Page 66 - 《精细化工》2023年第6期

·1216· 精细化工 FINE CHEMICALS 第 40 卷

0.51 L/kg。Ca(NO 3 ) 2 在干燥条件下形成无定形水合 综合比较来看，目前最常用的吸湿盐为 CaCl 2
物 Ca(NO 3 ) 2 •4H 2 O [23] ，在相对湿度（RH）为 80%~ 和 LiCl，其中 LiCl 吸湿性能最好。根据吸湿盐易潮
90%范围内，Ca(NO 3 ) 2 呈现出逐渐吸湿的状态，吸 解和风化的特点，使用前应存放于干燥低温的环境
湿生长因子虽仅为 1.5~1.8，但没有发生迅速的潮 下，尽量避免长时间的输运，以免造成吸湿效果变
解 [24] 。在 25 ℃下，当 RH 从 0 增加到 95%时， 差或吸湿盐本身形状的损坏。从 SAWH 的角度来看，
Ca(HCOO) 2 •H 2 O 的质量大幅增加，几乎增加了 6 倍， 若最终想要获得较高的产水率，仅仅使用单一吸湿
但遗憾的是，研究发现，Ca(HCOO) 2 •H 2 O 的质量只 盐是不可行的，虽然其在相对较低湿度下表现出较高
有在相对湿度从 90%增加到 95%时才有较大的增 的吸水率，但需要输入高能量来释放水分；且在循环
加，说明 Ca(HCOO) 2 •H 2 O 只有在较高湿度范围才具 期间盐颗粒的聚集也可能导致吸收动力学缓慢，性能
有极强的吸湿能力 [25] 。总的来说，以上 3 种钙盐在 下降，腐蚀设备，甚至部分吸湿盐难以再次循环使用，
SAWH 的实际应用中都存在不足，并且 Ca(NO 3 ) 2 、 上述问题限制了单一吸湿盐在 SAWH 中的实际应用，
Ca(HCOO) 2 •H 2 O 有可能对集水装置造成一定程度 因此需要开发性能更优异的复合吸湿材料。
的腐蚀以及存在一定的实验安全性问题。目前，运 1.2 沸石类吸湿材料
用 SAWH 的钙盐仍只是 CaCl 2 ，但 CaCl 2 解吸条件 沸石是一种含有结晶水的碱金属或碱土金属的
高，因此，基于钙盐的吸湿材料开发空间巨大。 铝硅酸盐矿物，拥有较大内比表面积以及多个孔道结
1.1.2 锂盐吸湿材料 构，以丰富的铝金属位点作为水吸附中心 [34] 。沸石
锂盐吸湿材料中主要用 LiCl [26] 、LiBr [27] 两种。 的吸附能力与硅铝比有关，硅铝比越小，吸附能力越
LiCl 是目前已报道的吸湿盐中吸湿性最强的一种， 高 [35] 。MULCHANDANI 等 [36] 测定了沸石收集大气水
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而且价格低廉、应用潜力大。SRIVASTAVA 等 [28] 将 的能力，实验证明，沸石每天产水量约为 0.94 L/m 。
沙子作为基质材料，初始质量分数为 37%的 LiCl 可 TRAPANI 等 [37] 发现，A3 型沸石可吸附约 70 mg/g
快速吸收大气及基质中的水分，实验期间吸收的水 的水（25 ℃、40% RH），在 45 ℃、10% RH 的条
分为 125 g，且每天能产生约 90 mL/kg 的水。但是， 件下几乎不解吸水，但其在 60 ℃、RH=10%的条件
LiCl 会产生潮解，导致在吸水/脱水循环期间出现结 下水解吸率高达 96%，说明沸石所需的解吸条件相
块、腐蚀和膨胀问题 [29] 。根据水蒸气吸附/解吸等压 对较高。而新型 AQSOA 沸石改进了这一问题 [38] ，
线可以发现，LiCl 具有较大的吸附/解吸滞后 [30] ，同 但低压条件下会存在吸附-解吸滞后现象。总体来
一相对蒸气压下，吸附时的吸着水量低于解吸时的 说，沸石性能稳定，在集水方面应用广泛。
吸着水量，这是因为，当 LiCl 吸收了大量水分时， 1.3 硅胶类吸湿材料
浓缩的 LiCl 溶液的高蒸发焓会阻碍水的释放，从而 硅胶的主要成份是 SiO 2 ，具有较大的比表面积，
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需要消耗更多的能量来进行解吸 [31] 。因此，为了缓 孔径为 0.7~3.0 nm，比表面积为 100~1000 m /g。硅
解以上问题，LiCl 一般添加在硅胶、水凝胶等主体 胶结构中的亲水基团羟基是吸附中心，可以与极性
材料中使用，而不能直接用于吸湿。 氧化物（如水、醇）形成氢键，一个羟基可吸附一
1.1.3 其他吸湿盐材料（钠盐、钾盐、镁盐、铜盐） 分子水 [35] 。因此，硅胶表面的羟基与内部的孔隙为
除了最常用的锂盐与钙盐，吸湿盐类还有钠盐、 水分的吸附及传输提供了吸附位点和通道，羟基数
钾盐、镁盐、铜盐等。ZHANG 等 [32] 综合表征了含 目越多，孔隙率越大，吸湿能力越强。ESSA 等 [39] 使
钠和钾盐的吸湿性，并测量了 6 种典型的含钠和含 用高吸湿性硅胶在双斜面半圆柱形盆式太阳能蒸馏器
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钾盐（NaCl、KCl、NaNO 3 、KNO 3 、Na 2 SO 4 、K 2 SO 4 ） 中进行集水测试，每天累积产水量约为 400 mL/m 。
的吸湿生长曲线，结果表明，以上几种盐在 RH＜ SLEITI 等 [40] 利用厚为 25~35 mm 的硅胶作为吸湿材
80%的环境下几乎不吸水，只能在极高湿度的环境 料，在 12 h 内每千克硅胶的产水量为 159 g。硅胶
中表现出吸湿性。GUO 等 [25] 测量了含镁盐的吸湿 在大气环境中吸附能力不足，且需要较高的再生温
性，其中包括硝酸盐、氯化盐、甲酸盐和醋酸盐， 度 [41] ，热稳定性有限 [34] ，这阻碍了硅胶类吸湿材料
结果发现，在 90% RH 下，4 种含镁盐的吸湿生长 发展的脚步。
因子的变化很小，说明相比于钙盐和锂盐，镁盐的 1.4 MOFs 类吸湿材料
吸湿效果较差。而 LI 等 [33] 认为，无水盐与 SAWH MOFs 材料是近十年来发展迅速的一种配位聚合
结合具有很大的潜力，并从常见的无水和水合盐中 物，具有孔隙率高、比表面积大、孔道规则、孔径可
筛选出 CuCl 2 、CuSO 4 和 MgSO 4 ，并将其作为集水 调以及拓扑结构多样性等优点 [42] ，具有很大的用于
系统具有前景的盐，结果表明，3 个盐装置的整体 SAWH 的潜力。目前，应用于 SAWH 的 MOFs 材料
性能在 10 次循环后仍保持稳定。 主要有锆基、铝基系列（如 MOF-801、MOF-808、