CN113713789A - 一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，吸附材料本体的一侧设置聚乙烯涂层，构成具有溶胀性质的双层复合膜结构，双层复合膜结构的两端沿宽度方向相互固定，双层复合膜结构的内部沿宽度方向等间距固定约束，构成二氧化碳吸附膜可变形结构，通过湿度控制，实现吸附材料本体在平面结构和三维立体结构之间的简单高效转换，结构在变为三维立体结构时形成了大量孔结构，便于气体流通，大大提高了二氧化碳吸附膜的解吸附效率。

Description

一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构
技术领域
本发明属于二氧化碳吸附膜技术领域，具体涉及一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构。
背景技术
当前湿度驱动的二氧化碳吸附膜相关研究集中于新型膜材料的制备以及从微观结构与化学性质角度提升现有吸附膜的动力学性能。而关于二氧化碳吸附膜宏观结构的相关研究非常少。
碳捕集碳中和概念是当前科学研究中的一个热点话题。湿度驱动的二氧化碳吸附膜，是一种非常有前景的低能耗碳捕集材料。该膜材料负载大量能够吸附CO2的官能团，在纳米约束下，使相当部分的水合反应可逆，通过控制与碳酸根结合的水分子数(湿度)，可以控制化学反应
Figure BDA0003240276060000011
Figure BDA0003240276060000012
自发的进行方向。因此该膜材料能在加湿环境中释放二氧化碳，在干燥环境中吸附二氧化碳。经济高效地利用湿度再生二氧化碳吸附膜材料的关键之一在于提高二氧化碳吸附膜的动力学性能。而如何通过二氧化碳吸附膜的宏观结构提升吸附膜的吸附动力学性能，以及如何设计二氧化碳吸附膜的宏观结构是一个全新的研究领域，可参考的研究内容非常有限。
湿度驱动的二氧化碳吸附膜材料，不仅可以在湿度循环变化时，实现二氧化碳的吸附与解吸附。同时，这种材料具有较好的溶胀性，在高湿度环境中发生溶胀。利用该性质可以实现湿度驱动的膜变形结构设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，通过控制湿度实现吸附膜在平面结构与三维立体结构之间转换；当吸附膜为平面结构时，减小了空间体积，便于堆叠运输；当吸附膜变形成三维立体结构时，可以增加表面积，便于空气流通，提高吸附膜的解吸附效果。
本发明采用以下技术方案：
一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，包括吸附材料本体，吸附材料本体的一侧表面设置聚乙烯涂层，构成具有溶胀性质的双层复合膜结构，双层复合膜结构的两端沿宽度方向相互固定，双层复合膜结构的内部沿宽度方向等间距固定约束，构成二氧化碳吸附膜可变形结构。
具体的，吸附材料本体为长方形结构。
进一步的，吸附材料本体的厚度为0.5～1.0mm。
具体的，双层复合膜结构包括多个。
进一步的，双层复合膜结构包括两个，两个双层复合膜结构对称设置，从上至下依次包括第一层吸附材料本体、第一层聚乙烯涂层、第二层聚乙烯涂层和第二层吸附材料本体。
进一步的，多个双层复合膜结构周期性阵列排布构成三维立体多孔结构。
具体的，双层复合膜在环境湿度大于90％时为等间距波纹状结构。
具体的，聚乙烯涂层的厚度为0.5～1.0mm。
具体的，吸附材料本体采用湿度再生二氧化碳吸附材料制备。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，相邻的两个吸附材料本体的相对侧均设置有聚乙烯涂层，将聚乙烯涂层等厚度设置在吸附材料本体的一侧表面，在吸附材料本体发生溶胀时，聚乙烯涂层不变形，二者结合使整体结构发生弯曲，双层复合膜结构的两端沿宽度方向相互固定，在变形时整体结构往中心收缩，每个双层复合膜结构的内部沿宽度方向等间距固定约束，保证变形后内部波浪的尺寸相同，通过湿度控制，实现吸附材料本体在平面结构和三维立体结构之间的简单高效转换，结构在变为三维立体结构时形成了大量孔结构，便于气体流通，大大提高了二氧化碳吸附膜的解吸附效率。
进一步的，将吸附材料本体设置为长方形结构，可使结构沿着长边发生变形，阵列后可形成长方体三维结构，形状规则，方便使用。
进一步的，吸附材料本体的厚度为0.5～1.0mm，避免了吸附材料本体太薄导致弯曲过度和吸附材料本体太厚导致无法弯曲。
进一步的，双层复合膜结构包括多个，结构变形后可根据吸附膜使用的实际环境适当增加单元个数，提高其使用效率。
进一步的，将聚乙烯涂层设置在相对侧，可使整体结构发生对称变形，最终形成阵列的孔结构。
进一步的，双层复合膜在高湿度环境中的结构为等间距波纹状，最终形成的孔结构也是等间距排布，提高空间利用。
进一步的，聚乙烯涂层的厚度为0.5～1.0mm，避免了涂层太薄导致弯曲过度和涂层太厚导致无法弯曲。
进一步的，吸附材料本体采用湿度再生二氧化碳吸附材料制备而成，可变性结构不仅可以实现在平面结构和三维立体结构之间的简单高效转换，还能够在变形过程中吸附和释放二氧化碳。
综上所述，本发明结构简单，成本低廉，解决了湿度再生二氧化碳吸附膜运输或解吸附时对于压缩体积的要求和吸附时需要大表面积的需求二者之间的矛盾，为湿法再生二氧化碳吸附膜的大规模应用提供了实现方法。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明二氧化碳吸附膜可变形结构在干燥环境中的平面结构示意图；
图2为本发明二氧化碳吸附膜可变形结构在高湿度环境中的三维构示意图；
图3为本发明多个二氧化碳吸附膜可变形结构周期性阵列后的三维结构示意图。
其中：1.吸附材料本体；2.聚乙烯涂层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明提供了一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，将二氧化碳吸附膜可变形结构置于高湿度环境中时，由于外层的吸附材料本体发生溶胀，整体结构发生弯曲，由于膜内沿宽度方向等间距固定约束，双层膜形成等间距波纹状；降低环境湿度时，吸附材料本体的溶胀现象消失，整体结构回到初始的平面状态。本发明通过控制湿度实现吸附膜在平面结构与三维立体结构之间转换。当吸附膜为平面结构时，减小了空间体积，便于堆叠运输；当吸附膜变形成三维立体结构时，可以增加表面积，便于空气流通，提高吸附膜的解吸附效果。
请参阅图1和图2，本发明一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，包括材料本体1和聚乙烯涂层2，吸附材料本体1采用湿度再生二氧化碳吸附材料制备而成，聚乙烯涂层2等厚度设置在吸附材料本体1的一侧表面，形成具有溶胀性质的双层复合膜结结构，双层复合膜结构的两端沿宽度方向相互固定，双层复合膜结构的内部沿宽度方向等间距固定约束，构成二氧化碳吸附膜可变形结构。
优选地，双层复合膜结构包括两个，将两个双层复合膜结构对称拼接，将不具有溶胀性质的聚乙烯涂层2置于内侧，具有溶胀性质的吸附材料本体1置于外侧；二氧化碳吸附膜可变形结构由上到下的顺序为吸附材料本体1、聚乙烯涂层2、聚乙烯涂层2和吸附材料本体1。
将二氧化碳吸附膜可变形结构置于高湿度环境中时，高湿度环境中的环境湿度大于90％，由于外层的吸附材料本体1发生溶胀，整体结构发生弯曲，由于双层复合膜结构的膜内沿宽度方向等间距固定约束，双层复合膜结构形成等间距波纹状。
降低二氧化碳吸附膜可变形结构的环境湿度至10％以下，外层吸附材料本体1的溶胀现象消失，整体结构回到初始的平面状态。
请参阅图3，将多个双层复合膜周期性阵列排布形成三维立体多孔结构，当双层复合膜为平面结构时，减小了空间体积，便于堆叠运输；当双层复合膜变形成三维立体结构时，可以增加表面积，便于空气流通，提高吸附膜的解吸附效果。
本发明一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构的制备方法具体如下：
S1、将具有溶胀性质的湿度再生二氧化碳吸附材料裁成长方形，得到厚度为0.5～1mm的吸附材料本体；
S2、在吸附材料本体的一面涂覆等厚度的不具有溶胀性质的聚乙烯涂层，聚乙烯涂层的厚度为0.5～1mm，形成双层复合膜结构；
S3、将两个双层复合膜对称拼接，将不具有溶胀性质的聚乙烯涂层置于内侧，具有溶胀性质的湿度再生二氧化碳吸附材料置于外侧，将每个双层复合膜的两端沿宽度方向固定约束在一起，每个双层复合膜的内部沿宽度方向等间距固定约束在一起，构成二氧化碳吸附膜可变形结构。
其中，拼接后的二氧化碳吸附膜可变形结构包含四层材料，由上到下顺序为吸附材料本体、聚乙烯涂层、聚乙烯涂层和吸附材料本体。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
将具有溶胀性质的湿度再生二氧化碳吸附材料裁成长方形，并在其一侧的表面涂覆等厚度，且不具有溶胀性质的聚乙烯涂层形成双层复合膜；将两个双层复合膜对称拼接，将不具有溶胀性质的聚乙烯涂层置于基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构的内侧，具有溶胀性质的湿度再生二氧化碳吸附材料置于基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构的外侧，两个双层复合膜包含四层材料层，由上到下顺序为吸附材料-聚乙烯-聚乙烯-吸附材料；每个双层复合膜的两端沿宽度方向固定约束在一起，每个双层复合膜的内部沿宽度方向等间距固定约束在一起。将二氧化碳吸附膜可变形结构置于高湿度环境中时，由于外层的吸附材料层发生溶胀，吸附材料整体结构发生弯曲，由于膜内沿宽度方向等间距固定约束，二氧化碳吸附膜可变形结构形成等间距波纹状；降低环境湿度时，吸附材料层的溶胀现象消失，整体结构回到初始的平面状态。
综上所述，本发明一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，通过控制湿度实现双层复合膜结构在平面结构与三维立体结构之间转换，当双层复合膜结构为平面结构时，减小空间体积，便于堆叠运输；当双层复合膜结构变形成三维立体结构时，增加表面积，便于空气流通，提高吸附膜的解吸附效果。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，包括吸附材料本体(1)，吸附材料本体(1)的一侧表面设置有聚乙烯涂层(2)，构成具有溶胀性质的双层复合膜结构，双层复合膜结构的两端沿宽度方向相互固定，双层复合膜结构的内部沿宽度方向等间距固定约束，构成二氧化碳吸附膜可变形结构。
2.根据权利要求1所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，吸附材料本体(1)为长方形结构。
3.根据权利要求2所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，吸附材料本体(1)的厚度为0.5～1.0mm。
4.根据权利要求1所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，双层复合膜结构包括多个。
5.根据权利要求4所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，双层复合膜结构包括两个，两个双层复合膜结构对称设置，从上至下依次包括第一层吸附材料本体(1)、第一层聚乙烯涂层(2)、第二层聚乙烯涂层(2)和第二层吸附材料本体(1)。
6.根据权利要求4所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，多个双层复合膜结构周期性阵列排布构成三维立体多孔结构。
7.根据权利要求1所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，双层复合膜在环境湿度大于90％时为等间距波纹状结构。
8.根据权利要求1所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，聚乙烯涂层(2)的厚度为0.5～1.0mm。
9.根据权利要求1所述的基于湿度驱动的二氧化碳吸附膜可变形结构，其特征在于，吸附材料本体(1)采用湿度再生二氧化碳吸附材料制备。
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