Page 67 - 《精细化工》2023年第6期
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第 6 期                         李吉焱，等:  太阳能驱动大气集水：进展与展望                                   ·1217·


            MOF-303）、UiO 系列、MIL 系列以及其他系列（如                     团酰胺基，制备的聚丙烯酰胺-碳纳米管-氯化钙
            ZIF 系列）。                                           （PAM-CNT-CaCl 2）水凝胶（图 2a）在 35% RH 条件
                 MOF-801 是由 12 个相 连 的 Zr 基簇                    下的捕水能力是 MOFs 和 CuCl 2 材料的 3 倍。ALEID
                                                       2
            Zr 6 O 4 (OH) 4 (-COO) 12 组成，比表面积高达 950 m /g，      等 [51] 合成了聚[2-(甲基丙烯酰氧基)乙基]二甲基-(3-磺
            具有较好的稳定性，可以在 RH<30%的干旱环境中                          丙基)氢氧化铵两性离子水凝胶（PDMAPs），并将 LiCl
            捕获水分 子，且成 本低              [43]  。 MOF-303 是由       与 CNT 嵌入 PDMAP 中制成了复合凝胶（PDMAPs/
            Al(OH)(PZDC)（PZDC 为 1H-吡唑-3,5-二甲酸二甲酯）              CNT/LiCl）。盐析效应使两性离子水凝胶基质具有增
            组成，具有垂直孔道，在 27  ℃、32% RH 的环境下，                     强的溶胀能力，大幅度提高了吸湿性能。
            能在几分钟内进行解吸循环，日产水量为 1.3 L/kg                [44] 。      ENTEZARI 等  [52] 对海藻酸钠进行修饰，通过 Li         +
                                                       2+
            另外，MOF-303 对二价离子截留率高（尤其 Mg ）、                           2+
                                                               和 Ca 占据 G-嵌段和 M-嵌段中更多的阳离子位置
            稳定性良好，使产生的冷凝水硬度降低，满足世界                             来增加吸附容量，并通过功能化碳纳米管（FCNT）
            卫生组织 对饮水的 要求              [45]  。 MOF-808 是由       来增加太阳光的光谱吸收，以提供更多的水分运输
            Zr 6 O 4 (OH) 4 (BTC) 2 (HCOO) 6 （BTC 为均苯三甲酸）      通道，最终制得了低成本的二元聚合盐/FCNT（Bina/
            组成，LI 等    [46] 研究证明，MOF-808 具有大的比表面               FCNT）复合材料。ZHAO 等           [53] 将吸湿性氯掺杂聚
            积以及高的孔隙率，其作为吸湿材料每天可以产生                             吡咯（PPy-Cl）和具有可切换亲水性的聚(N-异丙基
            高达 8.66 L/kg 的水。                                   丙烯酰胺)〔poly-NIPAM〕集成在一起，制备了超级
                 UiO-66 是由 Zr 6 O 4 (OH) 4 (BDC) 6 （BDC 为苯二    吸水凝胶（SMAG），在较宽的相对湿度范围内实现
            甲酸）组成，具有水稳定性，在 50% RH 条件下每                         了大气集水并高效解吸（图 2b）。活性碳纤维（ACF）
            分钟吸水率达 6.56 g/kg     [47] 。MIL-101 为规则形状的          具有比表面积大、孔径适中、分布均匀及吸附速率
            八面体，存在大量微孔，显示出极大的吸附能力。                             快等优点，EJEIAN 等 制备了 LiCl/MgSO 4 /ACF 复
                                                                                   [7]
            在 52  ℃、50% RH 的条件下，MIL-101 的吸附容量                  合材料，该复合材料提高了在体积和质量方面的吸
            为 0.56 g/g [48] 。施加外部压力可以有效增强 MOFs                 水能力，其中，MgSO 4 的加入有助于防止 LiCl 泄漏。
            的框架稳定性       [49] ，更好地应用于集水系统。                     WANG 等   [31] 将 LiCl 吸湿剂、纳米纤维素亲水骨架
                 通过总结 MOFs 类吸湿材料的研究进展，不难发                      和石墨烯集合在一起制备了吸湿气凝胶（NBHA）
            现，与其他类吸湿材料相比，MOFs 类吸湿材料在相                          用于 SAWH。纳米纤维素亲水骨架具有的网状缠结
            对较低的湿度条件下仍能够发挥优异的大气集水能                             结构和活性表面羟基赋予 NBHA 很高的储水能力。
            力，并保持长效的水解稳定性和温度稳定性。                               NBHA 具有的多孔双层结构使其即使在相对湿度较
            1.5   复合材料类吸湿材料                                    低（~18% RH）的条件下也能够很容易地吸收水分。
                 单一类型吸湿材料无法兼顾多方面性能，只在                          此外，NBHA 中添加的光热转换材料石墨烯不仅不
            某方面存在优异性能，并不能很好地达到 SAWH 高                          会影响吸湿材料的吸附动力学，还在吸水率方面有
            效集水的要求。因此，需要在单一类型材料的基础                             额外的改善。在 28% RH 的湿度环境下，吸水能力
                                                                                               [9]
                                                               达 0.76 g/g，且机械柔性良好。NI 等 受到冬兰属植
            上添加其他类型材料或对材料本身进行改性修饰以
                                                               物的启发，开发出一种集成吸湿性光热有机凝胶
            优化各项性能。水凝胶可以将捕获的水储存在交联
                                                               （POG）（图 2c），共聚物骨架内含有吸湿介质甘油，
            聚合物网络中，矿物质具有较大的孔隙率，MOFs
                                                               甘油分子中含有大量羟基，外加聚吡咯-多巴胺的光
            具有可调节的化学特性和较大的比表面积，这些独
                                                               热转换作用，使 POG 具有自容性、协同增强吸湿性，
            特性质使其具有作为基质的极大潜力，能够更好地
                                                               并实现太阳能驱动界面水分的释放。
            与添加材料进行组合，增加亲水性官能团的数目、
                                                               1.5.2  MOFs 基复合材料
            扩大材料的孔隙率与比表面积，形成吸湿能力更强、                                ZHANG 等   [54] 对具有不同官能团（HCOO 、
                                                                                                          –
            性能更优的复合材料。                                         CH 3 COO 、H 2 O/OH 和 PhCOO ）的 MOFs 中的金
                                                                       –
                                                                                           –
            1.5.1   聚合物类凝胶                                     属团簇 Zr 进行修饰，如 BUT-46 MOFs 的 3 个末
                 吸湿盐潮解可导致盐颗粒聚集并抑制吸收，研                          端 HCOO 被 H 2 O/OH 取代制 得了 BUT-46W
                                                                        –
            究人员将盐加入到有机凝胶中缓解了这一问题，盐                             〔Zr 6O 8(TPHB) 1.5(OH) 3(H 2O) 6〕，并精确把握了该材料
            的吸湿溶解有效增加了凝胶的溶胀性，同时高孔隙                             在 24% RH 条件下的吸水步骤。XU 等            [30] 在 MIL101
            率的凝胶又限制了吸湿盐的泄漏。LI 等                 [50] 采用了一      中添加吸湿盐 LiCl 合成了 LiCl@MIL101(Cr)（图
            种交联柔性的水凝胶网络聚丙烯酰胺来保持吸湿盐                             2d），很好地利用 MOFs 的多孔性解决了盐的团聚和
            的固态形式，其交联网络中含有丰富的亲水性官能                             溶液渗漏问题。该材料综合了盐化学吸附、解离和
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