[发明专利]综合调控环境温湿度的复合吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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-hygroscopic material)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。

发明内容

鉴于上文所述，本发明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，本发明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，本发明采用如下技术方案：

本发明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。

本发明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，本发明步骤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，本发明步骤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，本发明步骤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，本发明步骤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，本发明步骤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，本发明步骤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℃。