CN116847919A - 吸附系统 - Google Patents

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前田尚志
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Abstract

吸附系统(100)包括吸附除水以外的对象物质的吸附部(10)、以及抑制水分在吸附部(10)的内部积聚的抑制部(20)。用于吸附部(10)的吸附材料包含金属有机框架。

Description

吸附系统
技术领域
本公开涉及一种吸附系统。
背景技术
到目前为止，为了吸附空气中的对象物质，使用了在内部具有微孔的多孔性材料。作为这种多孔性材料，近年来，金属有机框架(metal-organic framework：MOF)受到关注。金属有机框架是将金属离子和连结它们的有机配体组合起来而得到的。通过金属离子和有机配体的组合，能够获得吸附各种对象物质的MOF。
例如，专利文献1中记载了将铝离子用作金属离子，将富马酸根离子用作有机配体，从而能够得到吸附二氧化碳的MOF。
专利文献1：日本专利公报第5150617号公报
发明内容
－发明要解决的技术问题－
一般而言，MOF的分子结构容易受到水的影响。这是因为在存在有水的情况下，金属－有机配体的配位键有时会被金属－水分子的配位键取代。在该情况下，MOF的多孔性结构丧失，其结果是，会出现MOF的吸附性能劣化的问题。
相对于此，例如如果像专利文献1的MOF那样使用铝离子，则能够获得耐水性高的MOF结构。然而，如果对在MOF中使用的金属进行限制，则根据金属离子和有机配体的各种组合所得到的MOF的多种吸附能力就会受到限制。
本公开的目的在于，做到：在使用了含有金属有机框架的吸附材料的吸附系统中，即使在存在水的情况下也能够抑制吸附性能劣化。
－用以解决技术问题的技术方案－
本公开的第一方面涉及一种吸附系统，该吸附系统包括吸附部10和抑制部20，所述吸附部10吸附除水以外的对象物质，所述抑制部20抑制水分在所述吸附部10的内部积聚，用于所述吸附部10的吸附材料包含金属有机框架。
在第一方面中，包括抑制水分在吸附部10的内部积聚的抑制部20。由此，抑制水分在吸附部10的内部积聚，因此，即使在将耐水性低的金属有机框架用作吸附材料的情况下，也能够抑制该金属有机框架的吸附性能劣化。
本公开的第二方面在第一方面的基础上，所述抑制部20具有布置在所述吸附部10的上游侧的脱水部21。
在第二方面中，能够通过脱水部21减少流入吸附部10的空气中所含的水分。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
本公开的第三方面在上述第一或第二方面的基础上，所述抑制部20具有对所述吸附部10进行加热的加热部22。
在第三方面中，能够通过加热部22使已流入吸附部10的空气中所含的水分蒸发，并将其释放到吸附部10的下游侧。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
本公开的第四方面在上述第一到第三方面中任一方面的基础上，抑制部20具有减少部23，所述减少部23减少流入所述吸附部10的空气的流量。
在第四方面中，通过减少流入吸附部10的空气的流量，也能够减少流入吸附部10的空气中的水分量。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
本公开的第五方面在上述第一到第四方面中任一方面的基础上，所述抑制部20根据流入所述吸附部10的空气的湿度来进行抑制所述水分积聚的抑制动作。
在第五方面中，能够根据空气的湿度，通过抑制部20效率良好地抑制水分积聚，所以能够谋求例如降低能耗等。
本公开的第六方面在上述第一到第五方面中任一方面的基础上，所述金属有机框架包含锌。
在第六方面中，即使使用如包含锌的金属有机框架那样耐水性低的吸附材料，也能够抑制由水分引起的吸附性能下降。
附图说明
图1是示出实施方式所涉及的吸附系统的一个构成例的示意图；
图2是示例出可适用于实施方式所涉及的吸附系统的吸附材料的金属有机框架的有机配体的图。
具体实施方式
(实施方式)
参照附图对实施方式进行说明。图1所示的本实施方式的吸附系统100具有使用吸附材料构成的吸附部10，该吸附材料含有金属有机框架(以下称为MOF)。吸附系统100例如也可以与空调装置的室外机构成为一体。吸附系统100例如也可以布置在将室外空气吸入并供向室内的空气通路内。在该空气通路内，也可以将风扇布置在吸附部10的上游侧或下游侧。需要说明的是，在图1中，用箭头表示吸附系统100中的空气的流动。
吸附部10吸附空气中所含有的例如二氧化碳、挥发性有机化合物(VOC)等对象物质(除水以外)。吸附部10吸附从上游侧流入的空气中的对象物质，使已除去或已减少了该对象物质的空气流向下游侧。吸附部10例如也可以形成为圆板状。吸附部10也可以是通过使基材的表面担载有吸附材料而构成的，该基材例如形成为蜂窝状。吸附部10也可以构成为能够使空气沿该吸附部10的厚度方向通过该吸附部10，并使所通过的空气与吸附材料接触。需要说明的是，在本公开中，“吸附材料”还包括对对象物质既进行吸附又进行吸收的材料(所谓的吸附吸收材料)。
作为吸附部10的基材，能够使用陶瓷纸、玻璃纤维、以纤维素为主要成分的有机化合物(例如，纸)、金属、树脂等材料。这些材料的比热较小，因此如果用这样的材料形成吸附部10，则“吸附解吸部”的热容量变小。
吸附部10的吸附材料中含有的MOF能够根据所要吸附的对象物质及吸附系统的目的，从金属离子与有机配体的各种组合中适当选择。作为吸附部10的吸附材料，可以使用多种MOF，或者也可以与MOF一起使用其他的吸附物质。
需要说明的是，在吸附部10中，也可以利用例如温度变化或压力变化等而适当地进行吸附材料的再生，以免吸附材料对对象物质的吸附达到饱和。例如可以以整个吸附部10为对象，以维护形式定期进行吸附材料的再生。或者，也可以将吸附部10构成为旋转转子状，并构成为：当吸附部10的各部分随着吸附部10旋转而位于规定的再生区域时，就使该部分的吸附材料再生。
如图1所示，吸附系统100还包括抑制部20，该抑制部20抑制水分在吸附部10的内部积聚。在本实施方式中，抑制部20具有脱水部21、加热部22、减少部23和控制部24。
脱水部21布置在吸附部10的上游侧。脱水部21除去或减少所要流入吸附部10的空气中的水分。例如可以将除湿装置用作脱水部21。脱水部21也可以使吸附材料吸附空气中所含的水分而对空气进行除湿。例如可以将二氧化硅、沸石等用作吸附材料。在脱水部21中，也可以例如通过加热对吸附了水分的吸附材料进行再生而再次用于除湿。也可以将脱水部21构成为旋转转子状，并构成为：当脱水部21的各部分随着脱水部21旋转而位于规定的再生区域时，就使该部分的吸附材料再生。
加热部22对吸附部10进行加热，使已流入吸附部10的空气中所含的水分蒸发。已蒸发的水分伴随着空气流动而流向吸附部10的下游侧。加热部22对吸附部10的加热可以一直实施，或者也可以定期或在满足规定条件时实施。例如可以将加热器用作加热部22。加热部22可以布置在吸附部10的附近，或者也可以与吸附部10构成为一体。在利用温度变化(例如加热)来将用于吸附部10的吸附材料再生的情况下，也可以将水分蒸发用加热部22用作吸附材料再生用加热部。在该情况下，在加热部22中，同时进行用以使吸附材料再生的温度控制和用以使水分蒸发的温度控制。
减少部23构成为能够减少流入吸附部10的空气的流量。减少部23也可以切断空气向吸附部10的流入。例如可以将三通阀用作减少部23。减少部23布置在吸附部10的上游侧，例如布置在脱水部21的上游侧。减少部23减少空气的流量可以一直实施，或者也可以定期或在满足规定条件时实施。
控制部24根据流入吸附部10的空气的湿度，控制脱水部21、加热部22和减少部23中的至少一者的动作，由此来对抑制水分在吸附部10中积聚的动作加以控制。例如在流入吸附部10的空气的湿度超过规定值的情况下，控制部24使加热部22对吸附部10进行加热，或者使减少部23减少所要流入吸附部10的空气的流量。流入吸附部10的空气的湿度例如由布置在吸附部10的上游侧附近的传感器(省略图示)检测，控制部24能够获取该检测值。控制部24例如能够由微型计算机(省略图示)、和使微型计算机工作的程序构成。
－实施方式的特征－
如上文所说明的那样，本实施方式的吸附系统100包括：吸附除水以外的对象物质的吸附部10、以及抑制水分在吸附部10的内部积聚的抑制部20，用于吸附部10的吸附材料包含金属有机框架(MOF)。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚，所以能够抑制由水分引起的MOF的吸附性能劣化。还能够通过除去被MOF捕获到的水分而并非除去目标物质，来提高MOF对目标物质的吸附效率。
根据本实施方式的吸附系统100，例如在将含锌MOF用作耐水性低的吸附材料的情况下，也能够抑制由水分引起的吸附性能劣化。图2示出构成含锌MOF的有机配体的例子。通过将图2所示的有机配体和锌(Zn)组合起来，例如能够获得Zn(NDC)(DABCO)0.5(简称DMOF－N)、Zn(BDC)0.5(TMBDC)0.5(DABCO)0.5(简称DMOF－TM1)、Zn(TMBDC)(DABCO)0.5(简称DMOF－TM2)、Zn(ADC)(DABCO)0.5(简称DMOF－A)、Zn(BDC－NO2)(DABCO)0.5(简称DMOF－N)、Zn(BDC－(Cl)2)(DABCO)0.5(简称DMOF－Cl2)、Zn(BDC－Br)(DABCO)0.5(简称DMOF－Br)、Zn(BDC－OH)(DABCO)0.5(简称DMOF－OH)等MOF。这些含锌MOF在大气压力下显示出优异的对于二氧化碳的吸附性能。此外，通过实现低压化而能够使在这些含锌MOF中的二氧化碳脱离出来，因此能够用作可通过改变压力而再生的吸附材料。然而，这些含锌MOF中的大部分在暴露于水中时，多孔性结构就会丧失，对二氧化碳的吸附性能降低。相对于此，本实施方式的吸附系统100由于抑制水分在吸附部10的内部积聚，因此即使将这些含锌MOF用作吸附材料，也能够抑制吸附二氧化碳的吸附性能劣化。
在本实施方式的吸附系统100中，抑制部20可以具有布置在吸附部10的上游侧的脱水部21。这样一来，能够通过脱水部21减少流入吸附部10的空气中所含的水分。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
在本实施方式的吸附系统100中，抑制部20可以具有对吸附部10进行加热的加热部22。这样一来，能够通过加热部22使已流入吸附部10的空气中所含的水分蒸发，并将其释放到吸附部10的下游侧。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
在本实施方式的吸附系统100中，抑制部20也可以具有减少部23，所述减少部23减少流入吸附部10的空气的流量。这样一来，通过减少流入吸附部10的空气的流量，也能够减少流入吸附部10的空气中的水分量。因此，能够抑制水分在吸附部10的内部积聚。
在本实施方式的吸附系统100中，抑制部20也可以根据流入吸附部10的空气的湿度来进行抑制水分积聚的抑制动作。这样一来，能够根据空气的湿度，通过抑制部20效率良好地抑制水分积聚，所以能够谋求例如加热部22的能耗降低等。
(其他实施方式)
在上述实施方式中，示例出吸附解吸的对象物质为二氧化碳的情况，但并不局限于此，对象物质例如也可以是臭气物质(硫、氨等)。
在上述实施方式中，示例出将含锌MOF用作吸附材料的情况，但并不局限于此，也可以使用其他种类的MOF，例如含铝MOF。
在上述实施方式中，由脱水部21、加热部22、减少部23和控制部24构成抑制部20。但是，取而代之，例如也可以由脱水部21、加热部22和减少部23中的任意一个要素、或者将该一个要素与控制部24组合起来而构成抑制部20。或者也可以例如由脱水部21、加热部22和减少部23中的任意两个要素、或者将该两个要素与控制部24组合起来而构成抑制部20。
在上述实施方式中，在脱水部21的上游侧布置了减少部23，但取而代之，也可以在脱水部21的下游侧布置减少部23。此外，也可以是这样的，在吸附部10的上游侧设置了设有脱水部21的第一空气通路和未设有脱水部21的第二空气通路，如果流入吸附部10的空气的湿度超过规定值，则使空气经由第一空气通路流入吸附部10，如果该湿度小于规定值，则使空气经由第二空气通路流入吸附部10。
在上述实施方式中，将吸附部10的基材形成为蜂窝状，但并不局限于此，也可以将基材形成为网眼状、过滤器状。在该情况下，吸附部10也构成为能够使空气通过。此外，将吸附部10形成为圆板状，但并不局限于此，也可以形成为例如多边形的板状。
以上，对实施方式进行了说明，但应理解的是可以在不脱离权利要求书的主旨和范围的情况下，对方式和具体结构进行各种变更。此外，只要不损坏本公开的对象的功能，还可以适当地组合或替换上述实施方式。
－产业实用性－
综上所述，本公开对于吸附系统很有用。
－符号说明－
100吸附系统
10吸附部
20抑制部
21脱水部
22加热部
23减少部
24控制部

Claims (6)

1.一种吸附系统，其特征在于：
所述吸附系统包括：
吸附除水以外的对象物质的吸附部(10)；以及
抑制水分在所述吸附部(10)的内部积聚的抑制部(20)，
用于所述吸附部(10)的吸附材料包含金属有机框架。
2.根据权利要求1所述的吸附系统，其特征在于：
所述抑制部(20)具有布置在所述吸附部(10)的上游侧的脱水部(21)。
3.根据权利要求1或2所述的吸附系统，其特征在于：
所述抑制部(20)具有对所述吸附部(10)进行加热的加热部(22)。
4.根据权利要求1到3中任一项权利要求所述的吸附系统，其特征在于：
所述抑制部(20)具有减少部(23)，所述减少部(23)减少流入所述吸附部(10)的空气的流量。
5.根据权利要求1到4中任一项权利要求所述的吸附系统，其特征在于：
所述抑制部(20)根据流入所述吸附部(10)的空气的湿度来进行抑制所述水分积聚的抑制动作。
6.根据权利要求1到5中任一项权利要求所述的吸附系统，其特征在于：
所述金属有机框架包含锌。
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