System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂及其制备方法和应用技术_技高网

一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂及其制备方法和应用技术

技术编号:42805476 阅读:9 留言:0更新日期:2024-09-24 20:49
本发明专利技术公开了一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂及其制备方法和应用。该制备方法包括以下步骤:将光热材料与壳聚糖盐酸盐分散于水中形成分散液,将玻璃纤维基材浸没其中溶胀后取出并干燥;将铝盐和亚铁盐溶于水中形成混合金属盐溶液;将均苯三酸和碱溶于水中反应形成均相溶液;将所得混合金属盐溶液加入到均相溶液中,形成含铝、铁离子的溶胶;将含光热材料的玻璃纤维基材浸没于溶胶中,取出含溶胶的基材干燥,晶化,泡水,干燥活化,即得光热吸湿剂。本发明专利技术的光热吸湿剂具有工艺环保、节能减排、水吸附能力强、脱附温度低、光热转化性能高、稳定性好及不掉粉等优点,可适用于全天候太阳能辅助的大气产水应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及大气集水,具体涉及一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂及其制备方法和应用。


技术介绍

1、吸附式大气水收集(awh)技术已成为满足住宅人们生活日益增长的饮用水需求的可行选择。通过捕获环境气流中的水分并在阳光下释放捕获的水可最大限度地利用可再生淡水资源。随着高效稳定吸湿剂的早期探索和研发,一些先进材料,如金属有机框架(mof)、沸石、含盐聚合物水凝胶等被认为是大气水蒸气捕获潜在吸湿剂。然而,沸石和含盐聚合物水凝胶并不是大气水收集的理想候选者,它们面临着高解吸温度和盐泄漏的困境。相比之下,mof作为有竞争力的多孔吸湿剂,与其他吸附剂相比,具有令人着迷的优势,包括高亲水性、易于再生、长期运行稳定性和孔道可调节性。然而非环保的mof吸湿剂生产工艺(使用n,n-二甲基甲酰胺,dmf),限制其在实现大规模大气取水商业应用方面的进步。此外,粉末mof在实际应用中存在包括易产生粉尘、粒子之间的堆积产生传热传质阻力等问题,从而造成环境污染、水/热传递效率低和吸水能力差等系列问题。

2、为了最大限度地提高mof衍生装置的每日淡水产量,许多研究工作者都集中在集水模块组件优化上,包括加速解吸周期和开发更高效的吸附剂。太阳能驱动的界面加热技术是一项可持续绿色能源技术,它可利用太阳能转换热能提供吸湿剂吸附水的解吸。tan等设计了一种基于mof的janus界面铜片,可以在阳光下50min内快速解吸93.3%的水蒸气(y.tan,w.chen,y.fang,s.wang,sandwich-like adsorbent based on al-fumarate mofcoating on cu@cuxs sheet for rapid solar-driven atmospheric water harvesting,chem.eng.j.475(2023)146353.doi:10.1016/j.cej.2023.146353.)。构建自热界面金属衍生吸附剂的优点是提高mof颗粒的水/热传递效率,避免长期运行过程中mof粒子的团聚。但作为金属片的基材,其耐水、耐溶剂腐蚀性能却远逊色于无机纤维载体。另一方面,晶体缺陷工程是在mof合成中实现更高收水率的主流技术。这归因于mof吸湿剂孔隙率的提高和吸附活性位点的产生。早期的开创性工作已成功证明酸/碱后处理是调整mof晶粒晶内结构缺陷的可行方法(f.vermoortele,r.ameloot,l.alaerts,r.matthessen,b.carlier,e.v.r.fernandez,j.gascon,f.kapteijn,d.e.de vos,tuning the catalyticperformance of metal–organic frameworks in fine chemistry by active siteengineering,j.mater.chem.22(20)(2012)10313.doi:10.1039/c2jm16030g.)。然而,引入缺陷并不总是完全有益的。不合适的缺陷可能会破坏中心晶核的周期性排列,导致孔隙骨架崩溃和晶体退化。因此,在保持晶体整体结构完整性的同时,有意引入各种类型的缺陷已成为主流mof工程领域的前沿科学问题。另一种引入可控缺陷的有效方法是使用原位合成策略构建多元mof。例如混合连接体mof,即提供两种有机配体,它们与相同的金属簇竞争性配位,形成不同的mof晶体框架,从而导致由不匹配的晶体引起的结构缺陷。为适应高产量大气集水材料发展的需要,开发新的引入有益的晶体缺陷的方法具有重要意义。


技术实现思路

1、针对现有技术存在的不足,为开发具有更高水吸附能力、低脱附时长的大气集水材料,本专利技术提出了一种低温绿色水热合成工艺以制备玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂。所制备的光热吸湿剂具有工艺环保、节能减排、水吸附能力强、脱附温度低、光热转化性能高、稳定性好、不掉粉等优点,可适用于全天候太阳能阳能辅助的大气产水应用。

2、由于mof的结构骨架和孔隙特征是由中心原子和有机连接体决定的,本专利技术认为构建双金属有机骨架可以引入有益的晶体缺陷,从而提高吸附剂的捕水性能。然而,据本专利技术所知,该领域的研究仍处于早期阶段。

3、在本专利技术中,创新性地提出了一种绿色(水溶剂)、经济的低温水热合成方法,用于在玻璃纤维基材上原位合成双金属mof,并借助光热材料以实现太阳能辅助高效淡水生产。为了缩短吸附剂的吸脱附时间,将多壁碳纳米管(mwcnt)作为优异的光热材料自然沉积在玻璃纤维(gf)基材的表面上,以构建太阳能驱动的自加热界面。随后,通过原位合成技术将定制的双金属mof作为有效吸湿骨架负载在含光热材料的gf基材上,以最大限度地暴露于空气。具体说来,双金属mof是由mil-100(fe)和mil-96(al)组成的共生缺陷增强的混合mof,它是通过铁金属簇和铝金属簇与相同的有机连接体(均苯三酸,h3btc)竞争配位而构建的。随着两种骨架系统在同一晶相中的异质生长,所得双金属mof的孔隙特征和拓扑结构被刷新,从而暴露出更多的活性位点来捕获和储存水分子。作为功能性整体式吸湿剂,所得到的太阳能自热界面双金属mof继承了mof的快速捕水性能优势,同时也解决了粉末mof水/热传递效率差的问题。因此,这项工作为高效的基于mof的集水器设备提供了一种新颖的设计思路,有利于缓解全球淡水短缺。

4、本专利技术的目的通过以下技术方案实现。

5、本专利技术提供的一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,包括以下步骤:

6、(1)含光热材料的玻璃纤维基材的制备:将光热材料与壳聚糖盐酸盐(cts)分散于水中形成分散液,将玻璃纤维基材浸没分散液中,待基材充分溶胀后取出并干燥,即得含光热材料的玻璃纤维基材;

7、(2)含fe,al-btc干胶的玻璃纤维基材的制备:将铝盐和亚铁盐溶于水中形成混合金属盐溶液;再将均苯三酸(h3btc)和碱溶于水中反应形成均相溶液;将所得混合金属盐加溶液入到均相溶液中,从而形成含铝、铁离子的溶胶(fe,al-btc);将步骤(1)所得的含光热材料的玻璃纤维基材浸没于溶胶中,取出含溶胶的基材,干燥形成含fe,al-btc干胶的玻璃纤维基材;

8、(3)玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的合成:将步骤(2)所得的含fe,al-btc干胶的玻璃纤维基材晶化,晶化后的基材浸泡水中以去除多余杂质,干燥活化,即得到玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂。

9、优选的,步骤(1)所述的光热材料与壳聚糖盐酸盐(cts)形成的分散液中,光热材料的质量分数为0.1-2%,cts的质量分数为0.3-6%。

10、进一步优选的,考虑到光热材料会占用基材的空隙、影响mof吸附剂吸湿性能并考虑价格因素;同时考虑cts对光热材料、基材的粘附性、成膜性能,光热材料的质量分数为0.3-1.5%,cts的质量分数为0.5-5%。

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【技术保护点】

1.一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的分散液中,光热材料的质量分数为0.1-2%,壳聚糖盐酸盐的质量分数为0.3-6%;

3.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的光热材料包括羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氮掺杂碳纳米管中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铝盐包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝和醋酸铝中的至少一种,所述亚铁盐包括氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和醋酸亚铁中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铝盐的铝离子与亚铁盐的亚铁离子的摩尔比为1:0.1~3.0;所述混合金属盐溶液中铝离子与亚铁离子的总浓度为200-300mmol/L。

6.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铝盐的铝离子与亚铁盐的亚铁离子的总和与均苯三酸的摩尔比为1:0.5~4.0;所述均相溶液中均苯三酸的浓度为50~400mmol/L。

7.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述均苯三酸与碱的OH-1的摩尔比为1:0.1~5.0;所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(3)所述晶化的条件为:温度为30-80℃,相对湿度为50-95%,时间为3-24h。

9.权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂。

10.权利要求9所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属MOF光热吸湿剂在太阳能辅助驱动的大气集水中的应用。

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【技术特征摘要】

1.一种玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:

2.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的分散液中,光热材料的质量分数为0.1-2%,壳聚糖盐酸盐的质量分数为0.3-6%;

3.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(1)所述的光热材料包括羧基化多壁碳纳米管、羟基化多壁碳纳米管、多壁碳纳米管、氮掺杂碳纳米管中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铝盐包括氯化铝、硫酸铝、硝酸铝和醋酸铝中的至少一种,所述亚铁盐包括氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁和醋酸亚铁中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的玻璃纤维基共生缺陷增强双金属mof光热吸湿剂的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述铝盐的铝离子与亚铁盐的亚铁离子的摩尔比为1:0.1~3.0;所述混合金属盐溶...

【专利技术属性】
技术研发人员:方玉堂罗帆梁向晖汪双凤高学农张正国
申请(专利权)人:华南理工大学
类型:发明
国别省市:

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