本發(fā)明主張2014年10月17日提交的申請?zhí)枮镹o.62/122,327的美國專利申請的優(yōu)先權(quán)，該申請的內(nèi)容以引用方式并入本文。

背景技術(shù)：

水短缺對全球的食物、木材和薪材生產(chǎn)，以及陸生植物的碳吸收具有不利的影響。隨著全球氣候變化干擾世界降水格局，這一形勢預計會惡化。因此，水資源的不足和短缺成為了一個全球主要關(guān)注的優(yōu)先問題。然而，如果存在于空氣中的水蒸汽能夠被有效地和低成本地獲取，其可以作為潔凈飲用水的一種充裕來源。

霧在世界上的很多沿海、高海拔和森林覆蓋地區(qū)中普遍存在，并因此成為淡水的一種重要來源。例如，在南美的太平洋沿岸、北非的大西洋沿岸和位于南非的好望角沿岸，水被從霧中獲取。簡單的格狀網(wǎng)被用來從霧中收集凝結(jié)水，基于不同的網(wǎng)的材料和設計、位置以及主要的環(huán)境條件，統(tǒng)計到收集的水量達每天5-20L/m²。這項技術(shù)是低成本的，因其很少需要保養(yǎng)或無需保養(yǎng)。

濕氣收集和液滴流動也可以通過受自然啟發(fā)的生物材料實現(xiàn)，它們模仿生活在干旱和半干旱地區(qū)的植物、動物和昆蟲收集水分的機理，適于水短缺的情況。例如，蜘蛛網(wǎng)具有獨特的能夠收集水分和將水積聚成液滴的能力，并且能夠防止風和熱導致的損失。這被推斷是由于沿著蜘蛛絲線方向親水和疏水區(qū)域的存在。

除了從霧或空氣中獲取水以外，另一種水的來源是可通過使用空調(diào)或空氣除濕系統(tǒng)去除的空氣中存在的作為濕氣的水分。

濕度在人類熱舒適的感覺上扮演關(guān)鍵角色。在抑制室內(nèi)微生物生長，例如發(fā)霉、霉變和腐爛(它們會損害建筑結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生有害的諸如孢子等生物氣溶膠以及毒性微生物排放物，進而能夠引發(fā)哮喘、過敏癥、導致呼吸困難甚至在嚴重情況下中毒性休克和死亡)上，控制濕度水平也是重要的。由于水具有比空氣高的潛熱和顯熱，用于空間空調(diào)的電力有超過三分之一被浪費在冷卻水分上。事實上，在25℃固定溫度下將1kg空氣從75％的相對濕度的濕度水平降低至令人舒適的60％的相對濕度水平所需要的能量是將1kg干空氣冷卻1℃所需能量的9倍。因此，如果在冷卻前將水分從空氣中去除，可以實現(xiàn)節(jié)省巨大的能耗并伴隨溫室氣體排放的減少。然而，現(xiàn)有的制冷循環(huán)和吸附式除濕技術(shù)仍存在著能耗過大的問題。因此，設計用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料、方法和系統(tǒng)具有顯著的持續(xù)性需求。

發(fā)明綜述

本發(fā)明綜述將介紹一組在下文

技術(shù)實現(xiàn)要素：
中會進一步具體說明的概念。本發(fā)明綜述的目的不是確定要求保護的主題的關(guān)鍵或必要的技術(shù)特征，本發(fā)明綜述的目的也不是被用作限制要求保護的主題的保護范圍。

在一個方面，本發(fā)明所公開的實施例涉及一種用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料，其包括一種含有微孔的親水材料和被包覆在親水材料的微孔內(nèi)的低水活度材料。

在另一方面，本發(fā)明的實施例涉及一種用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的方法，其包括提供一種用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料，并利用所述材料收集水。

在又一方面，本發(fā)明所公開的實施例涉及一種裝置，其包括一種用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料和用于從該材料收集水的至少一個容器或排水系統(tǒng)。

所述要求保護的主題的其它方面和優(yōu)點將在下文說明和附加的權(quán)利要求中闡述。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的高放大率的透射電子顯微鏡(TEM)圖像。

圖2描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的包覆機理的示意圖。

圖3和圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的用于獲取水的機理的示意圖。

圖5描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的高放大率TEM圖像。

圖6描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的技術(shù)的一種作為防潮層的概念性使用。

圖7描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的技術(shù)的一種用作空氣除濕的概念性使用。

圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的使用不同的水獲取裝置的水收集效率的對比。

圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的TEM圖像。

圖10描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的能量色散X射線(EDX)光譜。

圖11至13示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的被包覆的低水活度材料的高放大率TEM圖像。

圖14描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的拉曼光譜。

圖15至22示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的被包覆的低水活度材料的高放大率TEM圖像。

圖23描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的一種被包覆的低水活度材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

圖24至25示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的從空氣中被動去除濕氣的速率。

圖26描繪了根據(jù)本發(fā)明的實施例的收集的水量。

圖27示出了關(guān)于樣品毒性的實驗數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容

通常地，本發(fā)明所公開的實施例涉及用于去除濕氣和/或富集水的材料及其制備方法。更具體地，本發(fā)明所公開的實施例涉及用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料，其包括被包覆在親水材料的細小孔(例如微孔)中的低水活度(LWA)材料。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在親水材料的細小孔內(nèi)包覆LWA材料可以通過促進蒸氣凝結(jié)、液滴形成和水流動對去除濕氣和/或富集水起到協(xié)同作用。因此，這種材料可以被用于室內(nèi)空氣除濕和室外水富集，或其它從空氣中收集水的應用。

本發(fā)明的用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料包含一種可以被包覆在親水材料的微孔內(nèi)的低水活度材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，LWA材料在親水材料中的摻雜量在0.1wt％至80wt％之間。

現(xiàn)參考圖1，圖1示出了本發(fā)明所公開的一種實施例。如圖所示，本發(fā)明的材料100包括包覆在納米管110內(nèi)的低水活度材料120。若干種方法可以被使用以在親水材料的細小微孔內(nèi)包覆低水活度材料。例如，這些方法可以包括，但其并不限于，液相沉積，氣相沉積，固相反應，浸漬，離子交換，共價鍵結(jié)合，靜電固載，溶膠-凝膠法，反應沉積和摻雜?，F(xiàn)在參考圖2，圖2示出了兩種可行的包覆機理，即低水活度材料120在納米管110或其他親水材料的孔的內(nèi)壁上共價鍵集合130和靜電固載140。

現(xiàn)在參考圖3，圖3例示了在納米包覆的情況下使用本發(fā)明的材料100去除濕氣和/或富集水的機理，這將在下文具體說明。材料100可包含從空氣中吸收濕氣150的低水活度材料120，誘導微凝結(jié)過程160。在水滲入小孔并吸附在被包覆的低水活度材料上之前，形成的液態(tài)水會迅速地被親水材料帶走。在不同實施例中，去除濕氣和/或富集水發(fā)生在高于露點溫度的溫度下。在一個或多個實施例中，從空氣處于飽和水蒸氣的條件下，用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料有至少每小時5kg/kg的水收集能力。

如在此處定義的，水活度，a_w，被定義為物質(zhì)中的水蒸氣分壓與標準狀態(tài)下的水蒸氣分壓的比值。低水活度材料是一種具有低于環(huán)境蒸氣壓的a_w的材料，因此該材料可以從空氣中吸附水分。正如在此處定義的，低水活度材料是對水具有高親和性的材料，但其并非相變材料。根據(jù)本發(fā)明的實施例，低水活度(LWA)材料可以包括以下按傳統(tǒng)方法劃分的材料：1)可以被用于水吸附或吸收的一種干燥劑或多種干燥劑的混合物；或2)吸濕材料，但也可以包括其他可以被按此劃分的材料；3)水活度(a_w)小于0.6的材料。如在此處定義的，a_w＜0.6的材料能夠從相對濕度高于60％的空氣(例如，a_w＞0.6的空氣)中去除水分。a_w＜0.6的低水活度材料在此處被定義為可以展現(xiàn)高親水性的材料，特別是在細小親水孔中。這種材料因其水活度值被認為是低水活度材料而非被傳統(tǒng)地劃分為干燥劑或吸濕材料，這種材料可包括但并不限于例如含二氧化鈦的材料如有序介孔二氧化鈦和二氧化鈦氣凝膠。

在不同的實施例中，低水活度干燥材料可以選自于，但不限于，硫酸銅(II)，氯化鈷(II)，碳酸鉀，硫酸鎂，硅膠，氣凝膠，氯化鈣和蔗糖。在一個或多個實施例中，用作低水活度材料的吸濕材料可以選自金屬無機鹽(例如硝酸銀，氯化銀，氯化金，硝酸銅，硝酸鉑，硝酸鈀，硝酸鉛，硝酸鈷，氯化鋅，硝酸鋅，硫酸鋅)和金屬氧化物(如氧化銀，氧化金，氧化鉑，氧化鈀，氧化鉛，氧化銅，氧化鈷，氧化鋅，氧化釩)。在一個或多個實施例中，a_w＜0.6的低水活度材料可以選自氯化鈉，硫酸鈉和氯化鋰。然而，其它干燥劑、吸濕材料、低水活度材料或其混合物也是可以預期的。

如前文所述，低水活度材料可以被包覆在親水材料中。此處定義的親水材料是由其表面上的水滴的幾何形狀，特別是由接觸角或液滴邊緣和下方表面之間的角度所確定。如果水展開，其因此具有小于90°的接觸角，則該表面被認為是親水的。在不同實施例中，親水材料可以是超親水性的材料。如在此處定義的，當水滴具有小于10°的接觸角，則表面可以被認為是超親水性的。同樣地，超潤濕材料可以定義為具有接觸角小于5°的材料。

在本發(fā)明中示出的適于實用的親水材料是可以在多種表面上形成膜涂層或者可以聚集以形成可涂布粉末的材料。在不同實施例中，親水材料可以選自無機氧化物，該無機氧化物可以包括但并不限于二氧化硅，二氧化鋯，氧化鋅，沸石和氧化鈦。在一個或多個實施例中，親水材料可以是光活性材料，該光活性材料可以包括但并不限于二氧化鈦，摻雜型二氧化鈦，鈦酸銀和氧化鋅。在這種實施例中，光活性材料可以表現(xiàn)出其排斥空氣中普遍存在的有機污染物的自清潔性質(zhì)。在另一個實施例中，親水材料可以是陶瓷材料，該陶瓷材料可以包括但并不限于碳化鎢，碳化硅，碳化鈦，二氧化鋯和氮化硼。在一個或多個實施例中，親水材料可以是包括多于一種材料的復合材料。這種復合材料可以選自金屬氧化物/金屬，金屬氧化物/陶瓷材料，金屬氧化物/聚合物，聚合物/金屬，聚合物/陶瓷或聚合物/聚合物。還可以預期的是，親水材料可以是聚合物，其可以包括但并不限于無機聚合物(例如聚硅氧烷，聚磷腈)，有機聚合物(例如聚丙烯，聚苯乙烯，尼龍)和等離子體處理的聚合物(例如聚苯乙烯，聚六氟丙烯，聚六亞甲基二硅氧烷)。

如前文所述，超親水性的材料也可以用作親水材料。在這種實施例中，超親水材料可以包括但并不限于二氧化鈦納米管(如圖5所示)，二氧化鈦，摻雜型二氧化鈦，摻雜型二氧化鈦膜和氧化鋅。

在一個或多個實施例中，親水材料可以具有長度直徑(L/D)比大于2的細長孔。在另一實施例中，長度直徑比可以大于10。L/D比可以確定用于富集水的系統(tǒng)的有效壽命。例如，L/D比越大，越多的LWA材料可以被保護在微孔內(nèi)部深處以避免水吸附，從而保持更長的有效壽命。在二氧化鈦和二氧化鈦納米管(如在圖5示出的)的情況下，其表面是超親水的。用光照射可以將這些表面變成超潤濕表面，便于自清潔。這兩種材料也是半導體，照射可以產(chǎn)生電子和空穴，能夠與表面上存在的(源自環(huán)境空氣的)有機污染物起反應并使其氧化，從而防止有機污染物改變表面的親水性質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的實施例，親水材料本身的形狀可有助于誘導微凝結(jié)，液滴形成和排水。在這種的實施例中，可以選擇親水材料的形狀，以最大可能實現(xiàn)空氣的水在外表面的冷凝。例如，在不同實施例中，親水材料可以用作粉末，丸粒，表面涂層或膜。還可以預期的是，顆粒材料的形狀可以是管狀，例如納米管。在這樣的實施例中，納米管的尺寸可決定水去除的步驟。例如，在管狀二氧化鈦(如圖4所示)的例子中，被包覆LWA材料420吸引的濕氣410先吸附再冷凝在管狀二氧化鈦400的外表面上。如圖4所示，二氧化鈦管400的細長尖端允許在單個點處通過水滴430的形成收集水，水滴430可以通過重力排出。在這種實施例中，顆粒材料的形狀可以允許最大的外表面，并且可以將水引流至單一點，以有利于水滴的形成。

本發(fā)明所公開的一個實施例包括一種用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的方法。在這樣一個說明性的實施例中，所述方法包括使用一種用于去除濕氣和/或富集水的材料涂覆網(wǎng)，并從所述材料中收集水，所述材料包括含有微孔的親水材料和包覆在親水材料的微孔內(nèi)的低水活度材料。

本發(fā)明所公開的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以用在裝置內(nèi)，所述裝置包括涂覆有用于去除濕氣和富集水的材料的網(wǎng)，并且至少包括一個用作從所述用于去除濕氣和富集水的材料收集水的容器或排水裝置。在不同實施例中，所述裝置可用于從空氣中去除多余的水分。在這種實施例中，所述裝置可以是除濕器、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、空氣冷卻系統(tǒng)、或基于壓縮機-制冷循環(huán)的用于工業(yè)、商業(yè)和家用的空氣加熱單元。還可以預期的是，所述裝置是獨立的除濕器或可以被改進的以包含本發(fā)明的材料以提升能效的加濕器。在這種實施例中，用于去除濕氣和富集水的材料可以參照如圖6所示的窗口620的防潮層的例子被涂覆在網(wǎng)610上。在又一實施例中，本發(fā)明所公開的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以被放置在包括壓縮機730的除濕器700內(nèi)部的基底710上。濕空氣750首先通過空氣過濾器760，然后通過被涂覆的基底710。風扇740推動干燥的空氣通過空氣過濾器760、基底710并流出至770，同時形成的液態(tài)水被收集在水箱720中。這種實施例可以降低能耗。在又一實施例中，所述裝置可以是受控的水分儲存器和烘箱、常規(guī)和非常規(guī)干燥器、對流氣流干燥器、干燥器單元或被指定的用于從固體或液體中提取多余水分的類似裝置。在所有上述實施例中，用于去除濕氣和/或富集水的材料可以用作粉末、丸粒，或者可以被涂覆在網(wǎng)或其它部件上以改善或增強從空氣、氣體、固體或液體中去除水分。

也可以預期的是，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以被用于增強在工業(yè)、商業(yè)和家用情況中使用的固體和液體干燥劑的性能或再生。在一個或多個實施例中，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以用于食品相關(guān)的加工或生產(chǎn)裝置或工藝中，以控制裝置或產(chǎn)品中的水分含量。在又一實施例中，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料以冷卻發(fā)動機或機艙(即，干燥劑冷卻)的目的可被用在包括汽車、飛行器和船舶的運輸工具中。在一個或多個實施例中，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以被用作工業(yè)、商業(yè)和家用情況中的防潮層以從進入給定空間的空氣或氣體中去除水分。還可以預期的是，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以被用于富集水，以從周圍環(huán)境的空氣中獲取濕氣，并隨后將其轉(zhuǎn)化為液態(tài)水。在這種實施例中，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以被用在具有不同的設計的裝置中?，F(xiàn)在參考圖8，圖8示出了來自不同設計的裝置的水收集的對比，例如倒金字塔型、艾菲爾型或六邊形型。

本發(fā)明的LWA材料的性質(zhì)通過使用如下所述的分析技術(shù)被確定。

微區(qū)拉曼光譜

使用配備有雙激光源(Ar，514.5nm，20mW和He-Ne，632.8nm，20mW)的Renishaw RM系列拉曼顯微鏡(RM3000)分析LWA材料的相結(jié)構(gòu)和結(jié)晶度，其陷波濾波器可達100cm^-1。

透射電子顯微鏡(TEM)

使用配備有能量色散X射線(EDX)檢測器的高分辨率透射電子顯微鏡(JEOL JEM-2010F，格點分辨率＝0.102nm，場發(fā)射電子槍，加速電壓為200kV和束電流為100pA.cm^-2)測量本發(fā)明所述制備的LWA材料的形貌和尺寸。

掃描電子顯微鏡(SEM)

使用掃描電子顯微鏡(配備有能量色散X射線(EDX)檢測器的JEOL JSM-6300F和JSM-6390)測量LWA材料的形貌和尺寸。

提供以下實施例以說明用于從空氣去除濕氣和/或富集水的材料的制備和性質(zhì)，并且除非在所附權(quán)利要求中另有明確說明，這不應被解釋為限制本發(fā)明的范圍。

具體實施方式

LWA干燥劑材料

低水活度干燥劑(LWA)材料被包覆在超親水性TiO₂的細小孔內(nèi)。這些材料被摻入已知的干燥劑材料，例如硫酸銅(II)、氯化鈷(II)、氣凝膠、蔗糖等。

用于制備LWA材料的微波處理方法利用高頻電磁輻射(2.45×10⁹Hz)與TiO₂和NaOH溶液相互作用，快速加熱有高介電常數(shù)響應的混合物，也即是快速加熱到目標溫度和極快結(jié)晶速率可通過試劑混合物的局部過熱在微波輻射中實現(xiàn)。將TiO₂和NaOH堿性懸浮液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯襯里的高壓反應釜中，使用微波(Milestone ETHOS 1)進行微波處理。將體積為40mL的TiO₂懸浮液置于總?cè)萘繛榧s90mL的聚四氟乙烯容器中，通過微波處理可控制合適的溫度和壓力等重要參數(shù)，以生產(chǎn)鈦-納米片。

實施例1

使用TiO₂、NaOH和硫酸銅(II)干燥劑制備包覆了硫酸銅干燥劑的超親水性二氧化鈦。例如，將0.05g銳鈦礦TiO₂與8.55g 10M NaOH溶液混合，隨后攪拌至少兩小時或三小時，形成均相混合物。然后，將懸浮液在微波輻射(MW)下在180℃下消解30分鐘。將消解的懸浮液離心并用10mM銅的水溶液(硫酸銅(II))洗滌，直到洗滌溶液的pH值達到6-7。在65℃下干燥過夜后，獲得摻入硫酸銅干燥劑的低水活度二氧化鈦材料。

實施例2

使用氯化鈷(II)和實施例1中的微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了氯化鈷干燥劑的超親水性二氧化鈦。將消解的懸浮液離心并用10mM鈷的水溶液(氯化鈷(II))洗滌，直至洗滌液的pH值達到6-7。在65℃下干燥過夜后，獲得摻入氯化鈷干燥劑的低水活度二氧化鈦材料。包覆氯化鈷干燥劑的超親水二氧化鈦的TEM圖像和EDX光譜分別如圖9和圖10所示。

實施例3

使用溶膠-凝膠法制備氣凝膠中的自包覆二氧化硅干燥劑。具體地，將1.3mL正硅酸甲酯溶解在10mL乙醇中。隨后，向混合物中加入0.51g 1M NH₄OH溶液，緊跟以溶膠-凝膠法。在2天的老化過程后獲得醇凝膠。通過醇超臨界干燥獲得低水活度二氧化硅氣凝膠。

實施例4

使用實施例1中的微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了LWA二氧化鈦的氣凝膠。將消解的懸浮液離心并用1.00g 0.01M酸溶液洗滌。隨后，將所述酸性懸浮液與3.13g正硅酸乙酯混合，并隨后在50℃下攪拌3小時。冷卻后，將懸浮液與5mL純乙醇混合。隨后，通過加入0.4mL 1M NH₃水溶液獲得醇凝膠。進行醇超臨界干燥以獲得摻入二氧化鈦的氣凝膠干燥劑材料(如圖11所示)。

實施例5

使用二氧化鈦和蔗糖制備包覆了蔗糖干燥劑的超親水二氧化鈦。具體地，將1g TiO₂與1.7mL蔗糖的水溶液混合。其質(zhì)量比為1∶0.18。將該混合物在室溫下老化1-2小時，緊跟以在100℃下的干燥過夜。將干燥粉末在120℃下加熱6小時。

LWA吸濕材料

低水活度(LWA)吸濕材料被包覆在超親水二氧化鈦納米管的細小孔內(nèi)。本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了一種被稱為“層間孔”的孔。根據(jù)不同的實施例，該“層間孔”具有小于1微米(＜1μm)的深度和小于1納米(＜1nm)的寬度。這些材料被摻入已知的吸濕材料，例如金屬(銀、金、鉑、鈀、銅、鋅等)的無機鹽和這些金屬的氧化物。

作為LWA吸濕材料的無機鹽

實施例6

使用硝酸銀、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸銀鹽的超親水性二氧化鈦納米管。具體地，用過量氨水預處理硝酸銀鹽，形成銀絡合物，即氫氧化二氨銀[Ag(NH₃)₂](OH)。將消解的懸浮液離心并用10mM含有銀絡合物的溶液洗滌，以在超級親水性“層間孔”內(nèi)形成低水活度的銀金屬鹽。圖12和13示出了低水活度銀鹽的TEM圖像。樣品被進一步通過拉曼光譜法表征，實驗結(jié)果如圖14所示，顯示了在拉曼光譜中觀察到的重要振動。

實施例7

使用氯化金(III)(HAuCl₄.3H₂O)、氨和實施例1中的微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性氯化金鹽的超親水二氧化鈦納米管。具體地，氯化金(III)(HAuCl₄.3H₂O)用過量的氨水預處理，形成陽離子金(III)絡合物，即硝酸四氨合金(III)[Au(NH₃)₄](NO₃)₃。將消解的懸浮液離心并用10mM金絡合物溶液洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度金金屬鹽。

實施例8

使用實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸鉑鹽的超親水性二氧化鈦。將消解的懸浮液離心并用10mM鉑的水溶液洗滌，即四氨合硝酸鉑(II)(Pt(NH₃)₄(NO₃)₂)，從而獲得在超親水“層間孔”內(nèi)的低水活度的鉑金屬鹽。

實施例9

使用實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸鈀鹽的超親水性二氧化鈦。將消解的懸浮液離心并用10mM鈀的水溶液洗滌，即四氨合硝酸鈀(II)(Pd(NH₃)₄(NO₃)₂)，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的鈀金屬鹽。

實施例10

使用硝酸鉛、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸鉛鹽的超親水性二氧化鈦。具體地，用過量氨水預處理硝酸鉛Pb(NO₃)₂，形成陽離子鉛(II)絡合物，即四氨合硝酸鉛(II)。將消解的懸浮液離心并用10mM鉛的水溶液，即四氨合硝酸鉛(II)洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的鉛金屬鹽。圖15和16示出了受包覆鉛鹽的TEM圖像。

實施例11

使用硝酸銅、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸銅鹽的超親水性二氧化鈦。具體地，將硝酸銅Cu(NO₃)₂·3H₂O用過量氨水預處理，制備陽離子銅(II)絡合物，即四氨合硝酸銅(II)[Cu(NH₃)₄](NO₃)₂(TACN)。將消解的懸浮液離心并用10mM銅的水溶液(TACN)洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的銅金屬鹽。

實施例12

使用硝酸鈷、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸鈷鹽的超親水性二氧化鈦。具體地，用過量氨水預處理Co(NO₃)₂·6H₂O以制備陽離子鈷絡合物，即碳酸基四氨合鈷(III)硝酸鹽[Co(NH₃)₄CO₃]·(NO₃)₃。將消解的懸浮液離心并用10mM鈷的水溶液(硝酸四氨合鈷(III))洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度鈷金屬鹽。圖17和18顯示了受包覆鈷鹽的TEM圖像。

實施例13

使用氯化鋅、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性氯化鋅鹽的超親水性二氧化鈦。具體地，用過量氨水預處理氯化鋅ZnCl₂，形成陽離子鋅絡合物，即二氯化四氨合鋅(II)Zn(NH₃)₄Cl₂·H₂O。將消解的懸浮液離心并用10mM鋅的水溶液(二氯化四氨合鋅(II))洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的鋅金屬鹽。圖19和20示出了受包覆的鈷鹽的TEM圖像。

實施例14

使用硝酸鋅或硫酸鋅、氨和實施例1中微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了吸濕性硝酸鋅/硫酸鋅鹽的超親水二氧化鈦。具體地，用過量氨水預處理硝酸鋅或硫酸鋅，形成陽離子鋅絡合物，即四氨合硝酸/硫酸鋅(II)鹽(Zn(NH₃)₄(NO₃)₂或Zn(NH₃)₄(5O₄))。將消解的懸浮液離心并用10mM鋅的水溶液(四氨合硝酸/硫酸鋅(II))洗滌，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度鋅金屬鹽。

作為LWA吸濕材料的不同金屬氧化物的無機鹽

實施例15

使用實施例6中的低水活度銀金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化銀的超親水二氧化鈦。將所得LWA銀鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的氧化銀金屬鹽。

實施例16

使用實施例7中的低水活度金金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化金的超親水二氧化鈦。將制備的LWA金鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的金氧化物金屬鹽。

實施例17

使用實施例8中的低水活度鉑金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化鉑的超親水性二氧化鈦。將制備的LWA鉑鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的氧化鉑(IV)金屬鹽。

實施例18

使用實施例9中的低水活度鈀金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化鈀的超親水性二氧化鈦。將制備的LWA鈀鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“內(nèi)腔孔”內(nèi)形成低水活度的氧化鈀(II)金屬鹽。圖21示出了受包覆的鈀鹽的TEM圖像。

實施例19

使用實施例10中的低水活度鉛金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化鉛的超親水性二氧化鈦。將制備的LWA鉛鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的鉛(II，IV)氧化物金屬鹽。

實施例20

使用實施例11中的低水活度銅金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化銅的超親水二氧化鈦。將制備的LWA銅鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的銅(II)氧化物金屬鹽。

實施例21

使用實施例12中的低水活度鈷金屬鹽制備包覆了吸濕性氧化鈷的超親水二氧化鈦。將制備的LWA鈷鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)形成低水活度的鈷(II，III)氧化物金屬鹽。

實施例22

使用實施例13中的低水活度鋅金屬鹽制備包覆了氧化鋅的超親水性二氧化鈦。將制備的LWA鋅鹽在氧氣流速為10cm³/min的管式爐中以300℃煅燒3小時，以在超親水“層間孔”內(nèi)制備低水活度氧化鋅金屬鹽。

實施例23

包覆了吸濕性氧化釩的超親水性二氧化鈦可以通過如下步驟制備：首先將正硅酸甲酯溶解在10mL乙醇中。接著，通過溶膠-凝膠法向正硅酸甲酯懸浮液中加入15％的釩和鈦催化劑(V/Ti重量比為15％)，緊跟著加入0.1M氨水。將制備的懸浮液老化2天以形成醇凝膠。隨后，通過醇凝膠超臨界干燥制備15-15VT醇凝膠。

LWA干燥劑材料的特定實施例

實施例24

使用實施例1中的微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備自包覆的有序介孔二氧化鈦。將消解的懸浮液離心并用二次去離子水洗滌，然后在65℃下過夜干燥。樣品進一步用100mL四氯化鈦(TiCl₄)處理，然后在70℃下加熱30分鐘。隨后，通過在450℃下將混合物煅燒30分鐘制備低水活度有序介孔二氧化鈦。圖22示出了介孔二氧化鈦中空球的TEM圖像。

實施例25

使用實施例1中的微波處理消解的TiO₂懸浮液來制備包覆了LWA二氧化鈦的活性氧化鋁。將消解的懸浮液離心并用二次去離子水洗滌，然后在65℃下干燥過夜。接著，用氧化鋁(百分比為1∶99)，然后用1％的氧化鈷進一步處理樣品，以形成摻入低水活度二氧化鈦的活性氧化鋁干燥劑材料。通過SEM分析樣品的形態(tài)，如圖23所示。

實施例26

具有0.025m²表面積的如本發(fā)明所述制備的LWA材料的塑料網(wǎng)與兩個5英寸長的不銹鋼柱附接。將玻璃皿放置在兩個柱之間的下方以收集獲取的水。使用溫濕度計來實時測量濕度和溫度。在所述裝置前使用風扇來實現(xiàn)空氣循環(huán)。將LWA材料涂覆在0.015m²的網(wǎng)面積上。在一段時間內(nèi)獲取收集的水。每天檢查以確保濕度和溫度的穩(wěn)定。被收集到的水保存在離心管中。測量獲取的水的pH。檢測采集水的質(zhì)量。分析用于富集水的LWA的穩(wěn)定性。

為了評估本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料的性能，在沒有再生和零能源消耗的30天的測試期間內(nèi)，在室溫(24-25℃)和60±5％的相對濕度下，測量通過所述材料從空氣中被動去除濕氣的速率。并且在30至120天的測試期間，在23-27℃的溫度和60％、80％和100％的相對濕度水平下，測量被動去除濕氣的速率。實驗數(shù)據(jù)示于圖24和25。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，濕氣的去除是被動的，因此，此技術(shù)是一項清潔低碳技術(shù)，當所述材料用于獨立的除濕器時不需要加熱或冷卻，僅需要很小的用電量(風扇)。因此，在現(xiàn)有的除濕器和/或空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)中使用這種材料可以提高能效并減少碳足跡?，F(xiàn)參考圖26，圖26示出了在室溫(24-25℃)和60±5％的相對濕度下操作的優(yōu)化材料從空氣被動濕氣去除的速率圖。圖26所示的實驗數(shù)據(jù)證實了在低相對濕度下的被動和持續(xù)的水收集。這可以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部濕度控制的靈活性。

為了進一步評估樣品的性質(zhì)，利用小鼠測試了本發(fā)明的用于濕氣去除和/或水富集的材料的毒性。如圖27所示，樣品安全無毒。

本發(fā)明的實施例有利地提供了用于從空氣中去除濕氣和/或富集水的材料，其包括被包覆在親水材料的細小孔內(nèi)的低水活度材料。去除濕氣和/或富集水的過程是被動的，不需要加熱或冷卻。因此，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料可以有利地提高能效。此外，本發(fā)明的用于去除濕氣和/或富集水的材料是無毒的，且易于維護，因為它們只需要每年一次用鹽溶液洗滌進行簡單的再生步驟。此材料的排放也不會引起任何健康或環(huán)境問題，因為它們可以用酸處理轉(zhuǎn)化為無毒材料。

盡管上面僅詳細描述了幾個示例性實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解，在不實質(zhì)性地脫離本發(fā)明的情況下，可以對示例性實施例進行各種修改。因此，這些修改旨在包括在如所附權(quán)利要求中所限定的本發(fā)明的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求中，方法加功能的條款旨在包含本文中描述為執(zhí)行所述功能的結(jié)構(gòu)，而不僅僅是結(jié)構(gòu)等同，但還應包括等效結(jié)構(gòu)。因此，雖然釘子和螺釘可以不是結(jié)構(gòu)等同物，因為釘子采用圓柱形表面以將木質(zhì)部件緊固在一起，而螺釘采用螺旋形表面，但是在固定木質(zhì)部件的環(huán)境中，釘子和螺釘可以是等效結(jié)構(gòu)。除了權(quán)利要求明確使用“用于…的裝置”的文字以及相關(guān)功能，申請人的明確意圖不是援引35U.S.C.§112，第6段以用于本文任何權(quán)利要求的任何限制。