大气中的水量估计为12，900立方千米，这个水源可以满足饮用水、农业甚至工业部门的部分用水需求。
[0003]对潮湿空气雾捕获需要100％相对湿度或大量能量；硅胶通常具有较低的吸附能力，并且是不是良好的导热体；沸石具有高再生温度、低吸附容量和差的导热性等弱点；吸湿性盐污染的可能性、设备腐蚀的可能性以及暴露于新鲜空气的有限表面使液体吸附剂具有极大的挑战。
[0004]MOF材料中可以加入各种配体分子并且实现网络拓扑，从而实现高度的化学和结构可调性，其中某些材料表现出的超高孔隙度可用于大量的气体和蒸汽吸收。
[0005]基于以上背景，本项目制备并使用了在较低相对湿度及温度具有阶梯性吸水能力变化的高吸附容量、低解吸温度、循环稳定和低成本的MOF材料在环境空气中通过蒸汽吸附来收集水，并且设计了基于MOF材料的集水设备，该设备可以在非集中太阳通量下可持续循环运行，且不需要额外的功率输入。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提出一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，其特征在于，所述大气集水装置由太阳能聚光器1、热量传导模块3、集水模块4、蒸汽冷凝模块、储水模块12、装置外壳和支架2组成。
[0007]所述集水模块4包括多孔金属有机骨架(MOF
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801吸附剂)和高导热系数微米级泡沫金属。采用新的方案合成与活化MOF
‑
801，其中合成过程包括以下步骤：
[0008]步骤(1)将甲酸缓慢注入到N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，体积比为(0.3～0.4)：1，制成甲酸/N，N
‑
二甲基甲酰胺混合溶剂。
[0009]步骤(2)将反丁烯二酸(C4H4O4，99％)和八水合氯化氧锆(ZrOCl2·
8H2O)溶解在混合溶剂中，质量比为(0.34～0.38)：1。
[0010]步骤(3)将混合物在反应釜中130～140℃加热6～8小时。
[0011]步骤(4)为使用尼龙膜过滤器(孔径0.2～0.3μm)抽滤得到白色产物。
[0012]步骤(5)为分别用30～40mL DMF和40～50mL甲醇洗涤2～4次。
[0013]活化过程包括以下步骤：
[0014]步骤(1)将白色产物用30～40mL N，N
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二甲基甲酰胺每天冲洗3～5次，每次冲洗后用30～40mL甲醇浸泡1～2小时，最后浸入40～50mL甲醇中，共2～4天。
[0015]步骤(2)将所得固体在真空140～160℃下干燥18～24小时以产生活化样品。使得
得到的材料为微晶粉末、产量更高且更加疏松多孔。通过将厚度为4～6mm，孔隙密度为80～120PPI，孔隙率为92％～96％的铜、铝等导热性好、耐腐蚀的泡沫金属浸入到MOF
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801去离子水悬浮液中烘干固定的方法得到复合结构，负载厚度为20～50μm，填充后的空隙率为0.65～0.73；夜间打开装置通风口5，在环境空气中通过蒸汽吸附来收集水，并且利用辐射制冷降低温度(约低于环境2～3℃)，以提高水吸附量；白天关闭装置通风口5，因温度升高被动的进行蒸汽解吸；泡沫金属改善了吸附剂部分的导热率及机械强度，使吸附剂部分具有一定的孔隙率，提高了吸附和解吸动力学性能并缩短了循环时间。
[0016]所述热量传导模块3包括表面吸收式和体吸收式太阳能热量传导模块；其中表面吸收式热量传导模块由涂有吸光涂料的铜板和导热胶组成，依靠吸光涂料表面吸收太阳辐射能，再通过导热胶以导热的方式传递给复合结构；体吸收式热量传导模块由高太阳能透射率和低发射率的双层光学石英玻璃组成，透光的同时又起到保温的作用，聚光太阳辐照穿透石英玻璃，实现直接的太阳光热转换。
[0017]所述蒸汽冷凝装置部分包括表面涂有防水涂料的倾斜导热铜板6、热电制冷片7、散热翅片8以及排风扇9。表面涂有防水涂料的倾斜导热铜板6避免腐蚀的同时使冷凝面积增大，水蒸气聚集成水珠后因重力因素可沿斜面下滑聚集，帮助收集的同时又减少了制冷器的功率消耗。使用热电冷凝更加高效，集水效率更高，并且能更好的控制冷凝器温度高于露点温度，灵活性高。
[0018]本专利技术的有益效果是本专利技术采用新的方案合成与活化MOF
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801，用其在环境空气中通过蒸汽吸附来收集水，将材料填充在高导热系数的微米级多孔泡沫金属上，改善吸附剂部分的导热率及机械强度；通过建模的方法计算出最佳填充空隙率(0.65～0.73)及复合结构厚度(4～6mm)，提高了吸附和解吸动力学性能并缩短了循环时间。并且设计了基于MOF的集水设备，验证了合成的MOF材料在较低相对湿度下具有高吸附容量、低解吸温度、循环稳定和低成本的特性，该设备可以在非集中太阳通量下收集和输送水，不需要额外的功率输入，解决水资源分布不均匀问题的同时进一步为碳达峰、碳中和助力，促进绿色发展。
附图说明
[0019]图1为本专利技术的一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置示意图。图2为MOF
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801吸水量等温线图。
具体实施方式
[0020]本专利技术提出一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，下面结合附图予以说明。
[0021]如图1所示的一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置示意图，图中所示的集水模块4由多孔金属有机骨架(MOF
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801吸附剂)和高导热系数微米级泡沫金属组成。采用新的方案合成与活化MOF
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801，其中合成过程包括以下步骤：
[0022]步骤(1)将甲酸缓慢注入到N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，体积比为(0.3～0.4)：1，制成甲酸/N，N
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二甲基甲酰胺混合溶剂。
[0023]步骤(2)将反丁烯二酸(C4H4O4，99％)和八水合氯化氧锆(ZrOCl2·
8H2O)溶解在混合溶剂中，质量比为(0.34～0.38)：1。
[0024]步骤(3)将混合物在反应釜中130～140℃加热6～8小时。
[0025]步骤(4)为使用尼龙膜过滤器(孔径0.2～0.3μm)抽滤得到白色产物。
[0026]步骤(5)为分别用30～40mL DMF和40～50mL甲醇洗涤2～4次。
[0027]活化过程包括以下步骤：
[0028]步骤(1)将白色产物用30～40mL N，N
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二甲基甲酰胺每天冲洗3～5次，每次冲洗后用30～40mL甲醇浸泡1～2小时，最后浸入40～50mL甲醇中，共2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，其特征在于，所述大气集水装置由太阳能聚光器(1)、热量传导模块(3)、集水模块(4)、蒸汽冷凝模块、储水模块(12)、装置外壳和支架(2)组成；太阳能聚光器为菲涅尔透镜，通过支架(2)支撑固定，用于太阳光聚光；热量传导模块(3)用于太阳能光热能量转换与传递；集水模块(4)由多孔金属有机骨架(MOF
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801吸附剂)和高导热系数微米级泡沫金属组成；蒸汽冷凝模块由热电制冷片(7)和散热器组成。2.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，其特征在于MOF
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801吸附剂包括合成过程和活化过程；其中合成过程包括以下步骤：步骤(1)将甲酸缓慢注入到N，N
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二甲基甲酰胺(DMF)中，体积比为(0.3～0.4)：1，制成甲酸/N，N
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二甲基甲酰胺混合溶剂；步骤(2)将反丁烯二酸(C4H4O4，99％)和八水合氯化氧锆(ZrOCl2·
8H2O)溶解在混合溶剂中，质量比为(0.34～0.38)：1；步骤(3)将混合物在反应釜中130～140℃加热6～8小时；步骤(4)为使用尼龙膜过滤器(孔径0.2～0.3μm)抽滤得到白色产物；步骤(5)为分别用30～40mLDMF和40～50mL甲醇洗涤白色产物2～4次。3.根据权利要求1所述一种太阳能驱动的MOF负载泡沫金属大气集水装置，其特征在于MOF
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801吸附剂活化过程包括以下步骤：步骤(...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔艳强，吴泽轩，杨勇平，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：