一种块体吸附剂及其合成方法和应用与流程
本发明涉及化学材料合成及大气集水，具体涉及一种块体吸附剂及其合成方法和应用。
背景技术：
1、水资源短缺和能源短缺是威胁人类生命安全和阻碍社会经济发展的两大挑战。尽管地球表面70％是海洋，但世界上只有0.5％的水资源用于人类生活，并且现有的河流、湖泊和地下水等淡水资源，正因人为污染和环境破坏而造成流失，难以满足内陆或沙漠地区的正常用水需求。传统的煤、石油和天然气等化石能源的使用会加剧环境污染，影响人类的生命健康，同时，传统能源的枯竭也在威胁着社会的发展。因此，对能、氢能、太阳能、核能等新能源的开发和利用显得尤为重要。对此，利用基于吸附剂的太阳能驱动大气集水技术(ssawh)捕获空气中水分是一种可行的策略，有望在未来缓解干旱地区的水短缺压力和提高能源利用效率。
2、吸附剂的性能极大程度上决定了大气集水技术(awh)的集水能力。传统的吸附剂如硅胶、沸石、吸湿性盐等，或需要大量的再生能量输入，或需要在高相对湿度(rh)的空气中才能达到足够的吸水能力，不能满足awh技术要求。相比之下，金属有机骨架(mofs)由于具有优异的循环稳定性、低湿度下的高吸水能力、低再生能量、结构可调性等优点而被广泛应用于干旱地区的awh技术研究。
3、然而，目前的mofs作为吸附剂存在着一些问题。一方面，粉末状的mofs存在着传质传热阻力大的问题，且mofs通常是白色或浅色的，光吸收能力弱，光热转换性能差，无法依靠自身获取足够的太阳能以驱动解吸水。另一方面，采用一种二元羧酸合成的单一金属有机骨架(mof)，其吸脱附等温曲线是固定的，只能适用于某特定湿度的场合；对于其它湿度场合，只能选用其它二元羧酸合成的mof；有些湿度场合，目前无法找到适合的mof材料，只能将不同的mof粒子粉体按比例混合来实现，当它们在基材上负载时，由于不同mof粒子之间以及mof粒子与基材之间的作用力小，通常需要外加粘合剂，这不仅减少了mof吸附剂的负载率，还存在粘合剂堵塞mof孔隙的风险。针对以上问题，目前的解决方法是将mofs载体化并将mofs与光热材料结合以制备复合吸附剂，但载体与mofs的弱界面作用会导致mofs涂层不稳定，易掉粉，光热剂的引入也会降低复合吸附剂的吸水量。
技术实现思路
1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种传质传热阻力小且负载率高的块体吸附剂及其合成方法和应用。
2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种块体吸附剂的合成方法，包括以下步骤：将两种有机二元羧酸作为双配体溶解在有机溶剂中，再加入去离子水，搅拌均匀后得到双配体均匀分散液；在双配体均匀分散液中加入含铝离子的改性活性炭纤维(al3+-macf)，于密闭条件下进行反应，得到块体吸附剂。
3、本发明采用的另一技术方案为：一种块体吸附剂，采用上述块体吸附剂的合成方法制备得到。
4、本发明采用的又一技术方案为：上述块体吸附剂在大气集水上的应用。
5、本发明的有益效果在于：本发明的合成方法使用混合溶剂热法在活性炭纤维上原位合成活性炭纤维基双配体混合al-mofs块体吸附剂，mofs粉体均匀分散在基材表面及空隙中，可以解决其传质传热阻力大的问题。合成过程中选择高光热转化性能的活性炭纤维作基材，可有效增强吸附剂的光热转换效性能，并免除了额外添加光热剂，提高mofs吸附剂的负载率，从而提高吸湿量；通过原位合成工艺进行合成，无需额外添加粘合剂即可实现吸附剂粒子与基材表面的紧密结合，可提高mofs吸附剂的负载率同时提高吸附剂在吸脱附过程的传热传质速率；选择双配体作为吸附剂，可通过调整配体的比例，使混合mofs在两个母体mof的极限之间进行调变，适用于不同干旱地区水收集系统。
技术特征：
1.一种块体吸附剂的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：将两种有机二元羧酸作为双配体溶解在有机溶剂中，再加入去离子水，搅拌均匀后得到双配体均匀分散液；在双配体均匀分散液中加入含铝离子的改性活性炭纤维，于密闭条件下进行反应，得到块体吸附剂。
2.根据权利要求1所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述含铝离子的改性活性炭纤维的制备方法包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述氧化剂包括浓硫酸、浓硝酸、双氧水、高锰酸钾和重铬酸钾中的至少一种。
4.根据权利要求2所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述水溶性成膜剂包括壳聚糖盐酸盐、羧甲基壳聚糖、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠和聚乙烯吡咯烷酮中的任意一种。
5.根据权利要求2所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述铝盐为硝酸铝、硫酸铝、氯化铝、乙酸铝中的任意一种。
6.根据权利要求1所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述双配体为3,5-吡唑二羧酸、富马酸、2,5-呋喃二甲酸、2,4-呋喃二羧酸和间苯二甲酸中的任意两种。
7.根据权利要求1所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述双配体与含铝离子的改性活性炭纤维中铝离子的摩尔比为0.6:1～1.5:1。
8.根据权利要求1所述的块体吸附剂的合成方法，其特征在于，所述反应的条件为：在80～160℃下反应11～13h。
9.一种块体吸附剂，其特征在于，采用权利要求1-8任一所述的块体吸附剂的合成方法制备得到。
10.如权利要求9所述的块体吸附剂在大气集水上的应用。
技术总结
本发明涉及化学材料合成及大气集水技术领域，具体涉及一种块体吸附剂及其合成方法和应用。该合成方法包括以下步骤：将两种有机二元羧酸作为双配体溶解在有机溶剂中，再加入去离子水，搅拌均匀后得到双配体均匀分散液；在双配体均匀分散液中加入含铝离子的改性活性炭纤维，于密闭条件下进行反应，得到块体吸附剂。制备得到的块体吸附剂传质传热阻力小，光热转换效性能好，附剂粒子与基材表面的紧密结合且负载率高，提高了吸湿量，吸湿效果可通过双配体的比例进行调节，适用于不同干旱地区水收集系统。
技术研发人员：方玉堂,黎敏,梁向晖,黄胜,黄明
受保护的技术使用者：江苏嘉盛环境设备制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5