CN114196154B - 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用 - Google Patents

一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用 Download PDF

Info

Publication number
CN114196154B
CN114196154B CN202111653506.9A CN202111653506A CN114196154B CN 114196154 B CN114196154 B CN 114196154B CN 202111653506 A CN202111653506 A CN 202111653506A CN 114196154 B CN114196154 B CN 114196154B
Authority
CN
China
Prior art keywords
aucr
mof
cacl
water
aerogel material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202111653506.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114196154A (zh
Inventor
骆新江
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hangzhou Dianzi University
Original Assignee
Hangzhou Dianzi University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hangzhou Dianzi University filed Critical Hangzhou Dianzi University
Priority to CN202111653506.9A priority Critical patent/CN114196154B/zh
Publication of CN114196154A publication Critical patent/CN114196154A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114196154B publication Critical patent/CN114196154B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/28—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof by elimination of a liquid phase from a macromolecular composition or article, e.g. drying of coagulum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08F—MACROMOLECULAR COMPOUNDS OBTAINED BY REACTIONS ONLY INVOLVING CARBON-TO-CARBON UNSATURATED BONDS
    • C08F220/00—Copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical or a salt, anhydride ester, amide, imide or nitrile thereof
    • C08F220/02—Monocarboxylic acids having less than ten carbon atoms; Derivatives thereof
    • C08F220/52—Amides or imides
    • C08F220/54—Amides, e.g. N,N-dimethylacrylamide or N-isopropylacrylamide
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0061—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof characterized by the use of several polymeric components
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J9/00—Working-up of macromolecular substances to porous or cellular articles or materials; After-treatment thereof
    • C08J9/0066—Use of inorganic compounding ingredients
    • C08J9/0071—Nanosized fillers, i.e. having at least one dimension below 100 nanometers
    • C08J9/008—Nanoparticles
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
    • E03B3/00—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water
    • E03B3/28—Methods or installations for obtaining or collecting drinking water or tap water from humid air
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2201/00—Foams characterised by the foaming process
    • C08J2201/04—Foams characterised by the foaming process characterised by the elimination of a liquid or solid component, e.g. precipitation, leaching out, evaporation
    • C08J2201/048—Elimination of a frozen liquid phase
    • C08J2201/0484—Elimination of a frozen liquid phase the liquid phase being aqueous
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2333/00—Characterised by the use of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and only one being terminated by only one carboxyl radical, or of salts, anhydrides, esters, amides, imides, or nitriles thereof; Derivatives of such polymers
    • C08J2333/24—Homopolymers or copolymers of amides or imides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08J—WORKING-UP; GENERAL PROCESSES OF COMPOUNDING; AFTER-TREATMENT NOT COVERED BY SUBCLASSES C08B, C08C, C08F, C08G or C08H
    • C08J2487/00—Characterised by the use of unspecified macromolecular compounds, obtained otherwise than by polymerisation reactions only involving unsaturated carbon-to-carbon bonds
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/02—Elements
    • C08K3/08—Metals
    • C08K2003/0831—Gold
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K2201/00—Specific properties of additives
    • C08K2201/011—Nanostructured additives
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)

Abstract

本发明涉及空气制水领域，尤其涉及一种P‑CaCl2‑AuCr‑MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用，所述P‑CaCl2‑AuCr‑MOF气凝胶材料，包括MIL‑101（Cr）纳米基材；所述MIL‑101（Cr）纳米基材上负载有Au纳米颗粒、交联聚N‑异丙基丙烯酰胺聚合物以及金属盐。本发明克服了以往空气制水材料无法在常温下连续制水，同时在制水过程中需要间断式的吸附‑解吸过程且需要提供电能的缺陷，只需利用材料自身特性就可以在常温下连续的进行吸附‑解吸的循环作业，无需任何蒸发器、冷凝器，克服了以往间断式的吸附‑解吸过程，同时其中的金粒子能够对光线起到漫散射的作用，从而在同样的光照条件下对水具有更快的解吸速度和更高的解吸效率，使得日产水量更高。

Description

一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用
技术领域
本发明涉及空气制水领域，尤其涉及一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用。
背景技术
众所众知，水是维持生命最重要的物质，被誉为“生命之源”。然而，全球饮用水严重匮乏，水源中只有不到1%的淡水资源，并且随着现代工业的快速发展，大量淡水资源被开采、污染，甚至部分地区濒临枯竭。因此，人类安全用水正在受到越来越大的挑战。
大气中的水蒸气，可以通过全球水文循环***不断补充，水源充足、用之不竭，是一种可靠的淡水资源来源。空气中的水蒸汽没有重金属、农药残留、COD等其它影响水体质量的物质，从空气中取水方便快捷、安全、可靠、纯净、新鲜、可口，是真正意义上的生态健康水。
现有空气制水技术的存在以下缺点：
（1）冷凝技术在空气制水过程中需要电能，要用到压缩机和冷凝器，所以体积比较庞大，只适合于高温高湿条件，在冬季制水效率很低。使用范围受限。
（2）仿生技术是仿造某些沙漠昆虫或植物的特性来收集空气中的水分的。此技术优点是可以不使用电能就可以收集水。但是制水效率不高，体积较大，需要利用日夜温差间断工作。
（3）现有吸附解吸技术对水分子的吸附几乎不受温度和湿度条件的限制，也无需能量辅助，但是解吸过程需要解吸温度较高（高于70℃），需要辅助能量来解吸，如利用太阳能，电热能。另外，吸附解吸过程是间断进行的不能同时进行，阀门开关需要不停的在吸附和解吸过程之间切换。
发明内容
本发明克服了以往空气制水材料无法在常温下连续制水，同时在制水过程中需要间断式的吸附-解吸过程且需要提供电能的缺陷，提供了一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法及其应用以克服上述缺陷。
为实现上述发明目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料，
包括MIL-101（Cr）纳米基材；
所述MIL-101（Cr）纳米基材上负载有Au纳米颗粒；
所述MIL-101（Cr）纳米基材上还附着有交联聚N-异丙基丙烯酰胺聚合物以及金属盐；
所述交联聚N-异丙基丙烯酰胺聚合物分子中存在具有疏水特性的分子内氢键。
一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）以mil-101（Cr）纳米颗粒以及Au纳米颗粒为原料，在水溶液中反应得到AuCr-MOF纳米颗粒；
（2）将AuCr-MOF纳米颗粒分散至去离子水中后，向其中加入NIPAM以及交联剂，在引发剂的作用下，聚合得到 P-AuCr-MOF气凝胶材料；
（3）对制备得到的P-AuCr-MOF气凝材料进行盐化处理，即可得到P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
本发明中的P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料其采用具有显著水稳定性和快速吸附动力学性能的MIL-101(铬)纳米材料作为基材。MIL-101(铬)纳米材料具有与水分子大小相接近的孔径窗口（1.2nm-1.6nm）和孔容 (直径 2.9nm-3.4nm)2.0-2.4 cm3/g，拥有高比表面积3000m2~4500m2/克，因而具有极强的吸附能力。
将MIL-101(铬)纳米材料与金纳米颗粒负载后，金粒子能够对光线起到漫散射的作用，从而能够将大部分光能量留在了气凝胶材料体内而不是直接反射出去，所以使得本发明中的气凝胶材料的升温速度更快，从而在同样的光照条件下对水具有更快的解吸速度和更高的解吸效率，使得日产水量更高。
同时，本发明在制备过程中具备得到了聚N-异丙基丙烯酰胺聚合物（PNIPAM），其大分子链上同时具有亲水性的酰氨基和疏水性的异丙基，使得线型PNIPAM的水溶液以及交联后的聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶都呈现出温度敏感特性。即在其水溶液升温至约33℃时发生相变，由均相体系转变成非均相体系，化学交联的聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶当升温至32℃左右时体积会骤然收缩。这种体积的骤然收缩特性成为解吸水过程中的动力来源，另外由于疏水性异丙基的存在进一步的促进了水的解吸。
经过本发明研究人员发现，AuCr-MOF纳米颗粒在添加到聚N-异丙基丙烯酰胺基质中后，其两者之间不会产生明显的界面空隙，因此通过本方法制备得到的材料就结合了AuCr-MOF（MIL-101(铬)）优异的吸水性和聚N-异丙基丙烯酰胺的动态结构相变的特性。
此外，为进一步改善吸水性能，利用吸水性很强的盐对P-AuCr-MOF水凝胶进行盐化，可进一步提高产水率。
作为优选，所述步骤（1）中mil-101（Cr）纳米颗粒与Au纳米颗粒的摩尔比为1：（0.01~0.1）；
反应温度为30~55℃，反应时间5~12h。
作为优选，所述步骤（2）中AuCr-MOF纳米颗粒、NIPAM以及交联剂的摩尔比为1：（30~45）：（1~2）。
作为优选，所述步骤（2）中AuCr-MOF纳米颗粒、NIPAM以及交联剂的摩尔比为1：（30~45）：（1~2）。
进一步优选，所述交联剂为N，N′-亚甲基双丙烯酰胺。
作为优选，所述步骤（2）中引发剂为过硫酸铵和四甲基乙二胺的混合物；
其中，过硫酸铵与四甲基乙二胺的摩尔比为1：（2~4）。
作为优选，所述引发剂的添加量为NIPAM以及交联剂摩尔总量的3~6%。
作为优选，所述步骤（2）中聚合温度为0~10℃，反应时间8~24h。
进一步优选，所述步骤（2）在加入NIPAM以及交联剂前需要对AuCr-MOF纳米颗粒分散液在在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟。
作为优选，所述步骤（3）中P-AuCr-MOF气凝材料在盐化处理前需要进行活化；
所述活化步骤包括依次在低于10℃的水以及50~70℃的水中浸泡，重复3~10次。
本发明在P-AuCr-MOF气凝材料制备成型后其与水接触时，首先分子中的酰胺基会与水形成氢键，导致其具有亲水性，因而不利于水的解吸。本发明将P-AuCr-MOF气凝材料依次在低于10℃的水以及50~70℃的水中浸泡，当水温高于50后其与水分子之间的氢键则会断链，可以诱导分子内氢键形成的疏水特性(C═O H─N)产生，从而形成球状的水凝胶，减弱了与水之间的亲和性，有利于水的解吸。
作为优选，所述步骤（3）中盐化处理过程中需要将P-AuCr-MOF气凝材料依次在低于10℃的CaCl2溶液浸泡，然后分别用低于10℃及50~70℃的水清洗，整个清洗过程重复2~5次。
作为优选，所述步骤（3）中CaCl2溶液浓度为1000~2000mg/ml；
P-AuCr-MOF气凝材料在CaCl2溶液中的浸泡时间为8~16h。
如上所述P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料在空气制水中的应用。
因此，本发明具有以下有益效果：
（1）本发明利用材料自身特性就可以在常温下连续的进行吸附-解吸的循环作业，无需任何蒸发器、冷凝器，克服了以往间断式的吸附-解吸过程，不需要提供电能，在90%的相对湿度下，常温条件下，一克材料每天可以收集约7.3克的用水量。
（2）由于不需要电能，不需要蒸发器、冷凝器、压缩机等，所以制水设备结构就可以大大简化，制水的稳定性也就大大的提高了，适用范围更加广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1中制备AuCr-MOF纳米颗粒的工艺流程图。
图2 为本发明实施例1中制备P-AuCr-MOF气凝胶材料的工艺流程图。
图3 为本发明实施例1中制备P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材的工艺流程图。
图4 为所采用的MIL-101(铬)纳米材料扫描电镜照片。
图5 为所制备的AuCr-MOF纳米材料照片。
图6 为聚N-异丙基丙烯酰胺的扫描电镜照片。
图7 为通过本发明方法制备得到的P-AuCr-MOF扫描电镜照片。
图8 为聚N-异丙基丙烯酰胺分子内氢键的形成机制原理图。
图9 为盐化后的P-AuCr-MOF扫描电镜照片。
图10 为P-CaCl2-AuCr-MOF和P-CaCl2两种材料对不同波长光的反射率。
图11 为P-CaCl2-AuCr-MOF和P-CaCl2两种材料表面温度随时间的变化曲线。
图12 为几种吸水材料日产水量比图。
图13 为循环前和循环后的傅里叶变化红外光谱分析结果。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。本领域普通技术人员在基于这些说明的情况下将能够实现本发明。此外，下述说明中涉及到的本发明的实施例通常仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。因此，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1
1）AuCr-MOF纳米颗粒的制备。
制备AuCr-MOF纳米颗粒的工艺方法见图1工艺流程图。
首先将1mol mil-101（Cr）纳米颗粒分散到0.6mol去离子水中，在45℃的条件下搅拌1小时，然后向此分散溶液中滴加浓度为0.05mol/L的Au纳米颗粒溶液1.2L，再在45℃的条件下搅拌8小时后，将溶液冷却到室温用离心机分离出AuCr-MOF纳米颗粒并真空干燥以备待用。
2)P-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
制备P-AuCr-MOF气凝胶材料的工艺方法见图2工艺流程图。
将1mol AuCr-MOF纳米颗粒分散到0.25mol去离子水中，搅拌均匀后将溶液中添加39.7mol NIPAM以及1.5mol交联剂MBA，在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟，然后向溶液中滴加催化剂过硫酸铵0.6 mol和TEMED 1.8mol，将此混合溶液倒入培养皿，在4℃温度下，反应12小时充分反应后，就得到了P-AuCr-MOF水凝胶，再用大量去离子水冲洗干净后，冷冻干燥就得到了P-AuCr-MOF气凝胶材料。
3）P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
制备P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材的工艺方法见图3工艺流程图。
将P-AuCr-MOF气凝胶浸入大量5℃的去离子水中浸泡15分钟，然后将其迅速的移到60℃的热离子水中再浸泡15分钟，将上述过程重复5次后P-AuCr-MOF水凝胶进行了充分的激活，然后将其快速浸入5℃浓度约为1600mg/ml的CaCl2溶液中浸泡12个小时，然后用60℃的热离子水清洗15分钟，再用5℃的冷离子水清洗15分钟，重复上述冲洗过程3遍将P-AuCr-MOF水凝胶彻底盐化，最后放入真空干燥箱中干燥冷冻即可制P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
实施例2
1）AuCr-MOF纳米颗粒的制备。
首先将1mol mil-101（Cr）纳米颗粒分散到0.6mol去离子水中，在45℃的条件下搅拌1小时，然后向此分散溶液中滴加浓度为0.05mol/L的Au纳米颗粒溶液200 ml，再在30℃的条件下搅拌12h小时后，将溶液冷却到室温用离心机分离出AuCr-MOF纳米颗粒并真空干燥以备待用。
2)P-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将1mol AuCr-MOF纳米颗粒分散到0.25mol去离子水中，搅拌均匀后将溶液中添加30mol NIPAM以及1mol交联剂MBA，在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟，然后向溶液中滴加催化剂过硫酸铵0.5 mol和TEMED 1mol，将此混合溶液倒入培养皿，在0℃温度下，反应24h充分反应后，就得到了P-AuCr-MOF水凝胶，再用大量去离子水冲洗干净后，冷冻干燥就得到了P-AuCr-MOF气凝胶材料。
3）P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将P-AuCr-MOF气凝胶浸入大量5℃的去离子水中浸泡15分钟，然后将其迅速的移到60℃的热离子水中再浸泡15分钟，将上述过程重复3次后P-AuCr-MOF水凝胶进行了充分的激活，然后将其快速浸入5℃浓度约为1000mg/ml的CaCl2溶液中浸泡8个小时，然后用60℃的热离子水清洗15分钟，再用5℃的冷离子水清洗15分钟，重复上述冲洗过程2遍将P-AuCr-MOF水凝胶彻底盐化，最后放入真空干燥箱中干燥冷冻即可制P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
实施例3
1）AuCr-MOF纳米颗粒的制备。
首先将1mol mil-101（Cr）纳米颗粒分散到0.6mol去离子水中，在45℃的条件下搅拌1小时，然后向此分散溶液中滴加浓度为0.05mol/L的Au纳米颗粒溶液2L，再在55℃的条件下搅拌5小时后，将溶液冷却到室温用离心机分离出AuCr-MOF纳米颗粒并真空干燥以备待用。
2)P-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将1mol AuCr-MOF纳米颗粒分散到0.25mol去离子水中，搅拌均匀后将溶液中添加45mol NIPAM以及2mol交联剂MBA），在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟，然后向溶液中滴加催化剂过硫酸铵0. 4 mol和TEMED 1.6mol，将此混合溶液倒入培养皿，在10℃温度下，反应24小时充分反应后，就得到了P-AuCr-MOF水凝胶，再用大量去离子水冲洗干净后，冷冻干燥就得到了P-AuCr-MOF气凝胶材料。
3）P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将P-AuCr-MOF气凝胶浸入大量5℃的去离子水中浸泡15分钟，然后将其迅速的移到60℃的热离子水中再浸泡15分钟，将上述过程重复10次后P-AuCr-MOF水凝胶进行了充分的激活，然后将其快速浸入5℃浓度约为2000mg/ml的CaCl2溶液中浸泡16h个小时，然后用60℃的热离子水清洗15分钟，再用5℃的冷离子水清洗15分钟，重复上述冲洗过程5遍将P-AuCr-MOF水凝胶彻底盐化，最后放入真空干燥箱中干燥冷冻即可制P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
实施例4
1）AuCr-MOF纳米颗粒的制备。
首先将1mol mil-101（Cr）纳米颗粒分散到0.6mol去离子水中，在45℃的条件下搅拌1小时，然后向此分散溶液中滴加浓度为0.05mol/L的Au纳米颗粒溶液1L，再在40℃的条件下搅拌10小时后，将溶液冷却到室温用离心机分离出AuCr-MOF纳米颗粒并真空干燥以备待用。
2)P-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将1mol AuCr-MOF纳米颗粒分散到0.25mol去离子水中，搅拌均匀后将溶液中添加35mol NIPAM以及1.5mol交联剂MBA，在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟，然后向溶液中滴加催化剂过硫酸铵0.6 mol和TEMED 1.8mol（1：（2~4）），将此混合溶液倒入培养皿，在45℃温度下，反应18小时充分反应后，就得到了P-AuCr-MOF水凝胶，再用大量去离子水冲洗干净后，冷冻干燥就得到了P-AuCr-MOF气凝胶材料。
3）P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将P-AuCr-MOF气凝胶浸入大量5℃的去离子水中浸泡15分钟，然后将其迅速的移到60℃的热离子水中再浸泡15分钟，将上述过程重复4次后P-AuCr-MOF水凝胶进行了充分的激活，然后将其快速浸入5℃浓度约为1800mg/ml的CaCl2溶液中浸泡10个小时，然后用50℃的热离子水清洗15分钟，再用5℃的冷离子水清洗15分钟，重复上述冲洗过程4遍将P-AuCr-MOF水凝胶彻底盐化，最后放入真空干燥箱中干燥冷冻即可制P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
实施例5
1）AuCr-MOF纳米颗粒的制备。
首先将1mol mil-101（Cr）纳米颗粒分散到0.6mol去离子水中，在45℃的条件下搅拌1小时，然后向此分散溶液中滴加浓度为0.05mol/L的Au纳米颗粒溶液1.6L，再在35℃的条件下搅拌10小时后，将溶液冷却到室温用离心机分离出AuCr-MOF纳米颗粒并真空干燥以备待用。
2)P-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将1mol AuCr-MOF纳米颗粒分散到0.25mol去离子水中，搅拌均匀后将溶液中添加42mol NIPAM以及1.25mol交联剂MBA，在冰浴条件下用氮气吹扫15分钟，然后向溶液中滴加催化剂过硫酸铵0.6 mol和TEMED 1.8mol（1：（2~4）），将此混合溶液倒入培养皿，在5℃温度下，反应18小时充分反应后，就得到了P-AuCr-MOF水凝胶，再用大量去离子水冲洗干净后，冷冻干燥就得到了P-AuCr-MOF气凝胶材料。
3）P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备
将P-AuCr-MOF气凝胶浸入大量5℃的去离子水中浸泡15分钟，然后将其迅速的移到60℃的热离子水中再浸泡15分钟，将上述过程重复4次后P-AuCr-MOF水凝胶进行了充分的激活，然后将其快速浸入5℃浓度约为1500mg/ml的CaCl2溶液中浸泡14个小时，然后用70℃的热离子水清洗15分钟，再用5℃的冷离子水清洗15分钟，重复上述冲洗过程4遍将P-AuCr-MOF水凝胶彻底盐化，最后放入真空干燥箱中干燥冷冻即可制P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶新材料。
【性能测试】
图4为所采用的MIL-101(铬)纳米材料扫描电镜照片。图5为所制备的AuCr-MOF纳米材料照片。从图中可看出，通过本发明中的制备方法能够有效将Au纳米颗粒负载在MIL-101(铬)纳米材料上。
图6为聚N-异丙基丙烯酰胺的扫描电镜照片。图7 为通过本发明方法制备得到的P-AuCr-MOF扫描电镜照片。从图中可知，本发明将AuCr-MOF纳米颗粒添加到聚N-异丙基丙烯酰胺基质中，其两者之间不会产生明显的界面空隙，这样制备的材料就结合了AuCr-MOF（MIL-101(铬)）优异的吸水性和聚N-异丙基丙烯酰胺的动态结构相变的特性。
图8为本发明制备得到的P-CaCl2-AuCr-MOF中聚N-异丙基丙烯酰胺分子内氢键的形成机制，通过在 60℃去离子水中处理可以诱导分子内氢键形成的疏水特性(C═O H─N)产生。然后，通过冷盐水溶液(5℃)中浸泡，以解锁功能性聚合物链，从而实现分子间相互作用，同时激活了对金属有机骨架向聚N-异丙基丙烯酰胺-金属有机骨架的盐化转变。盐化后的P-AuCr-MOF扫描电镜照片如图9所示。
图10 为P-CaCl2-AuCr-MOF和P-CaCl2两种材料对不同波长光的反射率。图11为上述两种材料表面温度随时间的变化曲线。本发明利用AuCr-MOF代替MIl-101（Cr）制备的P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶比不含金颗粒的P-CaCl2气凝胶在同样的光照条件下具有更快的解吸速度和更高的解吸效率，所以日产水量更高。原因是金粒子对光线的漫散射，将大部分光能量留在了材料体内而不是反射出去，具有更快的自身升温效应。
几种吸水材料日产水量比较见图12。从图中可以看到P-CaCl2-AuCr-MOF相较于其他种类的吸水材料而言具有更加优良的空气制水特性。
此外，P-CaCl2-Cr-MOF和P-CaCl2-AuCr-MOF不仅具有优良的空气制水特性而且材料特性也很稳定，经过2160个小时的重复循环利用后，材料性能几乎不变，由图13循环前和循环后的傅里叶变化红外光谱分析结果可以看出。

Claims (6)

1.一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，其特征在于，
包括以下步骤：
（1）以mil-101（Cr）纳米颗粒以及Au纳米颗粒为原料，在水溶液中反应得到AuCr-MOF纳米颗粒；
所述步骤（1）中mil-101（Cr）纳米颗粒与Au纳米颗粒的摩尔比为1：（0.01~0.1）；
（2）将AuCr-MOF纳米颗粒分散至去离子水中后，向其中加入NIPAM以及交联剂，在引发剂的作用下，聚合得到 P-AuCr-MOF气凝胶材料；
所述步骤（2）中AuCr-MOF纳米颗粒、NIPAM以及交联剂的摩尔比为1：（30~45）：（1~2）；
（3）对制备得到的P-AuCr-MOF气凝材料进行盐化处理，即可得到P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料；
所述步骤（3）中盐化处理过程中需要将P-AuCr-MOF气凝材料依次在低于10℃的CaCl2溶液浸泡，然后分别用低于10℃及50~70℃的水清洗，整个清洗过程重复2~5次；
所述步骤（3）中P-AuCr-MOF气凝材料在盐化处理前需要进行活化；
所述活化步骤包括依次在低于10℃的水以及50~70℃的水中浸泡，重复3~10次。
2.根据权利要求1所述的一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，其特征在于，
所述步骤（1）中反应温度为30~55℃，反应时间5~12h。
3.根据权利要求1所述的一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，其特征在于，
所述步骤（2）中引发剂为过硫酸铵和四甲基乙二胺的混合物；
其中，过硫酸铵与四甲基乙二胺的摩尔比为1：（2~4）。
4.根据权利要求3所述的一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，其特征在于，
所述步骤（2）中聚合温度为0~10℃，反应时间8~24h。
5.根据权利要求1所述的一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料的制备方法，其特征在于，
所述步骤（3）中CaCl2溶液浓度为1000~2000mg/ml；
P-AuCr-MOF气凝材料在CaCl2溶液中的浸泡时间为8~16h。
6.如权利要求1~5中任意一项所述制备方法制备得到的P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料在空气制水中的应用。
CN202111653506.9A 2021-12-31 2021-12-31 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用 Active CN114196154B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111653506.9A CN114196154B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202111653506.9A CN114196154B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114196154A CN114196154A (zh) 2022-03-18
CN114196154B true CN114196154B (zh) 2022-08-19

Family

ID=80657518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202111653506.9A Active CN114196154B (zh) 2021-12-31 2021-12-31 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114196154B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115634660A (zh) * 2022-09-09 2023-01-24 理工清科(重庆)先进材料研究院有限公司 一种具有光热驱动空气集水复合材料、其制备方法和应用

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5534186A (en) * 1993-12-15 1996-07-09 Gel Sciences, Inc. Gel-based vapor extractor and methods
CN109206553B (zh) * 2018-08-28 2021-08-10 深圳大学 一种太阳能光热转换材料及其制备方法
WO2021034477A1 (en) * 2019-08-16 2021-02-25 The Regents Of The University Of California Atmospheric water harvesting system with cross-flow configuration
CN110790975A (zh) * 2019-12-02 2020-02-14 承德石油高等专科学校 一种高静态吸水量除湿材料及其制备方法
CN113445571A (zh) * 2020-03-24 2021-09-28 欧军飞 一种提高mof-801从不饱和空气中收集水汽效率的方法
US11638899B2 (en) * 2020-03-24 2023-05-02 The Johns Hopkins University Water harvesting device
CN111892791B (zh) * 2020-07-31 2022-07-19 北京化工大学 一种复合材料的制备方法、该复合材料及其应用
CN112691645B (zh) * 2020-12-23 2023-08-25 山东省科学院新材料研究所 一种碳气凝胶/金属有机骨架复合材料及其制备方法和在气体存储中的应用
CN113058560B (zh) * 2021-04-07 2023-07-21 北京工业大学 一种水稳定的Cu(II)-MOF及应用于水吸附的应用
CN113457697B (zh) * 2021-06-29 2022-04-22 西安交通大学 一种空气集水-光催化制氢双功能复合材料及其制备方法
CN113332959B (zh) * 2021-07-01 2023-05-02 浙江大学 一种具有高稳定性的新型铝基吸水MOFs材料及其制备方法和空气集水应用
CN113332958A (zh) * 2021-07-01 2021-09-03 浙江大学 一种含氮铝基金属-有机框架材料的成型方法及其空气吸水应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN114196154A (zh) 2022-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wang et al. Carbon dot‐based hydrogels: Preparations, properties, and applications
CN114196154B (zh) 一种P-CaCl2-AuCr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用
CN107281982B (zh) 一种亲疏水性可调的石墨烯/粘土复合弹性气凝胶及其制备方法
CN109174023A (zh) 一种纳米纤维素交联石墨烯/壳聚糖气凝胶及其制备方法、应用
CN113527828B (zh) 一种两性聚电解质光热水凝胶、其制备和应用
CN113999476A (zh) 一种双重刺激响应性导电复合水凝胶及其制备方法和应用
CN105413664B (zh) 一种改性超高分子量聚乙烯纤维、其制备方法及应用
CN113943488B (zh) 一种基于聚四氟乙烯包裹MOFs材料的复合材料及其制备方法
CN113480774B (zh) 一种超弹性的太阳能界面蒸发纤维素气凝胶及其制备方法
CN114196066B (zh) 一种热响应型智能海绵及其制备方法和应用
CN113772667B (zh) 可高效产生太阳能蒸汽的氧化石墨烯基多孔光热材料及其制备方法和应用
CN112023904A (zh) 一种快速合成的吸附剂PACP-MnO2纳米微球及其制备方法和应用
CN109734839B (zh) 一种高抗凝型聚苯乙烯微球及其制备方法与应用
CN111554521A (zh) 一种石墨烯/聚苯胺柔性薄膜电极材料的制备方法
CN109456444B (zh) 一种用于组织修复的黏附导电水凝胶的制备方法
CN110627975A (zh) 一种基于黑色素化学设计光热效应型自愈合水凝胶的方法
CN114259953B (zh) 一种P-CaCl2-Cr-MOF气凝胶材料及其制备方法和其应用
CN110371973B (zh) 一种聚对苯二胺/石墨烯基氮掺杂多孔碳材料制备方法
CN113522363A (zh) 水凝胶中金属离子改性mof微/纳结构的制备方法及应用
CN117323974A (zh) 一种聚苯胺改性亲水纳米空心微囊制备方法
CN112920328B (zh) 一种耐候性油水混合凝胶平台及其制备方法和应用
CN114783787A (zh) 一种碳纳米管/氮掺杂石墨烯/多孔碳复合气凝胶的制备方法
CN112316919A (zh) 一种新型聚乙烯胺/（氧化石墨烯-碳纳米管）复合气凝胶的制备方法及应用
CN113501995A (zh) 一种天然高分子基大气水收集材料及其制备方法
CN1760242A (zh) 含聚苯胺的吸波材料及其制造方法与装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20220318

Assignee: ZHEJIANG TIANDUOHAO ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY CO.,LTD.

Assignor: HANGZHOU DIANZI University

Contract record no.: X2022330000647

Denomination of invention: A P-CaCl2- AuCr MOF aerogel material, its preparation method and application

Granted publication date: 20220819

License type: Common License

Record date: 20221107

EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract