一种聚吡咯/聚氨酯基MIL-100(Fe)吸附剂及其制备方法和应用

本发明属于太阳能光热转换及大气集水，具体涉及一种聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、太阳能驱动的吸附式大气集水技术凭借其不受地理水源限制、可利用低品位热源及运行成本低等优势，被认为是解决干旱地区淡水短缺问题的有效途径之一。其核心原理在于，利用多孔吸附剂吸附，金属有机框架（mofs），由于其高集水、低脱附能耗等特点，是最有潜力应用的吸附剂之一。其主要原理是：在夜间，较低温度及较高湿度环境下捕获空气中的水蒸气，白天再通过太阳能加热使吸附剂吸附的水分脱附并冷凝收集，从而实现“吸附-脱附-产水”的循环过程。在这一技术路径中，吸附剂的性能直接决定着产水效率与能耗水平。

2、mofs吸附剂通常以粉体形式存在，在实际集水过程中，粒子间相互密堆积，存在传热、传质阻力问题，使吸附剂集水效率下降。mofs载体化策略在一定程度缓解粉末吸附剂实际应用中困境的问题，但多数mofs本身呈浅色或白色，对太阳光谱尤其是可见-近红外区域的光吸收能力较弱，导致其光热转换效率相对较低。这意味着吸附剂难以单纯依靠自然太阳光实现其吸附水份的快速、深度脱附，往往需要额外辅助加热，这在一定程度上增加了系统的整体能耗。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂及其制备方法和应用。本发明提供的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂兼具优异的光热转换性能、良好的吸湿能力、低的脱附活化能、高效的光驱动脱附性能及稳定的循环使用寿命，为基于太阳能驱动吸附式大气集水提供了新材料体系与新思路。

2、为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

3、本发明提供了一种聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

4、（1）将聚氨酯海绵基材浸泡于成膜剂溶液后，取出烘干，得到改性聚氨酯基材；

5、（2）将mpu基材浸入反应液进行原位反应，得到ppy/mpu基材；

6、所述反应液为吡咯、fecl3和对甲苯磺酸的水溶液；

7、（3）将ppy/mpu基材浸入均苯三甲酸铁溶胶后，取出烘干，得到负载fe-btc干胶的ppy/mpu基材；

8、（4）将负载fe-btc干胶的ppy/mpu基材进行晶化反应和干燥，得到聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂。

9、优选地，所述成膜剂包括壳聚糖盐酸盐、羧（羟）甲基（乙基）壳聚糖、羧（羟）甲基（乙基）纤维素钠、聚乙烯醇和聚吡咯烷酮中的一种或多种。

10、优选地，所述成膜剂溶液的质量浓度为0.2~4%。

11、优选地，所述反应液中吡咯、fecl3和对甲苯磺酸的质量比为1：0.8~3：1.0~2.2。

12、优选地，所述反应液中吡咯的浓度为0.006~0.009 g/ml。

13、优选地，所述晶化反应的条件为：晶化反应的温度为30~90℃，晶化反应的时间为3~12h，晶化反应的环境湿度为65~95%rh。

14、优选地，所述均苯三甲酸铁溶胶的制备，包括以下步骤：将na3btc溶液滴加到fecl2溶液中持续反应1~2h，得到均苯三甲酸铁溶胶。

15、优选地，所述na3btc与fecl2摩尔配比为1/1~2；所述na3btc和fecl2溶液的反应的温度为室温~60℃。

16、本发明还提供了上述所述的制备方法制备得到的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂，所述聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂为具有光热性的块体吸附剂。

17、本发明还提供了上述所述的制备方法制备得到的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)光热性块体吸附剂或上述所述的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)光热性块体吸附剂的应用，用于干旱地区太阳能驱动的吸附剂空气取水技术。

18、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

19、（1）本发明提供的一种基于干胶转化的原位合成工艺，成功制备了聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)光热性块体吸附剂（ppy/mpu/mil-100(fe)）。聚氨酯海绵（pu）的高孔隙率的三维网络结构为高负载率原位合成mil-100(fe)晶粒提供场所，其对mil-100(fe)均匀分散能有效提升吸附剂的传热传质效率。

20、（2）本发明提供的原位聚合法没有使用胶粘剂，避免了胶粘剂堵塞mof吸附剂孔隙的问题。

21、（3）本发明提供的原位合成方法，所制得的mil-100(fe)块体吸湿剂相较于mil-100(fe)粉末，一定程度具有较低的脱附温度及脱附活化能。

22、（4）本发明制得的ppy/mpu光热性基材，不仅有丰富的孔结构，还具有优异的光热转换性能，弥补了mil-100(fe)吸附剂本身光热转换效率差的缺陷，可利用太阳能驱动吸附剂解吸水，可应用于干旱地区太阳能驱动的吸附剂集水。

1.一种聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜剂包括壳聚糖盐酸盐、羧（羟）甲基（乙基）壳聚糖、羧（羟）甲基（乙基）纤维素钠、聚乙烯醇和聚吡咯烷酮中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述成膜剂溶液的质量浓度为0.2~4%。

4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应液中吡咯、fecl3和对甲苯磺酸的质量比为1：0.8~3：1.0~2.2。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述反应液中吡咯的浓度为0.006~0.009 g/ml。

6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述晶化反应的条件为：晶化反应的温度为30~90℃，晶化反应的时间为3~12h，晶化反应的环境湿度为65~95%rh。

7.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述均苯三甲酸铁溶胶的制备，包括以下步骤：将na3btc溶液滴加到fecl2溶液中持续反应1~2h，得到均苯三甲酸铁溶胶。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述na3btc与fecl2摩尔配比为1/1~2；所述na3btc和fecl2溶液的反应的温度为室温~60℃。

9.权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂，其特征在于，所述聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)吸附剂为具有光热性的块体吸附剂。

10.权利要求1~8任一项所述的制备方法制备得到的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)光热性块体吸附剂或权利要求9所述的聚吡咯/聚氨酯基mil-100(fe)光热性块体吸附剂的应用，其特征在于，用于干旱地区太阳能驱动的吸附剂空气取水技术。