[发明专利]一种导热式水蒸气吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种导热式水蒸气吸附剂及其制备方法和应用，涉及吸附取水技术领域。本发明制备的导热式水蒸气吸附剂，由有机硅微凝胶、聚多巴胺和金属镀层形成准核‑壳结构，其中，有机硅微凝胶由金属镀层包覆，二者之间通过聚多巴胺粘结；所述聚多巴胺表面还均匀分布有纳米银催化点位，金属镀层与纳米银催化点位相接触。制备得到的吸附剂中含有大量亲水有机基团，亲水基团数量可调，从而使其能够在广湿度范围内捕水。吸附剂颗粒堆积后形成具有三维导热通道的吸附床，可以有效加强传热传质能力，大幅提升释水和产水效率。另外，制备得到的吸附剂性质稳定，可重复利用，可以有效降低产水成本，提高生产效益。

技术领域

本发明属于吸附取水技术领域，具体涉及一种导热式水蒸气吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

空气中的含水量巨大，约为12.9×10³ km³，是所有江河水量的6倍。从空气中吸附获取水可弥补淡水资源的不足，对于缓解全球水短缺具有重要意义。吸附式空气取水技术的原理是利用吸附剂将水蒸气捕集，再将水分蒸发冷凝为液态水。相较于收集雾滴和直接冷凝法，该技术具有能耗低、适用湿度范围广的优点，具有更大的应用前景。

目前，常用的水蒸气吸附剂主要有沸石、硅胶、金属有机框架材料及吸湿性盐等，应用时通常需要将吸附剂粉体堆积形成吸附床。但这些传统吸附剂导热系数低，形成吸附床后传热和传质性能较差，导致释水缓慢，产水效率低。制备具有高导热性能、能够广湿度捕水且性质稳定的水蒸气吸附材料，成为吸附式空气取水技术应用中急需解决的难题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种导热式水蒸气吸附剂，由有机硅微凝胶、聚多巴胺和金属镀层形成准核-壳结构，其中，有机硅微凝胶由金属镀层包覆，二者之间通过聚多巴胺粘结；所述聚多巴胺表面还均匀分布有纳米银催化点位，金属镀层与纳米银催化点位相接触。

制备得到的吸附剂中含有大量亲水有机基团，亲水基团数量可调，从而使其能够在广湿度范围内捕水。而吸附剂颗粒堆积后形成具有三维导热通道的吸附床，可以进一步加强传热传质能力，大幅提升释水和产水效率。

本发明的另一目的在于提供一种导热式水蒸气吸附剂的制备方法，制备有机硅微凝胶，进行两步活化处理；将处理后的有机硅微凝胶加入金属镀液中，调节至适宜pH，搅拌反应2-48 h，离心分离并干燥，即可得到导热水蒸气吸附剂。

本发明的制备工艺简单，可选取材料丰富，成本低廉，反应过程安全高效，生产过程易于控制，可以实现大批量连续生产。

为实现上述目的，本发明提供一种导热式水蒸气吸附剂的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）制备有机硅微凝胶：将乙烯基三甲氧基硅烷、带有亲水有机基团的硅烷、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺和过硫酸铵溶解于去离子水中，形成反应体系1，进行聚合反应，反应结束后加入丙酮，搅拌过滤得到沉淀，将沉淀冷冻干燥，即可得到有机硅微凝胶；

（2）有机硅微凝胶活化处理：用盐酸多巴胺和硝酸银对有机硅微凝胶改性活化；

（3）制备金属镀层：将金属镀液用化学镀的方法，在活化处理后的有机硅微凝胶表面形成导热金属镀层，即可得到导热式水蒸气吸附剂；

其中，活化的作用是使有机硅微凝胶表面带有一些活性位点，活性位点具有催化的功能，能够催化化学镀过程，即催化金属离子在材料表面还原为金属。本发明中的活性位点为纳米银颗粒。

在一优选的实施方式中，步骤（1）中，所述反应体系1中各组分的浓度为：乙烯基三甲氧基硅烷0.001~50 mol/L、带有亲水有机基团的硅烷0.001~150 mol/L、N,N’-亚甲基双丙烯酰胺0.00001~0.1 mol/L和过硫酸铵0.00001~0.1 mol/L；