本发明专利技术公开了一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，包括半球型上盖、石墨烯涂层、半导体冷凝器、铜金属板、电风扇以及温度和水位监测系统等，旨在为像在沙漠、高原等干旱特殊极端条件下收集和提取水提供智能便捷的装置。该装置功能主要分为集水和取水过程，前者是利用MOF材料自身优异性质暴露在空气中，通过电风扇的强制对流和产生的压差效应将湿空气聚集在MOF材料的表面，便于吸收；后者是利用石墨烯涂层汲取太阳能中的热量后将MOF材料中的水分蒸发出来，再经过半导体冷凝器的作用后将蒸汽液化后储存在储水罐中。整个过程中温度和收集水的水位都能智能监控，装置具有简单方便，实用性高，便于携带，无污染且工作稳定的特点。
【技术实现步骤摘要】
一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置
本专利技术属于新能源与节能
，具体涉及一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置。
技术介绍
据统计，世界上约有五十万人全年面临水资源极度匮乏的问题，约四十亿人生活在每年至少一个月严重缺水的环境中，这些给人类的生存带来了极大的挑战。不仅是在全球，在中国一些西北偏远地区，在新疆，西藏等有沙漠和高原等极端环境地带，饮水问题也严重影响着人们的生活作息，极度降低了人们的幸福感。实际上，在我们生活的大气层中就含有大量水分，约占有地球所有的淡水资源10％左右，倘若能够收集空气中的水分并将其提取出来为生活所用，必定会缓解缺水地区人们因为水资源带来的不便。另外，太阳能也是取之不尽用之不竭、清洁无污染的理想能源，将太阳能与节能技术相结合，能够大大增强对资源的利用化程度，实现节能减排和废弃资源再利用金属有机框架材料(Metal-OrganicFrameworks,简称MOF)是指通过过渡金属离子与有机配体通过自组装形成的具有周期性网络结构的一类晶体多孔材料，这种材料具有很高的孔隙率、比表面积大、有规则拓扑结构的优良特性，应用范围广，在光催化，电催化，光电催化，污染物降解等过程中都有涉猎。同样，其优异的结构使得MOF材料，诸如MOF-801、UIO-66、ZIF-8等，在水分子吸附上亦具有很好的效果，而且由于自身的多孔且体积大，对水分子有较高的束缚能力，因此此类材料在收集水的利用上具有相当大的应用潜力，并已经在最近的国际科学学术研究中有所报道。为了实现在沙漠、高原等干旱极端条件下的集/取水功能，解决偏远地区淡水资源匮乏的现状，亦或将收集的水用来制备其他容易携带的能源如氢气等进行军事化利用，十分有必要研制一种简易的实验装置来实现对大气中水分的汲取，并将其转化为能够利用的水资源。本专利技术通过借助MOF材料的优良结构特性，实现对空气中水分的吸收，随后通过利用太阳能携带的热量，以石墨烯材料为介质传递到MOF材料吸收板上，将以上吸收的水分蒸发出来并通过半导体冷凝器液化成水并将其收集起来，能够很好的解决以上问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，利用此装置能够实现在沙漠、高原等干旱极端条件下的集/取水功能。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现：一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，包括设置在最上方的半球形上盖，设置在半球形上盖内侧的石墨烯涂层，设置在半球形上盖外与石墨烯涂层紧密相连并用来检测石墨烯涂层温度的石墨烯涂层温度控制器，依次设置在半球形上盖正下方的圆柱形中间壳和锥形流道，设置在半球型上盖与圆柱形中间壳之间，以及圆柱形中间壳与锥形流道之间的内置螺纹，设置在内置螺纹内侧，且位于半球形上盖与圆柱形中间壳之间的圆形的MOF材料板，设置在圆柱形中间壳边侧的散热孔，设置在散热孔下方的线孔，设置在圆柱形中间壳内部的L型金属隔离肋板，设置在L型金属隔离肋板竖直端内侧的半导体冷凝器，设置在L型金属隔离肋板竖直端外侧的呈锯齿状的铜金属板，设置在圆柱形中间壳外与半导体冷凝器相连接的，控制其温度的半导体冷凝器温度控制器，设置下锥形流道下方的储水罐，设置在储水罐外与储水罐相连，并用来测试储水罐水位的储水罐水位监测器，设置在与半导体冷凝器同一高度的通风口，以及设置在通风口外侧，与通风口大小相当的电风扇。本专利技术进一步的改进在于，半球形上盖内侧全部覆盖上石墨烯涂层，石墨烯涂层与石墨烯涂层温度控制器相连，利用石墨烯优异的导热性能，充分吸收太阳能中的热量，通过石墨烯涂层温度控制器对石墨烯涂层表面温度进行控制，在太阳能不充足的条件下，通过石墨烯涂层温度控制器对石墨烯涂层进行补充加热，吸收的热量用于与MOF材料板进行辐射换热，将MOF材料板中吸收的水分快速均匀地蒸发出来。本专利技术进一步的改进在于，MOF材料板水平放置，且正好位于半球形上盖的最大直径处，能够充分吸收石墨烯涂层从太阳能中吸收的热量，从而最大化MOF材料板中的水分蒸发率。本专利技术进一步的改进在于，L型金属隔离肋板的竖直部分放置在圆柱形中间壳的中轴线上，并将其分割为左右两侧部分，实现干湿空间、冷凝模块风冷气流与蒸汽流的分离，降低集水损失。本专利技术进一步的改进在于，设置在L型金属隔离肋板竖直部分左侧放置有铜金属板，且铜金属板与电风扇对立面为锯齿形；设置在L型金属隔离肋板竖直部分右侧放置有半导体冷凝器，并且冷凝器与冷凝器温度控制器相连接。本专利技术进一步的改进在于，通风口与半导体冷凝器位置等高，在通风口外侧设置有电风扇，在集水阶段，通过电风扇转动能够形成在圆柱形中间壳内外的压差，外部的湿空气能够快速进入到工作腔体内部，加快MOF材料板对水分的吸收；在取水阶段，铜金属板在半导体冷凝器的制冷作用下，得到比相对于来自MOF材料板上的热蒸气低的温度，在电风扇的鼓风强制对流作用下，热蒸气能够充分液化成水。本专利技术进一步的改进在于，在圆柱形中间壳，半导体冷凝器背后的9个散热孔，9个散热孔呈对称阵列放置，半导体冷凝器能够通过散热孔迅速散热；在散热孔正下方设置有线控，便于装置内部的线的摆置。本专利技术进一步的改进在于，石墨烯涂层吸收的太阳能为一年四季中太阳照射到该装置的自然太阳光所携带的能量。相比于现有技术，本专利技术具有下列优点与效果：1、本专利技术旨在提供一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，利用此装置能够实现在沙漠、高原等干旱极端条件下的集/取水功能。本装置结构简单，分工明确，轻巧便于携带，实用性强。2、采用半球域石墨层吸收太阳能量，并将其转换为热能，相比普通单平面域集热，集热面积更大。石墨导热性能优异，层温可迅速均匀地升高，与MOF层形成高效辐射换热，快速蒸发解吸层中水分，同时避免了太阳直接辐射造成的材料性能变易。石墨涂层的温度通过温度控制器实时控制，当太阳能较弱的时候能够通过控制器涂层进行补充加热，保证整个装置的正常运行。3、主要工作腔体内部结构设计上增加L形金属隔板实现干湿空间分离，冷凝模块风冷气流与蒸汽流分离，降低集水损失。4、通风口结构设计利用风扇增大流速，减小腔内压强，实现吸附阶段强制对流与差压驱动送气的双重功能，加速MOF材料板从空气吸附水分子的速度，同时通过热对流强化换热，强化来自MOF材料板的热蒸气的冷凝效果。5、铜金属板锯齿形微流道金属竖壁的设计加快了换热冷凝集水的速率，流道便利了水的集取。6、控制系统实现了间歇循环功能，即集水阶段只开启送风口风扇系统，取水阶段同时开启冷凝系统，可以精准控制集/取水周期，节能高效。7、温度控制系统和水位监测系统实现了系统的智能化，可以实时监测集热石墨烯顶盖、半导体冷凝器温度以及收集水位的实时监控。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为主要工作腔体的结构示意图，其中图2(a)为主视图，图2(b)为侧视图。附图标记说明：1为半球形上盖，2为石墨烯涂层，3为MOF材料板，4为内置螺纹，5为L型金属隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，其特征在于，包括设置在最上方的半球形上盖(1)，设置在半球形上盖(1)内侧的石墨烯涂层(2)，设置在半球形上盖(1)外与石墨烯涂层(2)紧密相连并用来检测石墨烯涂层(2)温度的石墨烯涂层温度控制器(17)，依次设置在半球形上盖(1)正下方的圆柱形中间壳(6)和锥形流道(10)，设置在半球型上盖(1)与圆柱形中间壳(6)之间，以及圆柱形中间壳(6)与锥形流道(10)之间的内置螺纹(4)，设置在内置螺纹(4)内侧，且位于半球形上盖(1)与圆柱形中间壳(6)之间的圆形的MOF材料板(3)，设置在圆柱形中间壳(6)边侧的散热孔(7)，设置在散热孔(7)下方的线孔(9)，设置在圆柱形中间壳(6)内部的L型金属隔离肋板(5)，设置在L型金属隔离肋板(5)竖直端内侧的半导体冷凝器(14)，设置在L型金属隔离肋板(5)竖直端外侧的呈锯齿状的铜金属板(13)，设置在圆柱形中间壳(6)外与半导体冷凝器(14)相连接的，控制其温度的半导体冷凝器温度控制器(8)，设置下锥形流道(10)下方的储水罐(11)，设置在储水罐(11)外与储水罐(11)相连，并用来测试储水罐(11)水位的储水罐水位监测器(12)，设置在与半导体冷凝器(14)同一高度的通风口(15)，以及设置在通风口(15)外侧，与通风口大小相当的电风扇(16)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，其特征在于，包括设置在最上方的半球形上盖(1)，设置在半球形上盖(1)内侧的石墨烯涂层(2)，设置在半球形上盖(1)外与石墨烯涂层(2)紧密相连并用来检测石墨烯涂层(2)温度的石墨烯涂层温度控制器(17)，依次设置在半球形上盖(1)正下方的圆柱形中间壳(6)和锥形流道(10)，设置在半球型上盖(1)与圆柱形中间壳(6)之间，以及圆柱形中间壳(6)与锥形流道(10)之间的内置螺纹(4)，设置在内置螺纹(4)内侧，且位于半球形上盖(1)与圆柱形中间壳(6)之间的圆形的MOF材料板(3)，设置在圆柱形中间壳(6)边侧的散热孔(7)，设置在散热孔(7)下方的线孔(9)，设置在圆柱形中间壳(6)内部的L型金属隔离肋板(5)，设置在L型金属隔离肋板(5)竖直端内侧的半导体冷凝器(14)，设置在L型金属隔离肋板(5)竖直端外侧的呈锯齿状的铜金属板(13)，设置在圆柱形中间壳(6)外与半导体冷凝器(14)相连接的，控制其温度的半导体冷凝器温度控制器(8)，设置下锥形流道(10)下方的储水罐(11)，设置在储水罐(11)外与储水罐(11)相连，并用来测试储水罐(11)水位的储水罐水位监测器(12)，设置在与半导体冷凝器(14)同一高度的通风口(15)，以及设置在通风口(15)外侧，与通风口大小相当的电风扇(16)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，其特征在于，半球形上盖(1)内侧全部覆盖上石墨烯涂层(2)，石墨烯涂层(2)与石墨烯涂层温度控制器(17)相连，利用石墨烯优异的导热性能，充分吸收太阳能中的热量，通过石墨烯涂层温度控制器(17)对石墨烯涂层(2)表面温度进行控制，在太阳能不充足的条件下，通过石墨烯涂层温度控制器(17)对石墨烯涂层(2)进行补充加热，吸收的热量用于与MOF材料板(3)进行辐射换热，将MOF材料板(3)中吸收的水分快速均匀地蒸发出来。
3.根据权利要求1所述的一种基于多功能MOF材料的新型智能集/取水装置，其特征在...
【专利技术属性】
技术研发人员：敬登伟，曾子龙，马奔驰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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