一种具有光热驱动空气集水复合材料、其制备方法和应用与流程
1.本发明涉及大气集水技术领域，具体来说，涉及一种具有光热驱动空气集水复合材料、其制备方法和应用。
背景技术：
2.为了解决淡水匮乏的问题，研究人员开发了许多从天然水中获取淡水的集水技术，包括海水淡化、生活污水净化、支网收集雨水等。然而，大多数遭受缺水的地区是内陆和干旱地区，缺少作为淡水来源的天然地表水源。研究表明，大气中水含量约为12900万亿升，比地球上河流湖泊中水量的六倍还要高。因此，对干旱地区空气中的水分与悬浮的水液滴的高效收集，有望成为解决缺少天然水源地区淡水匮乏问题的有效手段。
3.目前，实现大气集水的三种主要手段为：直接收集雾水，通过冷却器实现露水收集，和基于吸附剂的水的捕获。其中，直接收集雾水受限于当地的气候条件，因为这种技术需要空气具备非常高的相对湿度；而通过冷却空气的方法收集露水则需要消耗大量的能量将空气的温度冷却至露点以下。近年来，利用太阳能驱动可持续的水的收集与纯化过程可有效降低制备淡水过程中的能耗。因此，太阳能驱动吸附式大气集水作为一种新兴高效且低成本的空气集水技术，受到了广泛的关注。
4.根据吸附剂与水蒸气之间不同的作用力，吸附作用通常分为物理吸附和化学吸附。大多数经典的固态物理吸附剂，例如硅胶与沸石等多孔材料，吸附剂与水分子之间存在非常强的相互作用力，使得水分子从吸附材料中的脱附过程需要很高的温度(通常高于100℃)，并且这个过程很难通过太阳光驱动完成。相较于物理吸附剂，某些盐类可以通过化学吸附的方式(如潮解过程)实现集水，此类吸附剂通常具备较高的饱和吸附容量和较低的再生温度，但是其具有腐蚀、膨胀和结块等缺点，导致其水吸附性能随吸脱附循次数增加而出现明显的下降。近期，有研究引入多孔基底与盐类进行复合，解决吸湿盐的结块和盐溶液泄漏这一问题。然而，受限于传统的多孔材料(例如硅胶、氧化铝和多孔碳)较小的孔体积，复合物物中盐的负载量通常都很低，从而导致其实际饱和吸附量严重下降。金属有机框架(mof)是一类具有规则纳米孔道，超高比表面积与孔体积和可调的物理化学特征的晶体多孔材料，是作为多孔基底的最优选择。例如cacl2@uio-66和cacl2@mil-101(cr)显示出相比于单相盐材料更大的饱和吸附量，更快的水吸脱附速率，和更低的脱附温度。但现有复合材料对太阳光的吸收能力差，无法实现太阳能光热效应实现脱附。
技术实现要素：
5.本发明的技术任务是：针对以上不足，提供一种具有光热驱动空气集水复合材料、其制备方法和应用，来解决上述背景技术所提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种具有光热驱动空气集水复合材料，包括铜网，所述铜网的表面具有由纳米线组成的多级孔道结构，所述多级孔道结构内外均负载有氯化锂。
8.上述一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法，包括以下步骤：
9.s1、将(nh4)2s2o8溶液与naoh溶液混合均匀，将铜网浸入其中，静置30～60min，捞出铜网并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，烘干，得到表面呈蓝的铜网；
10.s2、取2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲配体，加入超纯水、n，n-二甲基甲酰胺，超声振荡30s直至配体完全溶解，得到配体溶液；
11.s3、将表面呈蓝的铜网加入配体溶液，密封后，放入70℃烘箱中静置2h，取出，冷却至室温，将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，烘干，得到表面呈黑的铜网；
12.s4、配置浓度为5wt％～20wt％的氯化锂溶液，搅拌1～5h，将表面呈黑的铜网放入氯化锂溶液中静置浸泡0.5～2h，取出，于70～90℃下烘干，即得到具有光热驱动空气集水复合材料。
13.进一步，s1中所述的(nh4)2s2o8溶液与naoh溶液的浓度分别为0.15～0.2mol/l、5～6mol/l，体积比为1:1。
14.进一步，s1中所述的2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲、超纯水、n，n-二甲基甲酰胺的摩尔比为0.2～0.5:150～280:1.3～13。
15.本发明还提供了上述的制备方法制备得到的具有光热驱动空气集水复合材料。
16.本发明还提供了上述的具有光热驱动空气集水复合材料。
17.本发明还提供了上述具有光热驱动空气集水复合材料或者上述的制备方法制备得到的具有光热驱动空气集水复合材料在空气集水中的应用。
18.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：
19.本发明，通过在多孔的cu-cat多级结构中负载无机化合物中吸水能力最强的氯化锂形成复合物licl@cu-cat，借助氯化锂超高的吸水容量、铜网优异的传热能力以及复合物的多孔结构，该复合物具有较高的吸水容量、较快的吸脱附速率；此外，由于cu-cat自身具有优良的光热转化能力，该复合物在脱水时不需要借助额外的能量，是理想的具有光热驱动空气集水功能的复合材料。
附图说明
20.图1为本发明一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法实施例中第一步产物的sem图；
21.图2为本发明一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法实施例中cu-cat多级结构的sem图；
22.图3为本发明一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法实施例中lici@cu-cat的sem图。
具体实施方式
23.为了使本领域的技术人员可以更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明。
24.实施例1
25.本发明提供了一种具有光热驱动空气集水复合材料，包括铜网，铜网的表面具有
由纳米线组成的多级孔道结构，多级孔道结构内外均负载有氯化锂。
26.实施例2
27.本发明的一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
28.将铜网分别浸入稀硫酸、去离子水和乙醇中洗涤，从乙醇中取出后立马放入烘箱中烘干待用。将5ml，0.15mol/l的(nh4)2s2o8溶液与5ml，5mol/l的naoh溶液在圆底容器中混合，用面积为2cm2的铜网浸入其中，静置30min。将铜网捞出并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈蓝的铜网。扫描电子显微镜(sem)显示，铜网表面被长度约为10-50μm的针状纳米棒所覆盖，如图1所示。
29.在气密性良好的玻璃瓶中加入0.2mmol的2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲(hhtp)配体，用移液移取3ml超纯水、0.1mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配体，超声振荡30s直至hhtp配体完全溶解，将上一步合成出蓝产物加入玻璃瓶中，旋紧瓶盖并放入70℃烘箱中静置，2h后将其取出，冷却至室温。将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，最后将其取出移入烘箱中，此时铜网表面已变为黑，扫描电子显微镜(sem)显示铜网表面出现由纳米线组成的多级孔道结构记为cu-cat多级结构，如图2所示。
30.配置5ml浓度为5wt％的氯化锂溶液,搅拌1h，将已干燥的cu-cat多级结构放入氯化锂溶液中静置浸泡0.5h，取出后分别直接放入70℃的烘箱中干燥。sem照片显示此时原cu-cat多级结构的形貌几乎不变，材料的孔道内外都有氯化锂附着，记为licl@cu-cat，如图3所示。
31.实施例3
32.本发明的一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
33.将铜网分别浸入稀硫酸、去离子水和乙醇中洗涤，从乙醇中取出后立马放入烘箱中烘干待用。将5ml，0.18mol/l的(nh4)2s2o8溶液与5ml，5.5mol/l的naoh溶液在圆底容器中混合，用面积为2cm2的铜网浸入其中，静置50min。将铜网捞出并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈蓝的铜网。扫描电子显微镜(sem)显示，铜网表面被长度约为10-50μm的针状纳米棒所覆盖，如图1所示。
34.在气密性良好的玻璃瓶中加入0.4mmol的2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲(hhtp)配体，用移液移取4ml超纯水、0.6mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配体，超声振荡30s直至hhtp配体完全溶解，将上一步合成出蓝产物加入玻璃瓶中，旋紧瓶盖并放入70℃烘箱中静置，2h后将其取出，冷却至室温。将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，最后将其取出移入烘箱中，此时铜网表面已变为黑，扫描电子显微镜(sem)显示铜网表面出现由纳米线组成的多级孔道结构记为cu-cat多级结构，如图2所示。
35.配置5ml浓度为10wt％的氯化锂溶液),搅拌3h，将已干燥的cu-cat多级结构放入氯化锂溶液中静置浸泡1h，取出后分别直接放入80℃的烘箱中干燥。sem照片显示此时原cu-cat多级结构的形貌几乎不变，材料的孔道内外都有氯化锂附着，记为licl@cu-cat，如图3所示。
36.实施例4
37.本发明的一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法，具体包括以下步骤：
38.将铜网分别浸入稀硫酸、去离子水和乙醇中洗涤，从乙醇中取出后立马放入烘箱中烘干待用。将5ml,0.2mol/l的(nh4)2s2o8溶液与5ml,6mol/l的naoh溶液在圆底容器中混
合，用面积为2cm2的铜网浸入其中，静置60min。将铜网捞出并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，最后放入烘箱中烘干，得到表面呈蓝的铜网。扫描电子显微镜(sem)显示，铜网表面被长度约为10-50μm的针状纳米棒所覆盖，如图1所示。
39.在气密性良好的玻璃瓶中加入0.5mmol的2,3,6,7,10,11-六羟基苯并菲(hhtp)配体，用移液移取5ml超纯水、1mln,n-二甲基甲酰胺(dmf)至玻璃瓶中溶解hhtp配体，超声振荡30s直至hhtp配体完全溶解，将上一步合成出蓝产物加入玻璃瓶中，旋紧瓶盖并放入70℃烘箱中静置，2h后将其取出，冷却至室温。将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，最后将其取出移入烘箱中，此时铜网表面已变为黑，扫描电子显微镜(sem)显示铜网表面出现由纳米线组成的多级孔道结构记为cu-cat多级结构，如图2所示。
40.配置5ml浓度为20wt％的氯化锂溶液,搅拌5h，将已干燥的cu-cat多级结构放入氯化锂溶液中静置浸泡0.5～2h，取出后分别直接放入90℃的烘箱中干燥。sem照片显示此时原cu-cat多级结构的形貌几乎不变，材料的孔道内外都有氯化锂附着，记为licl@cu-cat，如图3所示。
41.其中，大规模制备该复合膜并将其放置于设计好的容器中，夜晚空气相对湿度高，实现水蒸气吸附。
42.附着在材料表面的氯化锂经历三个吸水过程：生成水合物的化学吸附过程、潮解、氯化锂溶解入收集的水中成为液体吸附剂，继续吸水，吸收的水分因cu-cat多级结构的毛细作用进入孔道中储存，同时复合物是多孔结构，其内部的氯化锂也在吸水。白天当有太阳光照射时，具有优异光热性能的cu-cat将太阳光转化为热能给捕获的水加热进行脱附，同时铜网良好的传热性和复合物的多孔结构有助于这一过程的发生。从复合材料中脱附出的水蒸气可通过玻璃冷凝器收集至水槽中供日常使用，从而实现淡水高效廉价收集。
43.综上，本发明通过在多孔的cu-cat多级结构中负载无机化合物中吸水能力最强的氯化锂形成复合物licl@cu-cat，借助氯化锂超高的吸水容量、铜网优异的传热能力以及复合物的多孔结构，该复合物具有较高的吸水容量、较快的吸脱附速率；此外，由于cu-cat自身具有优良的光热转化能力，该复合物在脱水时不需要借助额外的能量，是理想的具有光热驱动空气集水功能的复合材料。
44.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
技术特征：
1.一种具有光热驱动空气集水复合材料，其特征在于，包括铜网，所述铜网的表面具有由纳米线组成的多级孔道结构，所述多级孔道结构内外均负载有氯化锂。2.如权利要求1所述一种具有光热驱动空气集水复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、将(nh4)2s2o8溶液与naoh溶液混合均匀，将铜网浸入其中，静置30～60min，捞出铜网并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，烘干，得到表面呈蓝的铜网；s2、取2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲配体，加入超纯水、n，n-二甲基甲酰胺，超声振荡30s直至配体完全溶解，得到配体溶液；s3、将表面呈蓝的铜网加入配体溶液，密封后，放入70℃烘箱中静置2h，取出，冷却至室温，将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，烘干，得到表面呈黑的铜网；s4、配置浓度为5wt％～20wt％的氯化锂溶液，搅拌1～5h，将表面呈黑的铜网放入氯化锂溶液中静置浸泡0.5～2h，取出，于70～90℃下烘干，即得到具有光热驱动空气集水复合材料。3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，s1中所述的(nh4)2s2o8溶液与naoh溶液的浓度分别为0.15～0.2mol/l、5～6mol/l，体积比为1:1。4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，s1中所述的2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲、超纯水、n，n-二甲基甲酰胺的摩尔比为0.2～0.5:150～280:1.3～13。5.如权利要求2～4任意一项所述的制备方法制备得到的具有光热驱动空气集水复合材料。6.如权利要求1所述的具有光热驱动空气集水复合材料。7.如权利要求1或6所述的具有光热驱动空气集水复合材料或权利要求2～4任意一项所述的制备方法制备得到的具有光热驱动空气集水复合材料在空气集水中的应用。
技术总结
本发明公开了一种具有光热驱动空气集水复合材料，包括铜网，所述铜网的表面具有由纳米线组成的多级孔道结构，所述多级孔道结构内外均负载有氯化锂。本发明还公开了该复合材料的制备方法，包括：S1、将(H4)2S2O8溶液与aOH溶液混合均匀，将铜网浸入其中，静置30～60min，捞出铜网并分别用去离子水和乙醇冲洗三次，烘干，得到表面呈蓝的铜网；S2、取2，3，6，7，10，11-六羟基苯并菲配体，加入超纯水、，-二甲基甲酰胺，超声振荡30s直至配体完全溶解，得到配体溶液；S3、将表面呈蓝的铜网加入配体溶液，密封后，放入70℃烘箱中静置2h，取出，冷却至室温，将反应后的铜网取出，分别泡入去离子水和乙醇中洗涤三次，烘干，得到表面呈黑的铜网。黑的铜网。黑的铜网。
