基于泡沫铜的MOF复合物吸附剂及其制备方法与应用

本发明涉及吸附式空气取水材料，尤其涉及基于泡沫铜的mof复合物吸附剂及其制备方法与应用。

背景技术：

1、全球范围内日益严峻的水资源短缺问题引起了社会各界的高度关注。过去数十年中，人们已经开发出了众多包括海水淡化与废水纯化的淡水获取技术。这些传统方法在一定程度上缓解了水资源的紧张状况，但它们受限于经济成本、地理位置与环境条件等诸多因素。大气中水含量为地球表面所有江河湖泊的八分之一，较为丰富，是一个天然的淡水库。因此，越来越多的科研工作者投入空气取水技术的研究中。

2、空气取水技术主要包括基于压缩制冷或辐射制冷的冷凝取水、高湿度下的雾捕集、露水收集、以及基于吸附的空气取水技术等。其中基于吸附的空气取水技术是利用吸附剂材料自发捕捉环境空气中的水蒸气并以吸着水的形式储存，后续在热驱动下释放湿热蒸汽进而将其冷凝获取淡水的方法。考虑到一般地区的环境湿度在全年范围内变化较大，对于需要全年稳定供水的干旱地区，吸附式空气取水更具实际优势。

3、在吸附式空气取水技术领域，水分子的吸脱附性能是吸附剂材料的核心性质。目前，已开发的吸附剂材料主要分为传统吸附剂、液体吸附剂、聚合物吸附剂和基于金属有机框架(metal-organic frameworks,mofs)材料的吸附剂。其中传统吸附剂吸附容量低，液体吸附剂吸脱附时易潮解腐蚀设备，聚合物吸附剂吸脱附速率较慢。mofs具有较高的孔隙率、较大的比表面积以及可定向调控的结构与功能，近十年来受到广泛关注。作为水分子吸附剂，mofs具有吸脱附速率快，吸附湿度宽的优点，其在空气取水领域具有十分潜在的应用。

4、然而，目前具备水分子吸脱附功能的mofs材料存在以下不足：(1)mof材料导热性差，导致受热脱附时，材料内外热量分布不均匀，降低解吸效率；(2)mof材料多以粉末形态存在，必须经过压实成型后才能使用，而压实过程增加了水分子在材料中的传质阻力，降低吸附与脱附速率；(3)mof材料不具备光热转化性能，脱附过程所需热量只能通过电加热方式提供，增加了取水过程能耗。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供基于泡沫铜的mof复合物吸附剂及其制备方法与应用，以至少解决现有具备水分子吸脱附功能的mofs材料存在的导热性差，不具备光热转化性能的问题。

2、本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

3、第一方面，本发明提供了一种基于泡沫铜的mof复合物吸附剂的制备方法，所述制备方法为将氢氧化铜泡沫块浸入hhtp溶液中，密封后置于68～75℃反应2～4h，得到的固体用去离子水、乙醇和丙酮冲洗后，置于70～80℃真空环境中干燥，得到基于泡沫铜的mof复合物吸附剂。

4、结合第一方面，在一些实施方式中，所述hhtp溶液的配置如下：

5、将2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯加入二甲基乙酰胺中，超声波分散，配置得到有机溶液；

6、将有机溶液与去离子水按照体积比1:10混合，得到hhtp溶液。

7、结合第一方面，在一些实施方式中，所述有机溶液中2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯的浓度为3.5～4mmol/l。

8、结合第一方面，在一些实施方式中，所述氢氧化铜泡沫块与2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯的用量如下：每立方厘米氢氧化铜泡沫块使用0.015～0.025mol 2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯浸泡。

9、结合第一方面，在一些实施方式中，所述氢氧化铜泡沫块的制备如下：

10、将预处理后的泡沫铜块浸入混合碱水溶液中，室温下静置30～60min，浸泡至泡沫铜块表面由橙色变为蓝色，取出并用去离子水、乙醇反复冲洗，真空干燥，得到氢氧化铜泡沫块；所述混合碱水溶液中含有氢氧化钠和过硫酸铵。

11、结合第一方面，在一些实施方式中，所述混合碱溶液中氢氧化钠的浓度为1mol/l，过硫酸铵的浓度为0.1mol/l。

12、结合第一方面，在一些实施方式中，每立方厘米泡沫铜使用35～45ml混合碱水溶液浸泡。

13、结合第一方面，在一些实施方式中，所述泡沫铜块的预处理如下：

14、将纯度为99.9％以上的泡沫铜裁剪成方块，置于质量分数为10％的稀硫酸中浸泡10～15min，再置于超纯水中浸泡20～30min，置于丙酮中浸泡并超声波10～20min，随后超声波处理10～15min，使用去离子水清洗，干燥。

15、第二方面，本发明提供了一种基于泡沫铜的mof复合物吸附剂，所述mof复合物吸附剂采用上述第一方面所述的制备方法制备得到。

16、第三方面，本发明提供了上述第二方面所述的基于泡沫铜的mof复合物吸附剂在吸附式空气取水中的应用。

17、本发明的基于泡沫铜的mof复合物吸附剂的制备方法中，选择表面光滑、自身具有连通孔道并且传热性能优异的泡沫铜作为基底材料，在强碱溶液中对泡沫铜进行原位刻蚀生长氢氧化铜纳米线阵列，之后与2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯通过水热法将氢氧化铜转变为相互交织缠绕的cu3(hhtp)2纳米棒，得到基于泡沫铜的具有三维多孔结构的mof泡沫复合吸附剂材料。cu3(hhtp)2中配体2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯的π-π跃迁可以吸收紫外光与可见光，进而转化为热能，因此其具有优异的光热转化能力，还具有较强的导热能力和稳定性，吸附饱和时可在太阳光的照射下实现光热自主脱附。

18、本发明制备得到的cu3(hhtp)2泡沫材料，其表面由cu3(hhtp)2纳米线交织而成三维蓬松的多孔结构，缠绕的cu3(hhtp)2纳米线之间存在空隙，一方面可以有效增大与空气的接触面积，利于水分子的传递，另一方面由cu3(hhtp)2纳米阵列形成的多级孔道可增强光吸收，进而提升光热效果。

19、经测试，本发明的cu3(hhtp)2泡沫材料在整个太阳光波段内均展现出了较强的吸收能力，在500-1900nm波长范围内(可见光波段与红外波段)其光吸收率高于80％，最高可达99.5％。

技术特征：

1.基于泡沫铜的mof复合物吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为将氢氧化铜泡沫块浸入hhtp溶液中，密封后置于68～75℃反应2～4h，得到的固体用去离子水、乙醇和丙酮冲洗后，置于70～80℃真空环境中干燥，得到基于泡沫铜的mof复合物吸附剂。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述hhtp溶液的配置如下：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶液中2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯的浓度为3.5～4mmol/l。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化铜泡沫块与2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯的用量如下：每立方厘米氢氧化铜泡沫块使用0.015～0.025mol 2,3,6,7,10,11-六羟基三亚苯浸泡。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氢氧化铜泡沫块的制备如下:

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述混合碱溶液中氢氧化钠的浓度为1mol/l，过硫酸铵的浓度为0.1mol/l。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，每立方厘米泡沫铜使用35～45ml混合碱水溶液浸泡。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述泡沫铜块的预处理如下：

9.一种基于泡沫铜的mof复合物吸附剂，其特征在于，所述mof复合物吸附剂采用如权利要求1-8任一项所述的制备方法制备得到。

10.根据权利要求9所述的mof复合物吸附剂在吸附式空气取水中的应用。

技术总结本发明涉及吸附式空气取水材料技术领域，尤其涉及基于泡沫铜的MOF复合物吸附剂及其制备方法与应用。本发明选择表面光滑、自身具有连通孔道并且传热性能优异的泡沫铜作为基底材料，在强碱溶液中对泡沫铜进行原位刻蚀生长氢氧化铜纳米线阵列，之后与2,3,6,7,10,11‑六羟基三亚苯通过水热法将氢氧化铜转变为相互交织缠绕的Cu<subgt;3</subgt;(HHTP)<subgt;2</subgt;纳米棒，得到基于泡沫铜的具有三维多孔结构的MOF泡沫复合吸附剂材料。Cu<subgt;3</subgt;(HHTP)<subgt;2</subgt;中配体2,3,6,7,10,11‑六羟基三亚苯的π‑π跃迁可以吸收紫外光与可见光，进而转化为热能，因此其具有优异的光热转化能力，还具有较强的导热能力和稳定性，吸附饱和时可在太阳光的照射下实现光热自主脱附。技术研发人员：孙志兵,黄秀颖,马青朗受保护的技术使用者：北京理工大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6