在當前全球淡水資源日益緊張的嚴峻形勢下，開發高效的大氣集水技術已成為緩解水資源短缺問題的關鍵途徑。金屬有機骨架(MOF)材料以其獨特的結構和性能優勢，在大氣集水領域展現出巨大的應用潛力。其中，MOF - 303 因具備較高的比表面積和高孔隙率，成為備受矚目的吸附劑材料。然而，MOF - 303 存在吸水量低的問題，限制了其實際應用。與此同時，氯化鈣作為一種常見的吸濕性鹽，雖具有一定的吸濕能力，但在較高濕度下易潮解和泄漏，這也給其使用帶來諸多不便。將氯化鈣與 MOF - 303 進行復合，有望結合兩者優勢，解決各自存在的不足，為大氣集水技術帶來新的突破。2025年，在氯化鈣行業技術中，關于MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的研究取得了一系列重要進展，為該領域的發展注入了新的活力。
《2025-2030年全球及中國氯化鈣行業市場現狀調研及發展前景分析報告》指出，實驗采用了多種試劑。六水合氯化鋁，規格為 500g，分析純(AR)級別，由成都市科隆化學品有限公司提供。氫氧化鈉為 AR 95%，3,5 - 吡唑二甲酸一水合物為 AR 97%，這兩種試劑均來自上海麥克林生化科技有限公司。無水乙醇，含量≥99.7%，包裝為 500mL，購自上海凌峰化學試劑有限公司。氯化鈣為市售產品。去離子水則通過自制獲得。這些原料將用于后續 MOF - 303 及 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的制備。
采用水熱法合成 MOF - 303。首先，精確稱取 1.687g 的 AlCl??6H?O，將其放入 7mL 去離子水中，充分攪拌使其溶解，得到溶液 A。接著，取 0.42g 的 NaOH 和 1.218g 的 3,5 - 吡唑二甲酸一水合物放入燒杯中，然后向其中加入 63mL 去離子水，將燒杯置于超聲波機下震蕩 10min，使溶液混合均勻，形成均質溶液 B。隨后，將溶液 A 緩慢倒入溶液 B 中，同時不斷攪拌，確保形成均勻的濁白混合液。之后，將該混合液小心移入 100mL 反應釜中，將反應釜放入溫度設定為 120℃的真空烘箱中，反應時間持續 15h。在反應過程中，需注意不可取出反應釜或降低溫度，否則會影響 MOF - 303 的生長。待反應結束后，讓反應釜自然冷卻至室溫，取出聚四氟乙烯襯套，倒掉上清液，收集白色沉淀物。用無水乙醇對沉淀物進行 4 次洗滌，再用去離子水洗滌 2 次，并進行離心操作，以確保沉淀物中的殘余物被徹底洗凈。最后，通過真空抽濾得到白色沉淀物，將其在 150℃下干燥 8h，收集并研磨成白色粉末，即成功制得 MOF - 303。
稱取 1.4g 已制備好的 MOF - 303，向其中加入不同質量比例的氯化鈣。將二者充分混合均勻后，放置在磁力攪拌機上攪拌 3h，使 MOF - 303 與氯化鈣能夠充分接觸和混合。然后將混合物放入真空烘箱中干燥，直至水分完全去除。最后，將干燥后的產物收集并研磨成粉末，由此得到不同濃度的 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料。通過這種方式制備的復合材料，可用于后續對其結構、形貌以及吸濕性能等方面的研究，以探究氯化鈣的加入對 MOF - 303 性能的影響。
利用場發射掃描電子顯微鏡(FE - SEM)對 MOF - 303 及 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料進行表面微觀形貌表征。同時，采用自帶能譜儀(EDS)對 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料進行元素分析，通過檢測材料中各元素的含量及分布情況，可確定氯化鈣是否成功負載到 MOF - 303 上，以及其在復合材料中的存在狀態。
借助 X 射線衍射儀(XRD)對材料內部的晶體結構以及晶體的結晶程度進行分析。測試時，以 5°/min 的掃描速度進行，掃描范圍 2θ 設定在 5 ~ 50° 內。通過對 XRD 圖譜的分析，可評估樣品是否具有較高的結晶度，判斷實驗合成的 MOF - 303 粉末晶體的純度，以及確定氯化鈣負載后對 MOF - 303 晶體結構的影響。
運用紅外光譜儀(FT - IR)測試樣品材料內部官能團，并研究氯化鈣摻雜后復合材料官能團的變化情況。在 4000 ~ 400cm?1 范圍內觀察峰值信息，通過對比 MOF - 303 和 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的 FT - IR 譜圖，分析官能團的變化，從而了解氯化鈣的加入對 MOF - 303 官能團結構的影響程度。
使用全自動比表面及孔隙度分析儀(BET)測試，以探究樣品材料的比表面積、孔徑的大小以及分布情況。通過 N?吸附 - 解吸得到吸脫附等溫線，并根據 BJH 模型計算樣品的比表面積與孔徑分布。這有助于深入了解 MOF - 303 及 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的表面多孔性質，以及氯化鈣的加入對材料孔隙結構的影響。
采用濕度發生器(FD - HG 型)進行吸濕測試。首先，將樣品放置在 120℃的真空烘箱中干燥 2h，以去除樣品中的水分，確保測試結果的準確性。其次，調控相對濕度(RH)范圍在 20% ~ 90%，將處理后的樣品放置在濕度發生器內進行水蒸氣吸附。通過重量稱重法，每間隔 1h 對樣品進行一次稱重。最后，使用公式 “吸濕率 (%) = [(吸濕后的質量 (g) - 干燥后的質量 (g)) / 干燥后的質量 (g)] × 100%” 計算吸濕率，以此來評估 MOF - 303 及 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的吸濕性能。
從 MOF - 303 和 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的 SEM 圖可以看出，MOF - 303 呈現出立方體狀，其邊緣清晰，顆粒大小均勻，這與相關文獻報道相符，表明成功合成了 MOF - 303。而在復合之后，MOF - 303 表面出現許多不規則顆粒負載，通過進一步的 EDS 分析，Ca 元素含量檢測為 4.3%，且在特定區域內含有大量 Ca 元素，這充分證明氯化鈣被吸附在 MOF - 303 表面，形成了 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料。
對 MOF - 303 和 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料進行 XRD 分析。結果顯示，MOF - 303 在 (011)、(110)、(111) 晶面上均有明顯的衍射特征峰，這證明水熱法合成的 MOF - 303 粉末具有較高的純度。隨著氯化鈣的加入，在 (110) 與 (111) 處的峰強度增強，并且在 2θ = 26.34°、31.8°、45.54° 處出現氯化鈣 (112)、(003)、(311) 晶面的特征衍射峰，這進一步證實了氯化鈣被成功負載到 MOF - 303 表面，且對 MOF - 303 的晶體結構產生了一定影響。
MOF - 303 在 3408.2cm?1、1600cm?1 和 1210.7cm?1 處出現明顯特征峰，其中 3400cm?1 左右較寬的峰是由于 - OH 伸縮振動，1600cm?1 左右的吸收峰表明鋁離子與 - COOH 配位，1200cm?1 處吸收峰是 N - H 伸縮振動，這些特征峰與文獻報道一致。MOF - 303 / 氯化鈣復合材料與 MOF - 303 呈現出相似的波形，但在 3423.8cm?1 處吸收峰變得更加尖銳，表明 - OH 吸收峰加強。這是因為氯化鈣的加入，使親水基團 - OH 伸縮振動更加明顯，同時也證明 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料內部存在氯化鈣，且原有的 - COO - Al 配體依然存在，說明吸濕性鹽氯化鈣的加入對 MOF - 303 官能團結構影響較小。
通過 N?吸附 - 解吸得到吸脫附等溫線，并根據 BJH 模型計算樣品的比表面積與孔徑分布。MOF - 303 的比表面積為 1078.64m2/g，具有較大的比表面積，與相關文獻中 1119m2/g 的數據相當。較大的比表面積有助于 MOF - 303 與其他材料充分接觸，提供更多的吸附位點。而 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料呈現出較小的氮氣吸附量，僅為 38cm3/g STP 左右，比表面積顯著減少到 13.7m2/g，與 MOF - 303 相差較大。這主要是因為 MOF - 303 中的孔道間隙被氯化鈣填充。同時，MOF - 303 的孔徑因為氯化鈣的加入，孔直徑分布曲線向右移動，大都集中在 12.5nm，表明氯化鈣不僅吸附到 MOF - 303 表面，還填充在其內部，改變了材料的孔隙結構。
MOF - 303 具有由 1H - 吡唑 - 3,5 - 二羧酸鹽(HPDC)連接體連接無限的 Al (OH)( - COO)?二級建筑單元構成的親水性孔隙結構，這種網絡骨架結構相互交錯，提供了大量豐富的納米通道，再加上其高比表面積和良好的孔體積，使其具備結構穩定且高大氣水吸附量的潛質。然而，氯化鈣作為傳統吸附劑在相對高濕度下易潮解。將氯化鈣負載到 MOF - 303 的框架結構中，通過調節氯化鈣不同的摻雜比例，不僅可以有效地抑制氯化鈣潮解，同時增強 MOF - 303 的水吸附性能。實驗制備了 MMOF - 303∶VCaCl? = 0.7g/mL、0.8g/mL、0.9g/mL 三種復合材料，編號分別為 Ca0.7、Ca0.8、Ca0.9，與純 MOF - 303 一起研究在 20% ~ 90% RH 下的水吸附能力。隨著 P/P?比值增加，四種材料的吸附容量不斷增大，MOF - 303 可吸附容量為 0.38g/g，Ca0.7、Ca0.8、Ca0.9 分別為 0.6g/g、0.63g/g、0.62g/g。當 P/P? < 0.5 時，MOF - 303 呈現出比 Ca0.7、Ca0.8、Ca0.9 都高的水可吸附容量;當 P/P? > 0.5 時，摻雜吸濕性鹽的復合材料水可吸附容量均比純 MOF - 303 表現優異。在相對溫濕度恒定的條件下，隨著吸濕時間的不斷延長，樣品的吸濕率不斷提高。以 40% RH 為例，純 MOF - 303 在 2h 內的吸濕率為 13%，通過氯化鈣的調節，可增加到 Ca0.7 的 16% 和 Ca0.8 的 18%。當相對濕度大于 40% RH 時，Ca0.7 的總體吸濕性能略低于 Ca0.8 和 Ca0.9，這是由于 Ca0.7 中氯化鈣質量比例最高，顆粒與顆粒之間易于聚集且在相對高濕度條件下氯化鈣易發生潮解形成泄漏。而 Ca0.8、Ca0.9 能夠有效地抑制顆粒聚集潮解，其吸濕性能均優異于 MOF - 303 和 Ca0.7。在 90% RH 條件下，Ca0.8 的吸濕性能夠達到其自身原始質量的 70%。通過比較吸附速率，在恒定溫度 25℃，選取相對壓力 P/P? = 0.8，Ca0.8、Ca0.9 復合材料的吸附速率明顯快于 MOF - 303，一方面是因為化學吸附以單層吸附為主導，氯化鈣分散在 MOF - 303 表面，提高了氯化鈣與水蒸氣的接觸面積，加快了吸附速率;另一方面，在相對壓力較高時，MOF - 303 依靠水分子間氫鍵的吸附能力低于表面氯化鈣的吸附能力，所以 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料的吸附速率更高。
在2025年氯化鈣行業技術發展中，通過水熱法合成 MOF - 303，并摻雜氯化鈣制備了不同質量比例的 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料，深入研究了氯化鈣的加入對 MOF - 303 結構形貌和吸濕性能的影響。結果表明，氯化鈣的引入導致 MOF - 303 比表面積減小，孔徑變大，MOF - 303 / 氯化鈣復合材料表面呈現出與 MOF - 303 不同的凹凸不平、形狀不一的面貌。通過調節氯化鈣加入質量，可有效防止 MOF - 303 / 氯化鈣復合材料中氯化鈣的潮解與泄漏，其中最適合的濃度為 MMOF - 303∶VCaCl? = 0.8g/mL。在吸濕性能方面，經過 7h 的水蒸氣吸附，MOF - 303 最終可吸附水蒸氣容量為 0.38g/g，Ca0.7、Ca0.8、Ca0.9 分別為 0.6g/g、0.63g/g、0.62g/g，氯化鈣的加入顯著提高了 MOF - 303 的吸濕性能。在 25℃、90% RH、吸附 7h 條件下，Ca0.8、Ca0.9 能夠達到其自身原始質量的 70%，遠高于 MOF - 303 自身的吸濕體量。此外，MOF - 303 / 氯化鈣復合材料在相對較寬濕度條件下，能夠呈現出色的吸附量與吸附速率，且具有適合全天候吸濕等優勢，在高吸濕材料及濕氣發電等領域展現出潛在的應用價值，為解決淡水資源短缺問題提供了新的材料選擇和技術思路，推動了氯化鈣行業技術在大氣集水等相關領域的進一步發展。
更多氯化鈣行業研究分析，詳見中國報告大廳《氯化鈣行業報告匯總》。這里匯聚海量專業資料，深度剖析各行業發展態勢與趨勢，為您的決策提供堅實依據。
更多詳細的行業數據盡在【數據庫】，涵蓋了宏觀數據、產量數據、進出口數據、價格數據及上市公司財務數據等各類型數據內容。
京公網安備 11010502031895號
