综合调控环境温湿度的复合吸附材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料及其制备方法。本发明专利技术结合喷雾干燥技术与原位液相沉积技术制得以聚乙二醇作为外壳包覆球形硫酸铜纳米基质的核壳结构纳米复合吸附材料。该材料能够实现环境温度与湿度的综合调控，相比现有技术中热湿材料，本发明专利技术提高了吸收速率，能够更快的达到吸附平衡，并且本发明专利技术复合吸附材料在保持原有除湿水平的基础上，提高了热储存容量。本发明专利技术合成途径简单，制得复合吸附材料环保无毒，并且结构稳定，在制作建筑围护结构以及除湿工程等领域具有巨大的潜力。此外，本发明专利技术纳米复合吸附材料能够利用低品位热能作为驱动力实现其商业运用，因此是一类节能、环保、高效的工程材料。

Composite adsorption material for comprehensive regulation of environmental temperature and humidity and preparation method thereof

The invention discloses a composite adsorption material which is used for comprehensively regulating the temperature and humidity of the environment and a preparation method thereof. The invention relates to a core-shell structure nano composite adsorption material which can be used as a shell to cover the spherical copper sulfate nano matrix by combining the spray drying technology and the in situ liquid phase deposition technology. Comprehensive regulation of the materials can achieve environmental temperature and humidity, compared with the existing technology of heat and moisture in materials, the invention improves the absorption rate, faster to reach adsorption equilibrium and the composite adsorption material while keeping the original moisture level, improve the heat storage capacity. The invention has the advantages of simple synthetic method, environmental protection, innocuity, and stable structure, and has great potential in the field of building envelope construction and dehumidification engineering. In addition, the nano composite adsorption material of the invention can utilize the low-grade heat energy as the driving force to realize the commercial application, therefore, the utility model is an energy saving, environmental protection and high efficiency engineering material.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种能够综合调控环境温度和湿度的具有核壳结构的纳米复合吸附材料及其制备方法。
技术介绍
随着社会经济不断发展，人们对居住环境、工作环境乃至公共建筑环境(候车室、停车场、地铁等)温度、湿度控制的要求日益提高。为了找寻新的调控方法，有学者提出将相变控温材料与除湿材料相复合制备形成新材料的技术途径。这种复合新材料——热湿复合材料(endothermal-hygroscopicmaterial)可采用低品位的热能作为驱动力，实现系统长久的可逆循环。然而，目前这种能够实现控温控湿的复合新材料还存在以下主要问题：复合吸附材料中相变材料不可避免地降低了吸湿剂与湿空气的接触面积，这将导致水分子在吸湿材料中的传质路径受阻，进而降低吸附速率以及吸附质量。例如，方贵银将SiO2和硅藻土作为吸湿基质材料，利用溶解-凝胶法制备了能够控制温度和湿度的热湿复合材料。而该复合材料达到平衡吸附的时间超过48小时。除此之外，还有学者将海泡石作为基质材料，制备的热湿复合材料仅具有1.2～2.1g/100g的吸附量。在现有技术中，常通过增加吸湿剂的含量以提高复合吸附剂的平衡吸附量，然而，这种方法大幅度降低了热湿复合材料的储热密度。例如Chen报道的复合材料仅具有19J/g的相变潜热，仅占纯相变材料潜热的10～15％，无法发挥相变材料的蓄热控温优势。
技术实现思路
鉴于上文所述，本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够对封闭、半封闭环境内温度和湿度进行综合控制的新型复合吸附材料及其制备方法。具体地，基于通过除湿材料与相变材料复合从而达到综合调控环境温度和湿度的理念，本专利技术结合喷雾干燥技术与原位液相沉积技术制得以聚乙二醇作为外壳包覆球形硫酸铜纳米基质的核壳结构纳米复合吸附材料。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：本专利技术一方面公开一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料，所述复合吸附材料是以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇为外壳的核壳结构材料。进一步地，所述硫酸铜纳米基质的粒径为50～500nm，所述聚乙二醇形成壳层的厚度为5～30nm。本专利技术另一方面公开一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料的制备方法，包括以下步骤：步骤A：配制浓度为0.05～0.3g/ml的硫酸铜溶液，在所述硫酸铜溶液中加入表面活性混合均匀，得到混合溶液；将所述混合溶液进行升温处理，然后通过干燥处理制备球形硫酸铜纳米基质；步骤B：将聚乙二醇溶解于无水乙醇溶液中制得均相分散液体，然后将步骤A制得的球形硫酸铜纳米基质分散在所述均相液体中，得到悬浊液；将所述悬浊液通过旋转蒸馏制得以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇为外壳的复合吸附材料。进一步地，为降低硫酸铜溶液在干燥过程的比表面能，帮助硫酸铜收缩成球形晶体，本专利技术步骤A的混合溶液中表面活性剂的质量分数为0.1～5％，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯。进一步地，为了增加表面活性剂溶解度，以形成更多更均匀的胶束，本专利技术步骤A还包括将混合溶液的温度控制在30～60℃内。进一步地，由于喷雾干燥处理操作简单，制得纳米材料纯度高、产量大且形貌可控，本专利技术步骤A中干燥处理优选为喷雾干燥处理，具体参数如下：进口温度为120～200℃，进料速率为100～1500ml/h。进一步地，本专利技术步骤B中制备均相分散液体的环境温度为50～80℃。进一步地，为使得制得的复合吸附材料具有合适的结构、组成，本专利技术步骤B的悬浊液中聚乙二醇与硫酸铜质量比为聚乙二醇∶硫酸铜＝1∶1～19。进一步地，本专利技术步骤B中将悬浊液进行旋转蒸馏以使得乙醇蒸发，进而将聚乙二醇沉积在球形硫酸铜纳米基质表面，优选地，旋转蒸发的温度为80～110℃。本专利技术在将硫酸铜溶液进行干燥时采用表面活性剂目的在于，硫酸铜溶解在水中形成五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)，五水硫酸铜(CuSO4·5H2O)纳米基质在高温环境中会由于失水呈现出十分明显的体积收缩，从而得到的硫酸铜纳米晶的表面能较高，易使得硫酸铜纳米晶出现二次生长，而使用表面活性剂能够降低液体在干燥过程中的比表面能，帮助硫酸铜收缩成球形。在制备复合吸附材料过程中，可自由移动的乙醇、聚乙二醇分子扮演着表面活性剂与助表面活性剂的角色。这将显著地降低了硫酸铜纳米晶的表面能，进而使得硫酸铜纳米晶的高比表面积得以保留。因此，本专利技术公开的以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇(PEG)为外壳的核壳结构纳米复合吸附材料(简称为CuSO4/PEG纳米复合吸附材料)具有极高的内界面。这些内界面可将温度调控和湿度调控这对矛盾的参数转化为相互优化的参数。根据本专利技术实施例，就吸附性质而言，内界面改变了聚乙二醇(PEG)包覆层的分子、晶体结构，使得PEG壳层的平衡吸附量相对于纯的PEG粉体提高了40～200倍。故此，PEG壳层可以富集空气中的水蒸气，形成“蓄水效应”，使得硫酸铜可快速从富水区域得到水分子进而使得本专利技术复合吸附材料的吸附速率乃至吸附量均比已报道的复合吸附剂性能优异。就本专利技术复合吸附材料相变性能而言，根据本专利技术具体实施例，在表面张力的作用下，PEG壳层的结晶温度可在9℃范围内自由调节，同时，其融化温度保持不变。这意味着复合吸附材料的过冷度可被自由调节。就复合吸附材料的稳定性而言，根据本专利技术具体实施例，在PEG壳层的作用下，能够限制硫酸铜基质的体积变化，并且在吸附/解吸附过程中，均呈现出稳定的微结构。相比现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术公开的复合吸附材料不仅能够实现环境温度与湿度的综合调控，而且解决了吸附式蓄能除湿系统中吸附材料无法同时实现蓄能和除湿匹配的问题，相比现有技术中热湿材料，本专利技术提高了吸收速率，能够更快的达到吸附平衡，并且本专利技术复合吸附材料在保持原有除湿水平的基础上，提高了热储存容量。2、本专利技术提供的复合吸附材料可以利用太阳能、工厂余热、汽车尾气等低品位热能作为驱动力实现其商业运用，因此是一类潜在的工程材料。3、本专利技术合成途径简单，制得复合吸附材料环保无毒，并且结构稳定，因此在制作储能墙板材料、石膏材料应用于建筑围护结构以及应用于除湿工程领域具有巨大的潜力。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制备的CuSO4-1％硫酸铜纳米基质的SEM图谱。图2为本专利技术实施例2中所制备的无水硫酸铜纳米基质的SEM图谱。图3为本专利技术实施例3制得的CuSO4/PEG8000-10％、CuSO4/PEG8000-20％和CuSO4/PEG8000-30％纳米复合吸附材料在温度为25℃、相对湿度为80％的环境中测试所得吸附曲线。图4为本专利技术实施例4制备CuSO4/PEG8000-10％、CuSO4/PEG8000-20％和CuSO4/PEG8000-30％纳米复合吸附材料的DSC曲线。图5为本专利技术复合吸附材料的稳定性实验，其中，图5(a)和(a)′分别为对纯聚乙二醇(PEG8000)及CuSO4/PEG-X％(X％＝10，20和30)复合吸附材料进行升温处理前后的OM成像图；图5(b)和(b)′分别为对五水硫酸铜溶液自然干燥制得产品(CSW)，CuSO4/SDBS1％和CuSO4/PEG10％进行吸附处理后进行微观结构测试结果图。具体实施方式以下结合实施例和说明书本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料，其特征在于，所述复合吸附材料是以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇为外壳的核壳结构材料。

【技术特征摘要】
1.一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料，其特征在于，所述复合吸附材料是以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇为外壳的核壳结构材料。2.根据权利要求1所述的一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料，其特征在于，所述硫酸铜纳米基质的粒径为50～500nm，所述聚乙二醇形成壳层的厚度为5～30nm。3.一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：配制质量浓度为0.05～0.3g/ml的硫酸铜溶液，在所述硫酸铜溶液中加入表面活性剂混合均匀，得到混合溶液；然后通过干燥处理制备球形硫酸铜纳米基质；步骤B：将聚乙二醇溶解于无水乙醇溶液中制得均相分散液体；然后将步骤A制得的球形硫酸铜纳米基质分散在所述均相液体中，得到悬浊液；将所述悬浊液通过旋转蒸馏制得以球形硫酸铜纳米基质为内核，以聚乙二醇为外壳的复合吸附材料。4.根据权利要求3所述的一种综合调控环境温湿度的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，所述步骤A的混合溶液中表面活性剂的质量分数为0.1～5％，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、脂肪酸山梨坦和聚山梨酯中任一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁艳平，张海全，曹晓玲，余南阳，向波，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51