一種具有光熱驅動空氣集水復合材料、其制備方法和應用與流程
1.本發明涉及大氣集水技術領域，具體來說，涉及一種具有光熱驅動空氣集水復合材料、其制備方法和應用。
背景技術：
2.為了解決淡水匱乏的問題，研究人員開發了許多從天然水中獲取淡水的集水技術，包括海水淡化、生活污水凈化、支網收集雨水等。然而，大多數遭受缺水的地區是內陸和干旱地區，缺少作為淡水來源的天然地表水源。研究表明，大氣中水含量約為12900萬億升，比地球上河流湖泊中水量的六倍還要高。因此，對干旱地區空氣中的水分與懸浮的水液滴的高效收集，有望成為解決缺少天然水源地區淡水匱乏問題的有效手段。
3.目前，實現大氣集水的三種主要手段為：直接收集霧水，通過冷卻器實現露水收集，和基于吸附劑的水的捕獲。其中，直接收集霧水受限于當地的氣候條件，因為這種技術需要空氣具備非常高的相對濕度；而通過冷卻空氣的方法收集露水則需要消耗大量的能量將空氣的溫度冷卻至露點以下。近年來，利用太陽能驅動可持續的水的收集與純化過程可有效降低制備淡水過程中的能耗。因此，太陽能驅動吸附式大氣集水作為一種新興高效且低成本的空氣集水技術，受到了廣泛的關注。
4.根據吸附劑與水蒸氣之間不同的作用力，吸附作用通常分為物理吸附和化學吸附。大多數經典的固態物理吸附劑，例如硅膠與沸石等多孔材料，吸附劑與水分子之間存在非常強的相互作用力，使得水分子從吸附材料中的脫附過程需要很高的溫度(通常高于100℃)，并且這個過程很難通過太陽光驅動完成。相較于物理吸附劑，某些鹽類可以通過化學吸附的方式(如潮解過程)實現集水，此類吸附劑通常具備較高的飽和吸附容量和較低的再生溫度，但是其具有腐蝕、膨脹和結塊等缺點，導致其水吸附性能隨吸脫附循次數增加而出現明顯的下降。近期，有研究引入多孔基底與鹽類進行復合，解決吸濕鹽的結塊和鹽溶液泄漏這一問題。然而，受限于傳統的多孔材料(例如硅膠、氧化鋁和多孔碳)較小的孔體積，復合物物中鹽的負載量通常都很低，從而導致其實際飽和吸附量嚴重下降。金屬有機框架(mof)是一類具有規則納米孔道，超高比表面積與孔體積和可調的物理化學特征的晶體多孔材料，是作為多孔基底的最優選擇。例如cacl2@uio-66和cacl2@mil-101(cr)顯示出相比于單相鹽材料更大的飽和吸附量，更快的水吸脫附速率，和更低的脫附溫度。但現有復合材料對太陽光的吸收能力差，無法實現太陽能光熱效應實現脫附。
技術實現要素：
5.本發明的技術任務是：針對以上不足，提供一種具有光熱驅動空氣集水復合材料、其制備方法和應用，來解決上述背景技術所提出的問題。
6.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
7.一種具有光熱驅動空氣集水復合材料，包括銅網，所述銅網的表面具有由納米線組成的多級孔道結構，所述多級孔道結構內外均負載有氯化鋰。
8.上述一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法，包括以下步驟：
9.s1、將(nh4)2s2o8溶液與naoh溶液混合均勻，將銅網浸入其中，靜置30～60min，撈出銅網并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，烘干，得到表面呈藍的銅網；
10.s2、取2，3，6，7，10，11-六羥基苯并菲配體，加入超純水、n，n-二甲基甲酰胺，超聲振蕩30s直至配體完全溶解，得到配體溶液；
11.s3、將表面呈藍的銅網加入配體溶液，密封后，放入70℃烘箱中靜置2h，取出，冷卻至室溫，將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，烘干，得到表面呈黑的銅網；
12.s4、配置濃度為5wt％～20wt％的氯化鋰溶液，攪拌1～5h，將表面呈黑的銅網放入氯化鋰溶液中靜置浸泡0.5～2h，取出，于70～90℃下烘干，即得到具有光熱驅動空氣集水復合材料。
13.進一步，s1中所述的(nh4)2s2o8溶液與naoh溶液的濃度分別為0.15～0.2mol/l、5～6mol/l，體積比為1:1。
14.進一步，s1中所述的2，3，6，7，10，11-六羥基苯并菲、超純水、n，n-二甲基甲酰胺的摩爾比為0.2～0.5:150～280:1.3～13。
15.本發明還提供了上述的制備方法制備得到的具有光熱驅動空氣集水復合材料。
16.本發明還提供了上述的具有光熱驅動空氣集水復合材料。
17.本發明還提供了上述具有光熱驅動空氣集水復合材料或者上述的制備方法制備得到的具有光熱驅動空氣集水復合材料在空氣集水中的應用。
18.與現有技術相比，本發明的優點和積極效果在于：
19.本發明，通過在多孔的cu-cat多級結構中負載無機化合物中吸水能力最強的氯化鋰形成復合物licl@cu-cat，借助氯化鋰超高的吸水容量、銅網優異的傳熱能力以及復合物的多孔結構，該復合物具有較高的吸水容量、較快的吸脫附速率；此外，由于cu-cat自身具有優良的光熱轉化能力，該復合物在脫水時不需要借助額外的能量，是理想的具有光熱驅動空氣集水功能的復合材料。
附圖說明
20.圖1為本發明一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法實施例中第一步產物的sem圖；
21.圖2為本發明一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法實施例中cu-cat多級結構的sem圖；
22.圖3為本發明一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法實施例中lici@cu-cat的sem圖。
具體實施方式
23.為了使本領域的技術人員可以更好地理解本發明，下面結合附圖和實施例對本發明技術方案進一步說明。
24.實施例1
25.本發明提供了一種具有光熱驅動空氣集水復合材料，包括銅網，銅網的表面具有
由納米線組成的多級孔道結構，多級孔道結構內外均負載有氯化鋰。
26.實施例2
27.本發明的一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
28.將銅網分別浸入稀硫酸、去離子水和乙醇中洗滌，從乙醇中取出后立馬放入烘箱中烘干待用。將5ml，0.15mol/l的(nh4)2s2o8溶液與5ml，5mol/l的naoh溶液在圓底容器中混合，用面積為2cm2的銅網浸入其中，靜置30min。將銅網撈出并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈藍的銅網。掃描電子顯微鏡(sem)顯示，銅網表面被長度約為10-50μm的針狀納米棒所覆蓋，如圖1所示。
29.在氣密性良好的玻璃瓶中加入0.2mmol的2,3,6,7,10,11-六羥基苯并菲(hhtp)配體，用移液移取3ml超純水、0.1mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配體，超聲振蕩30s直至hhtp配體完全溶解，將上一步合成出藍產物加入玻璃瓶中，旋緊瓶蓋并放入70℃烘箱中靜置，2h后將其取出，冷卻至室溫。將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，最后將其取出移入烘箱中，此時銅網表面已變為黑，掃描電子顯微鏡(sem)顯示銅網表面出現由納米線組成的多級孔道結構記為cu-cat多級結構，如圖2所示。
30.配置5ml濃度為5wt％的氯化鋰溶液,攪拌1h，將已干燥的cu-cat多級結構放入氯化鋰溶液中靜置浸泡0.5h，取出后分別直接放入70℃的烘箱中干燥。sem照片顯示此時原cu-cat多級結構的形貌幾乎不變，材料的孔道內外都有氯化鋰附著，記為licl@cu-cat，如圖3所示。
31.實施例3
32.本發明的一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
33.將銅網分別浸入稀硫酸、去離子水和乙醇中洗滌，從乙醇中取出后立馬放入烘箱中烘干待用。將5ml，0.18mol/l的(nh4)2s2o8溶液與5ml，5.5mol/l的naoh溶液在圓底容器中混合，用面積為2cm2的銅網浸入其中，靜置50min。將銅網撈出并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈藍的銅網。掃描電子顯微鏡(sem)顯示，銅網表面被長度約為10-50μm的針狀納米棒所覆蓋，如圖1所示。
34.在氣密性良好的玻璃瓶中加入0.4mmol的2,3,6,7,10,11-六羥基苯并菲(hhtp)配體，用移液移取4ml超純水、0.6mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配體，超聲振蕩30s直至hhtp配體完全溶解，將上一步合成出藍產物加入玻璃瓶中，旋緊瓶蓋并放入70℃烘箱中靜置，2h后將其取出，冷卻至室溫。將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，最后將其取出移入烘箱中，此時銅網表面已變為黑，掃描電子顯微鏡(sem)顯示銅網表面出現由納米線組成的多級孔道結構記為cu-cat多級結構，如圖2所示。
35.配置5ml濃度為10wt％的氯化鋰溶液),攪拌3h，將已干燥的cu-cat多級結構放入氯化鋰溶液中靜置浸泡1h，取出后分別直接放入80℃的烘箱中干燥。sem照片顯示此時原cu-cat多級結構的形貌幾乎不變，材料的孔道內外都有氯化鋰附著，記為licl@cu-cat，如圖3所示。
36.實施例4
37.本發明的一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法，具體包括以下步驟：
38.將銅網分別浸入稀硫酸、去離子水和乙醇中洗滌，從乙醇中取出后立馬放入烘箱中烘干待用。將5ml,0.2mol/l的(nh4)2s2o8溶液與5ml,6mol/l的naoh溶液在圓底容器中混
合，用面積為2cm2的銅網浸入其中，靜置60min。將銅網撈出并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈藍的銅網。掃描電子顯微鏡(sem)顯示，銅網表面被長度約為10-50μm的針狀納米棒所覆蓋，如圖1所示。
39.在氣密性良好的玻璃瓶中加入0.5mmol的2,3,6,7,10,11-六羥基苯并菲(hhtp)配體，用移液移取5ml超純水、1mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配體，超聲振蕩30s直至hhtp配體完全溶解，將上一步合成出藍產物加入玻璃瓶中，旋緊瓶蓋并放入70℃烘箱中靜置，2h后將其取出，冷卻至室溫。將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，最后將其取出移入烘箱中，此時銅網表面已變為黑，掃描電子顯微鏡(sem)顯示銅網表面出現由納米線組成的多級孔道結構記為cu-cat多級結構，如圖2所示。
40.配置5ml濃度為20wt％的氯化鋰溶液,攪拌5h，將已干燥的cu-cat多級結構放入氯化鋰溶液中靜置浸泡0.5～2h，取出后分別直接放入90℃的烘箱中干燥。sem照片顯示此時原cu-cat多級結構的形貌幾乎不變，材料的孔道內外都有氯化鋰附著，記為licl@cu-cat，如圖3所示。
41.其中，大規模制備該復合膜并將其放置于設計好的容器中，夜晚空氣相對濕度高，實現水蒸氣吸附。
42.附著在材料表面的氯化鋰經歷三個吸水過程：生成水合物的化學吸附過程、潮解、氯化鋰溶解入收集的水中成為液體吸附劑，繼續吸水，吸收的水分因cu-cat多級結構的毛細作用進入孔道中儲存，同時復合物是多孔結構，其內部的氯化鋰也在吸水。白天當有太陽光照射時，具有優異光熱性能的cu-cat將太陽光轉化為熱能給捕獲的水加熱進行脫附，同時銅網良好的傳熱性和復合物的多孔結構有助于這一過程的發生。從復合材料中脫附出的水蒸氣可通過玻璃冷凝器收集至水槽中供日常使用，從而實現淡水高效廉價收集。
43.綜上，本發明通過在多孔的cu-cat多級結構中負載無機化合物中吸水能力最強的氯化鋰形成復合物licl@cu-cat，借助氯化鋰超高的吸水容量、銅網優異的傳熱能力以及復合物的多孔結構，該復合物具有較高的吸水容量、較快的吸脫附速率；此外，由于cu-cat自身具有優良的光熱轉化能力，該復合物在脫水時不需要借助額外的能量，是理想的具有光熱驅動空氣集水功能的復合材料。
44.最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。
技術特征：
1.一種具有光熱驅動空氣集水復合材料，其特征在于，包括銅網，所述銅網的表面具有由納米線組成的多級孔道結構，所述多級孔道結構內外均負載有氯化鋰。2.如權利要求1所述一種具有光熱驅動空氣集水復合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：s1、將(nh4)2s2o8溶液與naoh溶液混合均勻，將銅網浸入其中，靜置30～60min，撈出銅網并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，烘干，得到表面呈藍的銅網；s2、取2，3，6，7，10，11-六羥基苯并菲配體，加入超純水、n，n-二甲基甲酰胺，超聲振蕩30s直至配體完全溶解，得到配體溶液；s3、將表面呈藍的銅網加入配體溶液，密封后，放入70℃烘箱中靜置2h，取出，冷卻至室溫，將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，烘干，得到表面呈黑的銅網；s4、配置濃度為5wt％～20wt％的氯化鋰溶液，攪拌1～5h，將表面呈黑的銅網放入氯化鋰溶液中靜置浸泡0.5～2h，取出，于70～90℃下烘干，即得到具有光熱驅動空氣集水復合材料。3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，s1中所述的(nh4)2s2o8溶液與naoh溶液的濃度分別為0.15～0.2mol/l、5～6mol/l，體積比為1:1。4.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于，s1中所述的2，3，6，7，10，11-六羥基苯并菲、超純水、n，n-二甲基甲酰胺的摩爾比為0.2～0.5:150～280:1.3～13。5.如權利要求2～4任意一項所述的制備方法制備得到的具有光熱驅動空氣集水復合材料。6.如權利要求1所述的具有光熱驅動空氣集水復合材料。7.如權利要求1或6所述的具有光熱驅動空氣集水復合材料或權利要求2～4任意一項所述的制備方法制備得到的具有光熱驅動空氣集水復合材料在空氣集水中的應用。
技術總結
本發明公開了一種具有光熱驅動空氣集水復合材料，包括銅網，所述銅網的表面具有由納米線組成的多級孔道結構，所述多級孔道結構內外均負載有氯化鋰。本發明還公開了該復合材料的制備方法，包括：S1、將(H4)2S2O8溶液與aOH溶液混合均勻，將銅網浸入其中，靜置30～60min，撈出銅網并分別用去離子水和乙醇沖洗三次，烘干，得到表面呈藍的銅網；S2、取2，3，6，7，10，11-六羥基苯并菲配體，加入超純水、，-二甲基甲酰胺，超聲振蕩30s直至配體完全溶解，得到配體溶液；S3、將表面呈藍的銅網加入配體溶液，密封后，放入70℃烘箱中靜置2h，取出，冷卻至室溫，將反應后的銅網取出，分別泡入去離子水和乙醇中洗滌三次，烘干，得到表面呈黑的銅網。黑的銅網。黑的銅網。
