本發(fā)明涉及吸附式空氣取水材料，尤其涉及基于泡沫銅的mof復合物吸附劑及其制備方法與應用。

背景技術(shù)：

1、全球范圍內(nèi)日益嚴峻的水資源短缺問題引起了社會各界的高度關(guān)注。過去數(shù)十年中，人們已經(jīng)開發(fā)出了眾多包括海水淡化與廢水純化的淡水獲取技術(shù)。這些傳統(tǒng)方法在一定程度上緩解了水資源的緊張狀況，但它們受限于經(jīng)濟成本、地理位置與環(huán)境條件等諸多因素。大氣中水含量為地球表面所有江河湖泊的八分之一，較為豐富，是一個天然的淡水庫。因此，越來越多的科研工作者投入空氣取水技術(shù)的研究中。

2、空氣取水技術(shù)主要包括基于壓縮制冷或輻射制冷的冷凝取水、高濕度下的霧捕集、露水收集、以及基于吸附的空氣取水技術(shù)等。其中基于吸附的空氣取水技術(shù)是利用吸附劑材料自發(fā)捕捉環(huán)境空氣中的水蒸氣并以吸著水的形式儲存，后續(xù)在熱驅(qū)動下釋放濕熱蒸汽進而將其冷凝獲取淡水的方法?？紤]到一般地區(qū)的環(huán)境濕度在全年范圍內(nèi)變化較大，對于需要全年穩(wěn)定供水的干旱地區(qū)，吸附式空氣取水更具實際優(yōu)勢。

3、在吸附式空氣取水技術(shù)領域，水分子的吸脫附性能是吸附劑材料的核心性質(zhì)。目前，已開發(fā)的吸附劑材料主要分為傳統(tǒng)吸附劑、液體吸附劑、聚合物吸附劑和基于金屬有機框架(metal-organic?frameworks,mofs)材料的吸附劑。其中傳統(tǒng)吸附劑吸附容量低，液體吸附劑吸脫附時易潮解腐蝕設備，聚合物吸附劑吸脫附速率較慢。mofs具有較高的孔隙率、較大的比表面積以及可定向調(diào)控的結(jié)構(gòu)與功能，近十年來受到廣泛關(guān)注。作為水分子吸附劑，mofs具有吸脫附速率快，吸附濕度寬的優(yōu)點，其在空氣取水領域具有十分潛在的應用。

4、然而，目前具備水分子吸脫附功能的mofs材料存在以下不足：(1)mof材料導熱性差，導致受熱脫附時，材料內(nèi)外熱量分布不均勻，降低解吸效率；(2)mof材料多以粉末形態(tài)存在，必須經(jīng)過壓實成型后才能使用，而壓實過程增加了水分子在材料中的傳質(zhì)阻力，降低吸附與脫附速率；(3)mof材料不具備光熱轉(zhuǎn)化性能，脫附過程所需熱量只能通過電加熱方式提供，增加了取水過程能耗。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供基于泡沫銅的mof復合物吸附劑及其制備方法與應用，以至少解決現(xiàn)有具備水分子吸脫附功能的mofs材料存在的導熱性差，不具備光熱轉(zhuǎn)化性能的問題。

2、本發(fā)明通過以下技術(shù)手段解決上述技術(shù)問題：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于泡沫銅的mof復合物吸附劑的制備方法，所述制備方法為將氫氧化銅泡沫塊浸入hhtp溶液中，密封后置于68～75℃反應2～4h，得到的固體用去離子水、乙醇和丙酮沖洗后，置于70～80℃真空環(huán)境中干燥，得到基于泡沫銅的mof復合物吸附劑。

4、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述hhtp溶液的配置如下：

5、將2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯加入二甲基乙酰胺中，超聲波分散，配置得到有機溶液；

6、將有機溶液與去離子水按照體積比1:10混合，得到hhtp溶液。

7、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述有機溶液中2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯的濃度為3.5～4mmol/l。

8、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述氫氧化銅泡沫塊與2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯的用量如下：每立方厘米氫氧化銅泡沫塊使用0.015～0.025mol?2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯浸泡。

9、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述氫氧化銅泡沫塊的制備如下：

10、將預處理后的泡沫銅塊浸入混合堿水溶液中，室溫下靜置30～60min，浸泡至泡沫銅塊表面由橙色變?yōu)樗{色，取出并用去離子水、乙醇反復沖洗，真空干燥，得到氫氧化銅泡沫塊；所述混合堿水溶液中含有氫氧化鈉和過硫酸銨。

11、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述混合堿溶液中氫氧化鈉的濃度為1mol/l，過硫酸銨的濃度為0.1mol/l。

12、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，每立方厘米泡沫銅使用35～45ml混合堿水溶液浸泡。

13、結(jié)合第一方面，在一些實施方式中，所述泡沫銅塊的預處理如下：

14、將純度為99.9％以上的泡沫銅裁剪成方塊，置于質(zhì)量分數(shù)為10％的稀硫酸中浸泡10～15min，再置于超純水中浸泡20～30min，置于丙酮中浸泡并超聲波10～20min，隨后超聲波處理10～15min，使用去離子水清洗，干燥。

15、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于泡沫銅的mof復合物吸附劑，所述mof復合物吸附劑采用上述第一方面所述的制備方法制備得到。

16、第三方面，本發(fā)明提供了上述第二方面所述的基于泡沫銅的mof復合物吸附劑在吸附式空氣取水中的應用。

17、本發(fā)明的基于泡沫銅的mof復合物吸附劑的制備方法中，選擇表面光滑、自身具有連通孔道并且傳熱性能優(yōu)異的泡沫銅作為基底材料，在強堿溶液中對泡沫銅進行原位刻蝕生長氫氧化銅納米線陣列，之后與2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯通過水熱法將氫氧化銅轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ソ豢椑p繞的cu3(hhtp)2納米棒，得到基于泡沫銅的具有三維多孔結(jié)構(gòu)的mof泡沫復合吸附劑材料。cu3(hhtp)2中配體2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯的π-π躍遷可以吸收紫外光與可見光，進而轉(zhuǎn)化為熱能，因此其具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化能力，還具有較強的導熱能力和穩(wěn)定性，吸附飽和時可在太陽光的照射下實現(xiàn)光熱自主脫附。

18、本發(fā)明制備得到的cu3(hhtp)2泡沫材料，其表面由cu3(hhtp)2納米線交織而成三維蓬松的多孔結(jié)構(gòu)，纏繞的cu3(hhtp)2納米線之間存在空隙，一方面可以有效增大與空氣的接觸面積，利于水分子的傳遞，另一方面由cu3(hhtp)2納米陣列形成的多級孔道可增強光吸收，進而提升光熱效果。

19、經(jīng)測試，本發(fā)明的cu3(hhtp)2泡沫材料在整個太陽光波段內(nèi)均展現(xiàn)出了較強的吸收能力，在500-1900nm波長范圍內(nèi)(可見光波段與紅外波段)其光吸收率高于80％，最高可達99.5％。

技術(shù)特征：

1.基于泡沫銅的mof復合物吸附劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法為將氫氧化銅泡沫塊浸入hhtp溶液中，密封后置于68～75℃反應2～4h，得到的固體用去離子水、乙醇和丙酮沖洗后，置于70～80℃真空環(huán)境中干燥，得到基于泡沫銅的mof復合物吸附劑。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述hhtp溶液的配置如下：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述有機溶液中2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯的濃度為3.5～4mmol/l。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化銅泡沫塊與2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯的用量如下：每立方厘米氫氧化銅泡沫塊使用0.015～0.025mol?2,3,6,7,10,11-六羥基三亞苯浸泡。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述氫氧化銅泡沫塊的制備如下:

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述混合堿溶液中氫氧化鈉的濃度為1mol/l，過硫酸銨的濃度為0.1mol/l。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，每立方厘米泡沫銅使用35～45ml混合堿水溶液浸泡。

8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述泡沫銅塊的預處理如下：

9.一種基于泡沫銅的mof復合物吸附劑，其特征在于，所述mof復合物吸附劑采用如權(quán)利要求1-8任一項所述的制備方法制備得到。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的mof復合物吸附劑在吸附式空氣取水中的應用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及吸附式空氣取水材料技術(shù)領域，尤其涉及基于泡沫銅的MOF復合物吸附劑及其制備方法與應用。本發(fā)明選擇表面光滑、自身具有連通孔道并且傳熱性能優(yōu)異的泡沫銅作為基底材料，在強堿溶液中對泡沫銅進行原位刻蝕生長氫氧化銅納米線陣列，之后與2,3,6,7,10,11?六羥基三亞苯通過水熱法將氫氧化銅轉(zhuǎn)變?yōu)橄嗷ソ豢椑p繞的Cu<subgt;3</subgt;(HHTP)<subgt;2</subgt;納米棒，得到基于泡沫銅的具有三維多孔結(jié)構(gòu)的MOF泡沫復合吸附劑材料。Cu<subgt;3</subgt;(HHTP)<subgt;2</subgt;中配體2,3,6,7,10,11?六羥基三亞苯的π?π躍遷可以吸收紫外光與可見光，進而轉(zhuǎn)化為熱能，因此其具有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化能力，還具有較強的導熱能力和穩(wěn)定性，吸附飽和時可在太陽光的照射下實現(xiàn)光熱自主脫附。

技術(shù)研發(fā)人員：孫志兵,黃秀穎,馬青朗
受保護的技術(shù)使用者：北京理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6