中圖分類號(hào):TQ341 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1009-265X(2025)07-0032-(
淡水是維持生命的重要資源。然而,隨著全球人口增長(zhǎng)、工業(yè)快速發(fā)展和氣候變化帶來的極端天氣影響,導(dǎo)致淡水的日益短缺[1]。面對(duì)這一挑戰(zhàn),科研人員正在積極探索新方法以獲取淡水資源。水源分布除了地表和地下,在大氣中也大量存在,并且大氣中的水資源尚未得到開發(fā),這為解決淡水資源危機(jī)提供可能,也為全球水資源的可持續(xù)發(fā)展開辟新道路[2-3]。大氣集水技術(shù),利用吸濕性材料高效捕獲空氣中的水汽,隨后經(jīng)加熱等方式將吸附的水分釋放,釋放的水汽經(jīng)過遇冷液化后,形成可直接使用的潔凈水[4-5]。這種集水技術(shù)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)可持續(xù)獲取水源,而且具有低能耗、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)[6]
為了提高大氣中水汽的吸附能力,通常選擇硅膠、活性炭和沸石等高吸濕材料。然而,這些材料因熱穩(wěn)定性差、吸附能力有限、再生溫度高等問題,難以廣泛應(yīng)用[8]。金屬有機(jī)框架(Metal OrganicFramework,MOF)憑借其高比表面積、高孔隙率、低密度和熱穩(wěn)定性強(qiáng)等特點(diǎn),可以彌補(bǔ)上述吸附材料的不足[9]。但MOF材料在吸附過程中也存在因缺少合適的載體導(dǎo)致粉末團(tuán)聚以及解吸時(shí)間較長(zhǎng)等問題,嚴(yán)重制約MOF在大氣集水應(yīng)用中的發(fā)展[10]研究者們通過化學(xué)接枝技術(shù)在MOF材料中引入額外的孔隙,以增強(qiáng)MOF的吸濕性能[1]。Hanikel等[12]通過使用親水性的有機(jī)配體1H-吡唑-3,5-二羧酸( H2PZDC )合成MOF-303,并在原有機(jī)配體上( H2PZDC )上引入乙烯基以增大MOF-303的空隙,最終制備得到新型集水材料。該研究結(jié)果表明,與MOF-303( )相比,新型集水材料的集水能力提高約 50%(0.64g/g) 。為解決MOF 粉末易于團(tuán)聚的問題,研究人員通過涂敷、制板或負(fù)載等手段,提高M(jìn)OF粉末在實(shí)際應(yīng)用中的穩(wěn)定性和操作性[13]。 Kim 等[14]采用多孔銅泡沫作為基底,附著活化的MOF-801,成功地開發(fā)一種新型的集水裝置。該裝置在 20% 的相對(duì)濕度下能夠收獲高達(dá) 2.8kg/kg 的水分,解吸時(shí)間為 100min 。然而,多孔銅泡沫仍存在缺乏柔韌性、易氧化、易脆性等缺點(diǎn),并且該材料完成水分吸附后的解吸時(shí)間較長(zhǎng)。因載體研究的不足,導(dǎo)致MOF粉末易團(tuán)聚且成型困難,已經(jīng)成為制約其發(fā)展的主要因素,
鑒于大氣集水材料在緩解淡水資源短缺方面的重要作用,以及MOF材料和非織造纖維材料在該領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。因此,為了解決MOF材料在大氣集水中存在的易團(tuán)聚以及解吸時(shí)間長(zhǎng)等問題,本文首先在MOF-303結(jié)構(gòu)中嵌入LiCl,其次,選用與傳統(tǒng)織物相似、具備更高的孔隙率、吸濕透氣性以及光熱解吸性能的粘膠水刺非織造材料作為MOF粉末的載體。最后,利用聚多巴胺(PDA)的粘附特性,在LiCl@MOF與粘膠非織造材料之間建立牢固粘合,開發(fā)出新型LiCl @ MOF基非織造材料,可為規(guī)?;苽銶OF基纖維集水材料提供一種新的途徑。
1實(shí)驗(yàn)
1. 1 試劑與儀器
試劑:3,5-吡唑二羧酸一水合物( 98% ,北京伊諾凱科技有限公司);六水合氯化鋁( AlCl3?6H2O 分析純,北京伊諾凱科技有限公司);氫氧化鈉(NaOH,分析純,上海泰坦科技股份有限公司);氯化鋰,(LiCl,國(guó)藥控股化學(xué)試劑有限公司);黑色粘膠水刺非織造材料(蕪湖宇派護(hù)理用品科技有限公司);三(羥甲基)氨基甲烷和鹽酸(優(yōu)級(jí)純,國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);多巴胺( 98% ,北京伊諾凱科技有限公司);去離子水(使用CM-RO-C2系統(tǒng)自制)。
儀器:FA2004型電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司);DF-101S型集熱式攪拌器(江蘇科析儀器有限公司);TG16-WS型高速臺(tái)式離心機(jī)(湖南湘儀實(shí)驗(yàn)室儀器開發(fā)有限公司);DZG-6050D型真空干燥箱(上海森信實(shí)驗(yàn)儀器有限公司);HWS-80L型恒溫恒濕培養(yǎng)箱(紹興市華脈儀器制造有限責(zé)任公司);SU8100型冷場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(日本株式會(huì)社日立高新技術(shù)公司);D2PHASER型X射線衍射儀(德國(guó)布魯克AXS有限公司);DSA25S型光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x(克呂士科學(xué)儀器有限公司);CFP-1100A型氣體滲透法孔徑分析儀(美國(guó)PMI公司);YG461E-Ⅲ型全自動(dòng)數(shù)字織物透氣儀(寧波紡織儀器廠);WDW-1型電子萬能試驗(yàn)機(jī)(濟(jì)南恒思盛大儀器有限公司)。
1.2 LiCI@MOF基非織造材料的制備
1. 2. 1 MOF-303的制備
將質(zhì)量比為 1:2 的 ΔNaOH 和 AlCl3?6H2O 各自溶解在 50mL 去離子水中,隨后向 ΔNaOH 溶液中加入 1.74g3,5 -吡唑二羧酸制備混合液,接著將AlCl3?6H2O 溶液勻速滴加至NaOH和3,5-吡唑二羧酸的混合液中,持續(xù)加熱并攪拌 2.5h 后,對(duì)沉淀物進(jìn)行離心,洗滌和烘干后得到MOF-303。
1. 2.2 緩沖液的制備
將 6.06g 三(羥甲基)氨基甲烷與 147mL,0.1mol 鹽酸置于容量瓶中,加去離子水定容 1000mL ,得到緩沖液。
1.2.3LiCI@MOF基非織造材料的制備
取 2.0g 的LiCl溶解于 10mL 去離子水中,再將 0.1gMOF-303 粉末分散到溶液中攪拌均勻,得到 LiCl@MOF 的均相懸浮液,并進(jìn)行離心、洗滌和烘干備用。將 LiCl@MOF 分散于 10mL 緩沖液中,再加入多巴胺,通過靜電噴涂使 LiCl@MOF 均勻與水刺粘膠纖維非織造材料緊密粘合,完成大氣集水LiCI@MOF基非織造材料的制備。
1.3 結(jié)構(gòu)表征
1.3.1形貌表征和晶體結(jié)構(gòu)表征
利用場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)對(duì)MOF-303、LiCl@MOF和 LiCl@MOF 基非織造材料的表面微觀形貌進(jìn)行細(xì)致觀察,并通過X射線能譜儀(EDS)中的元素進(jìn)行精確地定量分析。采用X射線衍射儀(XRD)對(duì)MOF-303和LiCI@MOF進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)測(cè)試,測(cè)試角度設(shè)定在 5° 至 50° 的范圍內(nèi)。
1.3.2 潤(rùn)濕性能測(cè)試
采用光學(xué)接觸角測(cè)量?jī)x評(píng)估LiCI@MOF基非織造材料的潤(rùn)濕性能。采用座滴法將體積為 2μL 的水滴施加于LiCI@MOF基非織造材料的表面。待水滴穩(wěn)定后,捕獲圖像,用ADVANCE軟件對(duì)捕獲的圖像進(jìn)行角度測(cè)量分析。
1.3.3 孔隙和透氣測(cè)試
采用氣體滲透法孔徑分析儀測(cè)定 LiCl@MOF 基非織造材料的孔隙率。選用全自動(dòng)數(shù)字織物透氣儀評(píng)估 LiCl@MOF 基非織造材料的透氣性能,試樣面積為 20cm2 ,噴嘴直徑 8mm ,壓降 100Pa ,將試樣放置于溫度 20% 、相對(duì)濕度為 65% 的條件下調(diào)濕處理 24h 后,進(jìn)行測(cè)試,以5次測(cè)量的平均值作為測(cè)試結(jié)果。
1.3.4 拉伸性測(cè)試
采用微機(jī)控制電子萬能試驗(yàn)機(jī),對(duì)LiCI @ MOF基非織造材料進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。試樣測(cè)試有效尺寸 20mm×150mm ,夾持距離為 100mm ,預(yù)加張力2N ,拉伸速度 100mm/min 。為評(píng)估濕態(tài)條件下的拉伸性能,樣品在測(cè)試前被預(yù)先用去離子水進(jìn)行潤(rùn)濕處理,而其他測(cè)試條件保持不變,以探究濕度對(duì)力學(xué)性能的影響。
1.3.5 吸附性能測(cè)試
采用恒溫恒濕試驗(yàn)箱來全面評(píng)估 LiCl@MOF 基非織造材料的大氣集水性能。實(shí)驗(yàn)開始前,將LiCI@MOF 基非織造材料在真空干燥箱中經(jīng)過 100°C 的真空干燥處理,去除樣品中的水分。實(shí)驗(yàn)開始后樣品被分別放置在 25°C 和 30%~95% 的相對(duì)濕度條件下進(jìn)行動(dòng)態(tài)水汽吸附測(cè)試和 90% 的相對(duì)濕度條件下進(jìn)行靜態(tài)水汽吸附測(cè)試,以模擬不同的大氣條件。在測(cè)試周期結(jié)束后,利用電子天平測(cè)量并記錄樣品在不同濕度水平及固定時(shí)間間隔后的重量變化,計(jì)算 LiCl@MOF 基非織造材料對(duì)大氣中水汽的吸附能力。
2 結(jié)果與分析
2.1 形貌和成分分析
圖1(a)—(b)分別為MOF-303和LiCl @ MOF的掃描電子顯微鏡(SEM)照片,可以看出MOF-303呈現(xiàn)出正方體形態(tài),表面具有明顯的紋理特征。而LiCI@MOF的邊緣呈現(xiàn)出模糊的輪廓,顆粒整體形狀呈現(xiàn)出不規(guī)則性,這表明經(jīng)LiCI的嵌入處理,改變了MOF-303的形貌。圖 1(c)-(d) 分別為粘膠非織造材料與 LiCl@MOF 基粘膠非織造材料的宏觀照片,可以看出,隨著 LiCl@MOF 的加入,顏色由黑色逐漸變成灰色,說明 LiCl@MOF 在粘膠非織造材料表面成功負(fù)載。圖1(e)為粘膠纖維的SEM照片,其表面光滑并伴有凹槽。而經(jīng)過LiCl @ MOF負(fù)載后,其表面呈現(xiàn)出均勻附著大量固體顆粒的狀態(tài)(見圖1(f)),再次證明了LiCl@MOF在粘膠纖維上的均勻負(fù)載。
圖 1(g) 為MOF-303、LiCl和LiCl@MOF的X射線衍射光譜分析(XRD)圖,MOF-303的譜圖在20為 9.2°,12.7° 和 17.9° 處出現(xiàn)明顯的特征峰,這些峰的位置與已報(bào)道的MOF-303晶體的(011)、(110)和(111)晶面完全吻合[15],這一結(jié)果不僅證實(shí)MOF-303的成功合成,還表明所制備的MOF-303具有良好的晶體相和結(jié)晶度。而LiCI的譜圖在20分別位于 30.1°,32.9° 及 34.9° 時(shí)出現(xiàn)顯著的特征峰,與已知的LiCl及其水合物數(shù)據(jù)高度吻合[16]。最后,在 LiCl@MOF 的譜圖表現(xiàn)出MOF-303和LiCl的共同特征衍射峰,進(jìn)一步證實(shí)LiCl成功嵌入MOF-303中。
圖1LiCI@MOF基非織造材料中各材料的形貌和XRD圖譜
Fig.1Morphologyand XRD spectra ofeach material inLiCl @ MOF-basednonwovenmateria
2.2 物理性能分析
圖2(a)為粘膠非織造材料與LiCl@MOF基非織造材料的接觸角測(cè)試圖,當(dāng)水滴分別滴落到粘膠非織造材料及 LiCl@MOF 基非織造材料表面時(shí),液滴經(jīng)過 25ms 后均在材料表面擴(kuò)散并被完全吸收,兩種材料展現(xiàn)出相似的液滴擴(kuò)散行為,表明粘膠非織造材料的潤(rùn)濕性能并沒有因?yàn)長(zhǎng)iCI@MOF的負(fù)載而受到影響。
圖2(b)為粘膠非織造材料與LiCl@MOF基非織造材料的在干/濕狀態(tài)下的力學(xué)性能。粘膠非織造材料在干/濕狀態(tài)下的拉伸應(yīng)力分別為 2.9MPa 和 1.8MPa ,其中濕狀態(tài)下的拉伸應(yīng)力低于干態(tài)下的拉伸應(yīng)力,其原因?yàn)檎衬z纖維因吸水而膨脹,導(dǎo)致纖維間的相互作用力減弱,進(jìn)而引起整體拉伸應(yīng)力的降低。LiCl@MOF基非織造材料在干/濕狀態(tài)下的拉伸應(yīng)力分別為 1.9MPa 和 1.5MPa ,略低于粘膠非織造材料的力學(xué)性能。在干態(tài)條件下拉伸應(yīng)力的降低可能是由于 LiCl@MOF 的加入,使得 LiCl@ MOF基非織造材料對(duì)大氣中水分吸收能力的提升,進(jìn)而引起纖維溶脹,并降低了纖維間的摩擦與糾纏,導(dǎo)致材料力學(xué)性能的下降。在濕態(tài)條件下拉伸應(yīng)力的降低,是因?yàn)長(zhǎng)iCI@MOF與粘膠纖維對(duì)水分的吸收共同削弱了纖維間的摩擦與糾纏,使得力學(xué)強(qiáng)度降低。在實(shí)際應(yīng)用中,集水材料本身不需要承受較大的應(yīng)力, LiCl@MOF 基非織造材料的力學(xué)性能可以滿足其在大氣集水領(lǐng)域中的應(yīng)用。
圖2(c)為粘膠非織造材料與 LiCl@MOF 基非織造材料的透氣量測(cè)試,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明粘膠非織造材料透氣量為 1168mm/s ,而 LiCl @ MOF基非織造材料的透氣量降低至 923mm/s ;圖2(d)為粘膠非織造材料與 LiCl@MOF 基粘膠非織造材料的孔徑分布圖,其結(jié)果表明粘膠非織造材料的平均孔徑為88μm ,而 LiCl@MOF 基粘膠非織造材料的平均孔徑降低至 81μm 。這是由于 LiCl@MOF 納米顆粒在粘膠纖維材料表面的附著,填充了原有纖維間的孔隙,導(dǎo)致透氣量和平均孔徑均有所下降。綜上所述,LiCI@MOF基非織造材料仍具有優(yōu)異的透氣性,提高其對(duì)空氣水分的吸收能力。此外,由于粘膠非織造材料天然的內(nèi)相連多孔結(jié)構(gòu),有利于加熱狀態(tài)下蒸汽的逃逸,提高水分解吸速度。
圖2摻雜LiCl@MOF前后黏膠非織造材料的物理性能表征
Fig.2Characterization of physical properties of viscose nonwoven materials before and after doping with LiCl@MOF
2.3 動(dòng)/靜態(tài)吸附性能測(cè)試
動(dòng)態(tài)水汽吸附性能是評(píng)估材料在變化的濕度條件下吸附水分能力的關(guān)鍵指標(biāo)。圖3(a)為 LiCl@MOF 基非織造材料的動(dòng)態(tài)水汽吸附性能測(cè)試,并且相對(duì)濕度以每小時(shí) 5% 的速度從 30% 逐漸增加到 95% 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在相對(duì)濕度為 30% 時(shí), LiCl@MOF 基非織造材料的水汽吸附量為 0.30g/g ,略大于吸附量為 0.24g/g 的 LiCl@MOF 粉末和 0.06g/g 的粘膠非織造材料。隨著相對(duì)濕度的增加, LiCl@ MOF粉末和粘膠非織造材料的水汽吸附量表現(xiàn)出微弱的增長(zhǎng),而 LiCl@MOF 基非織造材料呈現(xiàn)指數(shù)式上升趨勢(shì)的吸附等溫線,并在相對(duì)濕度為 95% 時(shí),吸附性能達(dá)到 5.06g/g ,,顯著超過吸附量為 0.56g/g 的LiCl@MOF 和 0.29g/g 的粘膠非織造材料。產(chǎn)生這一結(jié)果的原因,可歸結(jié)于 LiCl@MOF 中MOF-303結(jié)構(gòu)內(nèi)的親水基團(tuán)以及LiCl本身均具有吸水特性,這兩者共同提高LiCl@MOF對(duì)水汽的吸附能力。同時(shí),粘膠纖維中的纖維素也提供額外的吸附位點(diǎn),由這三者協(xié)同大幅提高了LiCI@MOF基非織造材料的水汽吸附性能。
靜態(tài)水汽吸附性能是衡量材料在恒定濕度條件下吸附水分能力的重要指標(biāo),圖3(b)為 LiCl@MOF 基非織造材料在 90% 的相對(duì)濕度條件進(jìn)行靜態(tài)水汽吸附性能測(cè)試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, LiCl@MOF 基非織造材料在靜態(tài)條件下經(jīng)過 10h 的吸附,其對(duì)水汽的吸附量從 0g/g 逐漸增加至 4.9g/g ,并且逐漸平衡。這一結(jié)果表明 LiCl@MOF 基非織造材料隨著時(shí)間的增加,其能夠充分地吸附水分達(dá)到飽和。在水汽吸附的初始階段, LiCl@MOF 基非織造材料表現(xiàn)出較快的吸附速率,這是由于 LiCl@MOF 基非織造材料有大量的吸附位點(diǎn)。隨著吸附過程的進(jìn)行,未被占據(jù)的吸附位點(diǎn)逐漸減少,導(dǎo)致吸附速率下降最終,當(dāng)多數(shù)吸附位點(diǎn)被水分子占據(jù)后,LiCl@MOF基非織造材料的吸附速率趨于穩(wěn)定達(dá)到吸附平衡。
圖3LiCl@MOF基非織造材料在動(dòng)/靜態(tài)下水汽的吸附
Fig.3Water vapor adsorption of LiCl @ MOF-based nonwoven materials under dynamic and static conditions
2.4 吸附-脫附性能測(cè)試
脫附過程在大氣集水材料的循環(huán)使用中扮演著至關(guān)重要的角色,它影響著材料釋放所吸附水分的速度,從而決定材料2次吸附之間的周期頻率。因此,高效的水汽脫附性能是實(shí)現(xiàn)連續(xù)大氣集水的關(guān)鍵。圖4(a)為 LiCl@MOF 基非織造材料的吸附-解吸性能測(cè)試。LiCl@MOF基非織造材料在一個(gè)太陽光照射下( 1000W/m2 ),其表面溫度經(jīng)歷了2個(gè)明顯的升溫階段。在初始階段,材料表面溫度在 5min 內(nèi)從初始 25°C 迅速升高至 54.8°C 。這一快速的溫度上升體現(xiàn)了 LiCl@MOF 基非織造材料具有高效的光熱轉(zhuǎn)換效率。在此階段, LiCl@MOF 基非織造材料的含水量顯著降低,從 4.60g/g 減少至 3.08g/g ,這表明大部分吸附的水分被迅速蒸發(fā)。隨后,升溫進(jìn)入第二階段,在接下來的 10min 內(nèi),溫度進(jìn)一步上升至 82.7°C ,含水量下降至 0g/g 。這一結(jié)果說明在太陽光照射下, LiCl@MOF 基非織造材料能夠?qū)崿F(xiàn)快速、徹底的解吸,并且這種解吸效果有助于 LiCl(ω MOF基非織造材料在實(shí)際應(yīng)用中的循環(huán)使用。
圖4(b)為 LiCl@MOF 基非織造材料循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試。在靜態(tài)條件下, LiCl@MOF 基非織造材料的吸水能力經(jīng)過多次循環(huán)測(cè)試后,依然保持其初始的水分吸附性能(約 4.9g/g ),表明該材料在連續(xù)吸附過程中的可靠性及長(zhǎng)期操作中的穩(wěn)定性
圖4LiCI@MOF基非織造材料的吸附-解吸性能和循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試
Fig.4Adsorption-desorption performance and cycling stability tests of LiCl@MOF-based nonwoven materials
3結(jié)論
本文以MOF-303、LiCI、聚多巴胺和粘膠非織造材料為原料,通過靜電噴涂手段,將LiCI@MOF粉末均勻地涂覆在粘膠纖維表面,構(gòu)筑了LiCI @ MOF基非織造材料,并進(jìn)一步對(duì)材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征和性能測(cè)試。主要結(jié)論如下:
a)LiCl @ MOF基非織造材料具有優(yōu)異的親水性、高孔隙率以及良好的透氣性能,其纖維間的平均孔徑為 81μm ,透氣率為 923mm/s 。
b)在相對(duì)濕度從 30% 升高至 95% 的動(dòng)態(tài)條件下, LiCl@MOF 基非織造材料對(duì)水汽吸附能力從0.3g/g 升至 5.06g/g ,并且 LiCl@MOF 基非織造材料在吸附飽和后,能夠在一個(gè)太陽強(qiáng)度照射下,實(shí)現(xiàn)快速、徹底的解吸,其解吸時(shí)間為 20min 。另外,LiCl@MOF 基非織造材料經(jīng)過多次循環(huán)測(cè)試后,仍能保持 4.9g/g 的吸附穩(wěn)定性
C )LiCl@MOF 基非織造材料具有優(yōu)秀的大氣集水性能,可規(guī)?;苽涑蒑OF基集水材料
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Preparation of LiCl@MOF-based nonwoven materials and their properties of atmospheric water harvesting
ZHENG Yinxia, ZHAO Huiru,SHEN Xiao, LI Dawei,LIU Qingsheng,LI Haoxuan (School of Textile Science and Engineering,Jiangnan University,Wuxi ,China)
Abstract: In response to the serious chalenge of global water scarcity,researchers are dedicated to developing highlyefficient air water harvesting materials that possess thecapability to fficiently capture andrelease water molecules.Under this background,metal-organic frameworks(MOFs) have emergedas prominent candidates among various materials for air water harvesting due to their high specific surface area,high porosity,excellent adsorption properties,and low desorption temperature. However, MOF materials are mostly used in powder form, which presents issues such as easyagglomeration,diffculty in molding,and long desorption times.Given that viscose fiber nonwoven materials resemble traditional fabrics in appearanceand exhibit high flexibility,strength, hygroscopicity,air permeability,and porosity,they have become ideal cariers in the field of air water harvesting. Therefore, this study prepares a highly hygroscopic material, LiCl(a) MOF powder, using MOF-303 and lithium chloride (LiCl)as the base materials.By leveraging the adhesive properties of polydopamine (PDA),a bond is established between LiCl(ω) MOF and viscose fiber nonwoven materials to produce LiCl@ MOF-based nonwoven materials.
For the purpose of achieving multiple cycles in the adsorption-desorption process of LiCl @ MOF-based nonwoven materials,researchers used interfacial evaporation technologyand chose viscose fiber nonwoven materials with photothermal conversion properties as the carrier. This enabled LiCl(ω) MOF-based nonwoven materials to achieve efficient capture and release of water vapor. At night, the LiCl @ MOF-based nonwoven materials leveraged their high porosityand hydrophilicity to adsorb and immobilize water vapor fromthe environment;while atdaytime, the photothermal desorption function of the LiCl @ MOF-based nonwoven material was used to convert the absorbed sunlightinto thermal energy,accelerating the desorption and liquefaction of the water vapor adsorbed atnight.This composite material not only enhanced theadsorption performance for water vapor in the air but also provided flexibility and cuttability to the air water harvesting material.
With the view of comprehensively evaluating the performance of LiCl @ MOF-based nonwoven materials, tests were conducted on their morphology,crystal structure,composition,physical properties,and adsorption-desorption capabilities. The experimental results showed that LiCl@MOF was tightly adhered to the viscose fibers, and the crystal structure of MOF-303 was confirmed through XRD paterns.The physical property tests indicated that the wettability of the viscose fiber nonwoven material remained unchanged after being coupled with LiCl @ MOF powder, while its mechanical properties,air permeability,and average pore size ofthe fibers decreased.Under dynamic conditions where the relative humidity (RH) increased from 30% to 95% ,the water vapor adsorption capacity of the LiCl @ MOF-based nonwoven material ranged from 0.3 to 5.06g/g . Under static conditions at an RH of 90% , its water vapor adsorption capacity was 4.9g/g . Meanwhile, when exposed to one sun intensity of irradiation, the material' s temperature rapidly rose above 80°C , and desorption was completed within 2O minutes. After multiple adsorption-desorption cycles, itsadsorption performance was stabilized at 4.9g/g under static conditions, demonstrating its excellent cyclic stability.
Keywords:MOF;LiCl;fiber-based nonwoven materials; interfacial evaporation technology;air water harvesting