CN102145248A

CN102145248A - 一种用于空气取水的高效吸附剂

Info

Publication number: CN102145248A
Application number: CN2011100281196A
Authority: CN
Inventors: 崔荣; 韩京龙; 韩耀忠
Original assignee: Yantai University
Current assignee: Yantai University
Priority date: 2011-01-26
Filing date: 2011-01-26
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明涉及一种用于空气取水的吸附剂，该吸附剂由蒙脱石、纤维纸和活性炭按下述重量百分比组成，蒙脱石40％～70％、纤维纸20％～50％、活性炭1％～20％。本发明提供的该吸附剂的吸水率在空气取水技术的应用中得到极大提高，同时又能降低成本，从而使空气取水技术能低成本地投入应用。

Description

一种用于空气取水的高效吸附剂

技术领域

本发明涉及吸湿材料领域，尤其涉及一种用于空气取水的高效吸附剂。

背景技术

随着全球经济的迅猛发展和人口的爆炸性增长，人类对淡水资源的需求急剧增加，加之在世界的许多地方由于水资源保护意识不够所造成的淡水资源严重浪费和水污染现象，使得原本就不丰富的淡水资源更加稀少。然而淡水资源就像空气一样是人类赖以生存的必要条件。目前通过传统方式，如开采地下水、抽取河流水、海水淡化等已难以满足人类的淡水需求。所以随着时间的推移人们不得不面对着淡水资源匮乏的巨大问题。同时随着技术的进步，人类在淡水资源缺乏的地方(如沙漠)活动越来越频繁，这些活动都离不开淡水的供应保障，因此，如何在上述地区有效的获取淡水资源来取代原先落后的供水途径，已经成为人类共同担心和急需解决的难题。除了自然存在的传统形式的淡水资源外，在空气中所含有的水蒸气也可以成为淡水资源的重要来源，大气中的淡水资源是全球水循环的必经途径，可见大气中淡水资源的水量之大。因此，空气取水技术理所当然的成为当前的研究热点问题。

在全球淡水资源浪费及污染严重而导致淡水缺乏的大背景下产生的，作为未来取水的一种可行的途径，空气取水技术一经出现，便受到各国的重视，纷纷作为研究重点。在这方面我国做的比较早，也取得了不少的突破。早在1992年乔力等人就提出了高效太阳能吸附式空气取水方案，并进行了后续研究。近年来国外的一些研究者发现生活在纳米比亚沙漠的Stenocara甲虫可利用它特殊的背部表面自动获取空气中的水分，来满足生存所需。这也为空气取水开拓了一个新的途径。

空气作为自然界水循环过程中水蒸气存在的一种介质，携带水蒸气完成循环。采取一定方法收集空气中的水资源并加以利用，即为空气取水技术根据采用方法不同，空气取水技术可分为传统方法和非传统方法两类。传统方法为大气降水。非传统方法包括制冷结露法、吸附法和聚雾取水法。

吸附法是将含湿空气流过吸附剂，其中的水蒸气被吸附，然后加热吸附使水分脱附，从而得到淡水。为提高该方法的取水率，研究重点侧重于高效吸附剂的开发，其中单位质量吸附剂获得最大循环出水量是关键问题之一。这方面国内外都有研究。比如ARISTOV等配制出了无机盐(CaCl2、SrCL2、Na2SO4等)与直径为0.25～0.5mm的粉末状硅胶的复合材料。国内学者同样进行了诸多工作，已研制出新型复合吸附剂SiO2xH2OyCaCl2，并模拟塔克拉玛干沙漠地区的气候条件(空气温度25℃、相对湿度40％)，进行了等温等压的吸附量测试实验及解吸速度实验，效果良好。

目前空气取水的研究趋势主要集中在采用新的技术形式以提高其取水率，并拓宽其应用范围方面。对吸附法而言，高效吸附剂的开发是提高其取水率的主要方式。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种更为经济和高效的吸附剂，从而使空气取水的成本降低。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于空气取水的吸附剂，该吸附剂由蒙脱石、纤维纸和活性炭组成，蒙脱石所占的比例(重量)为40％～60％、纤维纸所占的比例(重量)为20％～50％和活性炭所占的比例(重量)为1％～20％。

其中蒙脱石的化学式为Ex(H₂O)₄{(Al₂-x，Mgx)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂}，式中E为层间可交换阳离子，可为Na+、Ca2+，K+或Li+；x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，其值在0.2～0.6之间。

通过实验发现蒙脱石和纤维纸均能达到理想的脱附率。蒙脱石吸附率为15％，而材料纤维纸为50％。蒙脱石虽然吸附率仅为15％，但其价格便宜(1.3元/斤)、制造方便，容易再生、有良好的机械强度等，且具有对水汽的净化能力，利于大面积推广。而纤维纸价格虽然贵些(每片9g/0.5元合)，但其除了吸湿能力强之外，同时兼有吸水作用，在空气湿度高的条件下，可充分吸收水分和水蒸气。但是他们的缺点也是明显的，大量的材料蒙脱石才能吸收目标量的水汽，如果成型的设备中大量使用材料蒙脱石的话，会导致设备过于笨重。材料纤维纸是有机高分子材料，通过实验测定其重复性不理想，同时由于其造价过于昂贵，也制约着它的使用。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明通过结合蒙脱石和纤维纸两种吸湿材料组合成一种用于空气取水的高效吸附剂，本发明提供的该吸附剂的吸水率得到极大提高，同时又能降低成本，从而使空气取水技术能低成本地投入应用。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明的具体实施方式进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1：本发明吸附剂的制备

蒙脱石	2600g
		纤维纸	900g
活性炭	50g

按上述组分称取蒙脱石、纤维纸和活性炭，将三者在常温下混合均匀既得到所述的吸附剂。

实施例2：本发明吸附剂的制备

蒙脱石	1600g
		纤维纸	2000g

活性炭

400g

实施例3：本发明吸附剂的制备

蒙脱石	2000g
		纤维纸	900g
活性炭	100g

实施例4：

蒙脱石	2200g
		纤维纸	2000g
活性炭	50g

以下通过试验实施例验证本发明的实验效果：

试验验证1：蒙脱石、纤维纸和本发明吸附剂的吸附效果对比

所需的原料：蒙脱石2600g、纤维纸900g和本发明吸附剂3600g

所需的器材：3L分液漏斗、半导体制冷片、气泵、橡胶导管若干、25m电线和配套插座、玻璃胶

取水装置组装步骤：

(1)对半导体制冷片进行改装，使之与收集器直接相连，从而减少中间不必要的损失：取一方形药瓶，底部裁出方形孔(和制冷片大小相仿略大一点)，用玻璃胶将方形药瓶与半导体片粘牢，使半导体片处于容器的包围之中以便取水之用即收集器。在容器上接近制冷片的一端钻孔(孔的方向平行于制冷片的方向)。

(2)将分液漏斗封闭好，检验其气密性良好后，装入材料C(吸附饱和水汽)，填满后密封，再次检验其气密性，待用。

(3)裁取适当长度的橡胶管，分别将分液漏斗与制冷片和鼓风机相连。一个简易的取水装置就完成了。

取水方法和效果：

将取水装置放置在光线照射的环境中，在3L分液漏斗中依次加入上述蒙脱石、纤维纸和本发明吸附剂，两小时后记录各自的数据，见表1.

表1：三种吸湿材料吸附性能数据对比

吸湿材料名称	吸湿材料重量(g)	吸水重量(g)	吸水率(％)
				蒙脱石	2600g	422	15％
纤维纸	900g	453	50％
				本发明吸附剂	3600g	2527	70％

结果表明，本发明的吸附剂的吸附率达到70％，远高于蒙脱石和纤维纸的吸附率，同时又能降低成本，从而使空气取水技术能低成本地投入应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于空气取水的高效吸附剂，由蒙脱石、纤维纸和活性炭组成，其特征在于：蒙脱石所占的比例(重量)为40％～60％、纤维纸所占的比例(重量)为20％～50％、活性炭所占的比例(重量)为1％～20％。

2.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于：所述的蒙脱石的化学式为，Ex(H₂O)₄{(Al₂-x，Mgx)₂[(Si，Al)₄O₁₀](OH)₂}，式中E为层间可交换阳离子，可为Na+、Ca2+，K+或Li+；x为E作为一价阳离子时单位化学式的层电荷数，其值在0.2～0.6之间。