[发明专利]一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜及其制备方法。该气凝胶薄膜为SiO₂多孔骨架结构自支撑的单层薄膜，厚度为150~300μm，具有高透湿、高选择渗透性、高强度、绝热以及高孔隙率的优点，相对传统的固体复合膜，对水蒸气的交换速率提高50~200%，导热系数低50%~90%。本发明制备方法包括如下步骤：（1）模板的制备；（2）纳米纤维素的水解；（3）气凝胶薄膜的制备；（4）气凝胶薄膜的后处理。本发明的制备方法简单、易操作，采用低毒性溶剂和无毒添加剂，生产过程环保，设备要求低，成膜性好，生产成本低。

技术领域

本发明涉及水处理和空气除湿所用膜的制备技术领域，具体涉及一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜及其制备方法。

背景技术

淡水资源是人类生存与发展的最重要物质基础之一。海水淡化和废水净化技术正逐步成为解决淡水资源紧缺的重要手段。

海水淡化又称海水脱盐，是分离海水中盐和水的过程。常用的海水淡化方法有热法和膜法两种。热法主要采用多级闪蒸、多效蒸馏、压汽蒸馏；膜法主要指反渗透。热法通常需要消耗大量高品位能源，并且生产设备复杂、昂贵；膜法的反渗透技术，它是一种利用半透膜的选择透过性，在外加高压力的条件下使水逆浓度梯度透过半透膜，而使盐分和杂质截留在膜另一侧的技术。反渗透法一般由电能和机械能驱动，系统需要维持较高的运行压力，对设备的耐压能力要求很高。现有的热法和膜法海水淡化技术共同面临的问题是设备要求高、需要消耗大量高品位能源，并且海水的淡水产率较低。

同时，人们也越来越重视室内环境的改善。除湿的方法按照其除湿机理可以分为：冷却除湿、干燥剂除湿（包括液体吸收除湿和固体吸附除湿）、膜渗透除湿和电化学除湿等多种方法。冷却除湿方法利用冷却盘管将空气温度降至其露点温度以下，使得空气中的水分在冷却器表面结露冷凝。膜渗透除湿方法是利用膜对空气中水的选择透过性，将水分从水蒸气分压高的一侧转移到水蒸气分压低的一侧，从而实现对高水蒸气分压侧空气除湿的一种方法。电化学除湿是利用水蒸气在电池阳极分解成氧气和质子，再将质子转移到阴极生成氢气分子或者与氧气结合生成水，以此来降低空气中的水分。

上述冷却除湿、膜渗透除湿以及电化学除湿方法都存在着很大的弊端。冷却除湿方法需要将空气的温度冷却到其露点以下，冷却后的空气需要再进行加热后才能送入房间之中，在这个过程中温度和湿度不能独立控制，造成了能源利用率低能耗大；水分在冷却器表面冷凝，使得冷却器常年潮湿，为细菌提供了生长和繁衍的场所，使室内空气品质严重下降；而对于露点温度过低的工况容易使冷却器表面结霜，需要特别的装置对其进行除霜处理。膜法除湿是一种被动的除湿方法，其除湿能力受湿交换气体中水蒸气压力较小的一侧控制；膜材料是影响膜法除湿的重要因素，膜材料的好坏决定着整个除湿过程性能。而电化学除湿是一种非常新颖的除湿方法，其技术不够成熟；而且除湿过程中需要直流电源，能源利用并不高。

现有膜的缺点是难以同时满足高透湿量与阻挡其它气体分子透过的矛盾和膜材料本身导热系数过高导致的能量损耗过大，而且制备成本太高，所用材料不环境友好。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜。该自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜能用于实现空气独立除湿或海水淡化；用于空气独立除湿，能够实现空气高透湿、高机械强度、导热系数极低，对包括N₂的其他气体分子有强阻挡作用，且能够减少过程中的显热传递；用于海水淡化，具有高选择透过性，能降低设备要求及能耗，使海水淡化产率提高。

本发明的目的还在于提供所述的一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜的制备方法。该方法采用低毒性溶剂和无毒添加剂，生产过程环保，工艺简单，生产成本低。

本发明的目的通过如下技术方案实现。

一种自支撑高透湿绝热气凝胶薄膜的制备方法，包括如下步骤：