一种飞机舱吸附剂的制备方法及其应用

本发明属于吸附材料合成，具体涉及一种飞机舱吸附剂的制备方法及其应用。

背景技术：

1、飞机在长时间飞行过程中，因外界环境湿度的差异，导致飞机舱湿度降低的降低或者提高，明显影响飞机舒适性。过高或过低的湿度也会影响飞机舱的参数指标。在缺乏适当的控制措施(如通风和吸附剂)的情况下，湿气积聚会促进细菌、霉菌和其他真菌的生长，过高的湿度还会对飞机的结构疲劳和作战准备产生影响。美国采暖、制冷和空调工程师协会(ashrae)推荐的相对湿度范围为45-65rh％。飞机飞行过程中，环境中突然增加的湿度也会导致乘客干眼症疾病的发生。

2、值得关注的是，在密闭空间的情况，需要在有限或无法获得新鲜空气的情况下保持一定的湿度水平。专利cn110697054a公开了一种飞机座舱加湿系统结构，包括加湿器、水收集系统、第三管路系统等，该装置较为复杂，不利于装置飞机上的安装和维护。专利cn216332794u公开了一种飞机湿度控制装置，也存在装置制造工艺复杂，成本高昂的缺点。如能够在大气环境中使用适当的吸附剂，则可以大大降低集水设备的能源需求和空间限制。常规的吸附剂如沸石和硅胶，通常仅通过吸附水来控制湿度，这种湿度的减小是不可逆的，当湿度过小时，无法有效改善；然而，能够实现除湿和加湿双重功能的吸附剂，还有待探索。

3、最近，金属有机骨架(mof)已成功地用作吸附剂，用于从空气中收集和释放水(nature water,2023,1,418–419；nature nanotechnology,2020,15,348–355)；金属有机骨架(mof)，是一种二维或三维多孔晶体材料，具有高度有序的多孔结构，均匀的孔径分布和活性位点，使其被广泛应用于气体存储与吸附、化学传感和催化等领域。abdulhalim等人报道了一种金属有机骨架y-shp-mof-5用于室内加湿和除湿(j.am.chem.soc.2017,139,31,10715–10722)，但该材料在低湿度下吸水效果差，难以达到精准控制湿度的效果。

技术实现思路

1、针对现有封闭空间湿度调节存在的问题，在空气湿度较低时湿度下降困难，本发明提出了一种飞机舱吸附剂的制备方法及其应用，制备mof-303用于调节飞机舱的湿度。

2、所述飞机舱吸附剂为mof-303，结构是以铝为中心原子，3,5-吡唑二甲酸为有机配体连接的一种mof材料；该材料的比表面积达到1100m2，该材料的表面具有多孔结构，同时存在大晶体与小颗粒，且大晶体的直径在2.5～3.5μm，小颗粒的直径在0.15～0.25μm；在常温环境中，湿度低于30rh％时，该飞机舱吸附剂的集水量达到0.425g/g，且随着湿度增加，集水量无明显下降；所述飞机舱吸附剂在450℃以内具有热稳定性。

3、所述的飞机舱吸附剂的制备方法，具体步骤如下：

4、步骤一，在去离子水中加入3,5-吡唑二甲酸、碱和固体铝盐，搅拌至完全溶解，得到混合溶液。

5、所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂和氨水中的一种或者几种；优选的碱为氢氧化钠。

6、所述的铝盐为六水合氯化铝、十八水合硫酸铝、十二水合硫酸铝钾中的一种或者几种；优选的铝盐为六水合氯化铝。

7、所述铝盐、3,5-吡唑二甲酸和碱的质量比为3:2:(1-1.5)。

8、步骤二，将上述混合溶液在60～120℃温度下反应12～48h，停止反应后自然冷却至室温得到沉淀物。

9、反应温度优选为100℃。

10、反应时间优选为24h。

11、步骤三，将反应后的产物洗涤过滤并真空干燥，得到的即为固体mof-303。

12、分别用n,n-二甲基甲酰胺和甲醇洗涤过滤两次，首先使用n,n-二甲基甲酰胺洗涤去除反应后产生的杂质；然后使用甲醇洗涤，将残余的n,n-二甲基甲酰胺置换去除，且有利于后续真空干燥。

13、真空干燥的温度为120℃。真空干燥的真空压力为-0.1mpa。

14、上述制备方法mof-303的产率以及配体转化率达到70％和80％以上。

15、将飞机舱吸附剂mof-303应用于飞机舱的湿度调节的具体过程为：

16、在飞机舱的密闭空间中，当环境湿度过高时，该飞机舱吸附剂对空气中的水分进行收集，直至环境湿度降至人体适宜的湿度；若需要在低湿度环境中继续使湿度下降，该飞机舱吸附剂的吸附能力能够保持稳定，直至达到要求；当飞机舱中湿度过低时，通过对该吸附剂进行加热，使其脱附水分子，达到升高环境湿度的目的；上述集水和脱水的过程循环进行，达到控制飞机舱环境湿度的目的。

17、所述飞机舱吸附剂还能够用于航天飞机、机舱和飞机制造工厂等密闭空间的湿度控制。

18、本发明的优点与积极效果在于：

19、1、本发明提供的mof-303的制备方法，制备工艺简单，成本低廉，产率高；

20、2、本发明所制备的mof-303尺寸均一，稳定性好，有更好的吸-解水的效果，可以作为高效的吸附剂用于飞机舱的湿度控制材料。

21、3、本发明所制备的mof-303能够减轻当前部署的技术在设计容量、能源效率和总成本方面带来的各种现有负担铺平道路。该材料将作为密闭空间(航天飞机、机舱和飞机制造工厂)湿度控制的潜在吸附剂。

1.一种飞机舱吸附剂，其特征在于，为mof-303，结构是以铝为中心原子，3,5-吡唑二甲酸为有机配体连接的一种mof材料；该材料的比表面积达到1100m2，材料表面具有多孔结构，同时存在大晶体与小颗粒，且大晶体的直径在2.5～3.5μm，小颗粒的直径在0.15～0.25μm；在常温环境中，湿度低于30rh％时，该飞机舱吸附剂的集水量达到0.425g/g，且随着湿度增加，集水量无明显下降。

2.一种飞机舱吸附剂，其特征在于，所述飞机舱吸附剂在450℃以内具有热稳定性。

3.一种飞机舱吸附剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述碱为氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、氢氧化锂和氨水中的一种或两种及以上。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述碱优选为氢氧化钠。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的铝盐为六水合氯化铝、十八水合硫酸铝和十二水合硫酸铝钾中的一种或两种及以上。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述铝盐优选为六水合氯化铝。

8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，固体mof-303的产率达到70％以上，配体转化率在80％以上。

9.一种飞机舱吸附剂的应用方法，其特征在于，调节飞机舱湿度的具体过程为：

10.根据权利要求9所述的飞机舱吸附剂的应用方法，其特征在于，还能够用于航天飞机、机舱和飞机制造工厂的密闭空间的湿度控制。