一種基于MOF-801材料的除濕干燥裝置的制作方法

一種基于MOF-801材料的除濕干燥裝置的制作方法

　　本實(shí)用新型屬于制冷除濕干燥領(lǐng)域，具體涉及一種基于MOF-801材料的除濕干燥裝置。

　　背景技術(shù)：

　　當進(jìn)行物料干燥時(shí)，干燥間會(huì )產(chǎn)生大量的濕空氣，影響干燥效率。當空氣中的濕度過(guò)高時(shí)，病毒和細菌等微生物會(huì )大批量繁殖，很多東西容易霉變，特別是食品容易變質(zhì)，環(huán)境質(zhì)量很差；人體長(cháng)期呆在高濕度的環(huán)境下，會(huì )導致人體免疫力下降、思維緩慢、記憶力減退等不良后果，甚至會(huì )誘發(fā)腦血管疾??；在工業(yè)生產(chǎn)中，相對濕度過(guò)高或冷凝會(huì )導致放電或短路，同時(shí)容易導致鋼鐵及金屬物體腐蝕。金屬-有機骨架材料(MOF)是由過(guò)渡金屬離子與多齒有機配體通過(guò)一定條件下的配位雜化作用而形成的一類(lèi)具有多維網(wǎng)狀結構的晶體材料。自1995年被美國加州大學(xué)的Yaghi等在Nature雜志上提出后，在20年的時(shí)間里，MOF迅速發(fā)展。相繼出現能吸附CO2、N2、H2氣體的MOF-177、MOF-200等一系列的金屬-有機骨架結構。2017年，伯克利和麻省理工學(xué)院的科學(xué)家(OmarYaghi和EvelynWang等人)發(fā)明了一種由MOF新材料制成，僅利用太陽(yáng)能(低品位能源)即可從空氣中吸收水分的裝置。

　　目前，傳統的除濕技術(shù)主要有以下4種：

　　(1)冷卻除濕技術(shù)。冷卻除濕具有使用方便、效果可靠、無(wú)污染、除濕后氣體溫度可調的特點(diǎn)；但這種除濕技術(shù)，需要制造很低的溫度，極大地浪費了能源，不利于可持續發(fā)展，同時(shí)普遍存在占地面積大、傳熱傳質(zhì)效率低、能耗高的缺點(diǎn)。

　　(2)固體吸附除濕技術(shù)。固體吸附除濕最宜在需要干燥并需要加熱空氣的場(chǎng)合使用，因需用180～240℃的熱空氣對其進(jìn)行熱處理，造成了大量的能源消耗。

　　(3)溶液除濕技術(shù)。傳統的液體吸濕劑主要是鹽類(lèi)的水溶液和有機物質(zhì)，它們對空氣中的水蒸氣有強烈的吸收作用，因此在空調工程中也利用此達到空氣除濕的目的。目前所用除濕溶液大都具有腐蝕性，不能很好的與容器相容；同時(shí)，還沒(méi)有找到較理想的除濕溶液，且除濕器、再生器效率普遍偏低。

　　(4)膜法除濕技術(shù)。膜法除濕是基于膜的選擇性吸收作用和擴散作用的一種除濕方式。膜法除濕相對冷卻除濕，其除濕效果更好，冷卻除濕需要耗能來(lái)降低空氣的溫度，且只能實(shí)現高濕度向中濕度的轉換；相比固體除濕其再生相對簡(jiǎn)單，能耗低；相比液體除濕其無(wú)腐蝕問(wèn)題。但膜法除濕單純依靠自然擴散效率會(huì )很低，因此需要外力來(lái)做推動(dòng)力，消耗能量。

　　技術(shù)實(shí)現要素：

　　本實(shí)用新型的目的在于針對現有除濕技術(shù)中存在的上述缺陷，為解決干燥間或制冷空調空氣中水分的去除與解析問(wèn)題，提供一種低能耗的基于MOF-801材料的除濕干燥裝置。本實(shí)用新型既能最大程度地吸收空氣中的水分，控制空氣的相對濕度，又能在較低的能量投入下解析吸收的水分，從而實(shí)現空氣中水分的捕集與回收利用，達到一技多用的目的。

　　本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現的：該基于MOF-801材料的除濕干燥裝置，包括蒸汽壓縮式制冷系統和過(guò)濾器，蒸汽壓縮式制冷系統包括通過(guò)壓縮機和膨脹閥相互連接的蒸發(fā)器和冷凝器，過(guò)濾器安裝于蒸發(fā)器的進(jìn)風(fēng)口處；其特點(diǎn)是：它還包括除濕轉輪，蒸發(fā)器的出風(fēng)口通過(guò)處理風(fēng)機與除濕轉輪連接，除濕轉輪的出風(fēng)口再將低溫干燥空氣送入干燥間或設備；冷凝器安裝于回風(fēng)管道進(jìn)風(fēng)口處，并與除濕轉輪的再生區相連接；除濕轉輪的再生區出風(fēng)口與室外相通，并設置有再生風(fēng)機。

　　具體的，所述除濕轉輪是由輪轂和嵌在輪轂內的MOF-801材料構成。

　　進(jìn)一步的，所述蒸發(fā)器和除濕轉輪下方設置有集水槽。

　　本發(fā)明將MOF-801材料運用于除濕裝置中，MOF-801材料具有高孔隙率、低密度、比表面積大、孔道規則、孔徑可調、可剪裁、拓撲結構多樣性的優(yōu)點(diǎn)，其吸濕原理是：利用多孔材料吸附的高效率以及可通過(guò)優(yōu)化孔的表面性質(zhì)來(lái)提高比表面積并提高框架和H2間的聯(lián)結以提高儲氫能力，進(jìn)而達到吸濕的目的。MOF-801材料比表面積大，單位吸收水量大；設備的體積小，所需占地面積??；被動(dòng)除濕，僅依靠蒸汽壓縮式制冷裝置中的低品位能源(蒸發(fā)熱和冷凝熱)就可實(shí)現空氣中水分的吸收與解析，除濕效率高、運行費用低；另外可設置集水槽將MOF-801攔截的水分回收利用，節約水資源。

　　附圖說(shuō)明

　　圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結構示意圖。

　　具體實(shí)施方式

　　下面結合實(shí)施例和附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

　　參見(jiàn)圖1，本實(shí)施例包括蒸汽壓縮式制冷系統和過(guò)濾器5，蒸汽壓縮式制冷系統包括通過(guò)壓縮機11和膨脹閥12相互連接的蒸發(fā)器6和冷凝器4，過(guò)濾器5安裝于蒸發(fā)器6的進(jìn)風(fēng)口處；另外它還包括除濕轉輪9，除濕轉輪9是由輪轂和嵌在輪轂內的MOF-801材料8構成；MOF-801材料比表面積大，吸附能力強，其比表面積約為1070m2/g，MOF-801材料還可以根據需要來(lái)設計孔洞的大小和物理化學(xué)性質(zhì)，以便捕獲或允許特定的分子通過(guò)；它能很好地吸收水分，實(shí)現對濕度的精確控制，并能實(shí)現低品位能除濕。蒸發(fā)器6的出風(fēng)口通過(guò)處理風(fēng)機7與除濕轉輪9連接，除濕轉輪9的出風(fēng)口10再將低溫干燥空氣送入干燥間或設備；轉輪除濕系統的除濕量與除濕轉輪處理溫度負相關(guān)，溫度越低，除濕量越大，所以空氣經(jīng)過(guò)蒸發(fā)器后，溫度降低，再通過(guò)除濕轉輪，空氣中的水分更利于被吸附。冷凝器4安裝于回風(fēng)管道進(jìn)風(fēng)口處，并與除濕轉輪9的再生區相連接，圖1中3是隔離除濕轉輪除濕區與再生區的固定分隔板；除濕轉輪9的再生區出風(fēng)口2與室外相通，并設置有再生風(fēng)機1，保證空氣能夠順利通過(guò)出風(fēng)口2被排出?？諝饨?jīng)過(guò)冷凝器后進(jìn)入除濕轉輪再生區，除濕轉輪再生量與除濕轉輪再生溫度成正相關(guān)，溫度越高，再生量越大，所以空氣經(jīng)過(guò)冷凝器后，溫度升高，再通過(guò)轉輪再生區，能夠更好的把除濕轉輪中的水分解析出來(lái)。在蒸發(fā)器6和除濕轉輪9下方設置有集水槽13，可收集MOF-801攔截的水分，將其用作中水，從而實(shí)現空氣中水分捕集與回收利用。

　　本實(shí)用新型的具體工作過(guò)程是：濕空氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器5后進(jìn)入蒸發(fā)器6，通過(guò)蒸發(fā)器6中制冷劑的蒸發(fā)(沸騰)吸收掉空氣中的熱量進(jìn)而被冷卻干燥，溫度降低后的空氣被處理風(fēng)機7送入除濕轉輪的除濕區，被除濕轉輪9中填充的吸附除濕劑MOF-801材料8干燥吸濕后通過(guò)出風(fēng)口10將低溫干燥空氣送入干燥間或設備；在回風(fēng)階段，干燥間或房間的回風(fēng)進(jìn)入冷凝器4，冷凝器4通過(guò)將制冷壓縮機排出的高溫高壓氣態(tài)制冷劑予以冷卻、使之液化達到放熱的效果，被冷凝器4加熱后的回風(fēng)溫度升高，升溫后的回風(fēng)再進(jìn)入除濕轉輪的再生區，低溫熱空氣穿過(guò)吸濕后的飽和轉輪，使除濕轉輪中已吸附的水分蒸發(fā)釋放出來(lái)，再生空氣因水分的蒸發(fā)而變成濕空氣，此濕空氣再通過(guò)再生風(fēng)機1被排到室外。