[发明专利]一种MOFs-泡沫金属复合吸附剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种MOFs‑泡沫金属复合吸附剂的制备方法，其具体步骤为：将MOFs与水混合，搅拌得到均匀悬浮液；常温下采用浸涂法将悬浮液填充至泡沫金属的孔隙中制备得到MOFs‑泡沫金属复合吸附剂，其中MOFs‑泡沫金属复合吸附剂中MOFs的质量分数为19～51％。本发明方法制备工艺简单，无需成型，泡沫金属的复杂三维致密多孔结构在提高材料传热传质性能的同时对MOF_S起到良好的集成作用，且无粘结剂添加的物理复合不会影响MOFs吸附性能。

技术领域

本发明涉及一种MOFs-泡沫金属复合吸附剂的制备方法，属于化工领域中新型功能材料制备技术。

背景技术

吸附制冷是利用固体吸附剂对吸附质(制冷剂)的吸附过程而获得冷量，可用太阳能或工业余热驱动等低品位热能，具有绿色环保、运行费用低、结构简单、无噪音和应用范围广等诸多优点。自20世纪70年代以来，由于全球性能源危机日益加剧，以低品位热能为驱动力的吸附式制冷技术重新受到世界各国科技工作者的广泛关注。

单位吸附剂质量制冷功率低，吸附制冷机占地面积大和造价高等突出问题限制了吸附式制冷技术的商品化，主要原因有：吸附床传热传质性能差，传统吸附制冷用吸附剂存在循环吸附量小，导热性能差和长期循环结构不稳定等问题。吸附剂通常以颗粒填充于吸附床中，吸附剂颗粒与换热器表面接触方式主要为点面接触，导致系统换热系数低，影响系统制冷功率。高效吸附剂开发及吸附床内传热传质强化是推动吸附制冷技术广泛应用的关键。

为了强化吸附制冷用吸附床传热性能，目前主要可通过原位合成法或粘结剂在换热器表面形成吸附剂涂层，通过此方法得到的吸附剂层的厚度太薄，且随着吸附剂层的厚度增加，导热性能减弱。通过在开孔，致密的泡沫金属上原位合成复合吸附剂，在提高导热的同时也可以有效控制吸附层的厚度。另外，泡沫金属由于其高表面积，每单位体积的泡沫金属可以承载足够量的吸附剂，且由于泡沫金属极强的可塑性可简单实用的将复合吸附剂应用至吸附制冷系统。

泡沫金属优良的导热性能可大大增强复合吸附剂的导热性能。另一方面，由于泡沫金属复杂三维致密多孔结构，无需成型即可以对吸附剂起到良好的集成作用，以及提高复合吸附剂的传质性能。Hyunho Kim等人通过将MOF-801粉末简单的物理填充至孔隙率为95％的泡沫金属以增强吸附剂导热性能并应用在空气取水装置，在湿度水平低至20％的情况下每天每千克MOF能收获2.8L水。HuP等人通过渗流法制备分子筛/泡沫铝复合吸附剂来加强吸附制冷过程中的传热传质性能，采用hot disk法测量该材料的热导率，可达2.89W/mK，比颗粒堆积的分子筛的热导率提高了将近30倍左右。Maiti S K等人在铜管的外表面上直接烧结高度多孔的泡沫铜，并通过原位水热合成，将4A分子筛涂层包裹在泡沫铜表面，采用该结构的吸附床在单位体积功率上具有明显优势。Bonaccorsi L等人在泡沫铝表面原位合成了SAPO-34和SAPO-44分子筛并测试他们对水的吸附性能，结果表明泡沫铝载体的存在对分子筛的吸附性能没有影响。目前，国内外将泡沫金属应用在吸附制冷领域的研究较少，且大都是将传统吸附剂如分子筛等通过原位合成的方法于泡沫金属复合，制备方法复杂且不实用，未曾有文献报道通过浸涂法制备吸附制冷用MOFs/泡沫金属复合吸附剂。

发明内容

本发明的目的是提供一种MOFs-泡沫金属复合吸附剂制备方法，本制备方法简单，无粘合剂添加，制得的成型吸附剂具有传热性能好、传质性能好、吸水/脱水循环稳定性好等特点。

本发明的技术方案为：提供了一种MOFs-泡沫金属复合吸附剂制备方法，其具体步骤如下：将MOFs与水混合，搅拌得到均匀悬浮液；常温下采用浸涂法将悬浮液填充至泡沫金属的孔隙中制备得到MOFs-泡沫金属复合吸附剂，其中MOFs-泡沫金属复合吸附剂中MOFs的质量分数为19～51％。MOFs与泡沫金属结合制备复合吸附剂以增强吸附剂导热性能，可用于吸附制冷/热泵过程。

优选所述的MOFs为MIL-101、MOF-801、UIO-66或CAU-10中任意一种。