石墨烯用於收集純水的活性碳纖維復材_吸附 (#36*) *進行中

2015-6-20

很多事都是妙筆生花一瞬間就有靈感的，接下來我要談的除濕機純水收集。我喜歡思考問題，更喜歡透過與對方討論找出解決之道，問題解決的方法可能有上百種，但我希望能從源頭去解決，而不是端末處理。這個項目其實也是無心插柳來的，本來是希望利用先前提過的濾膜體系來解決，但隨著找的數據越多，思緒越來越清楚，反而看得更明白。

這篇談到吸附類應用技術的活性碳纖維複材。氯化鋰是白色的晶體，易溶於水，標準狀況下溶解度 67 g/100ml水。無水氯化鋰吸濕後成為氯化鋰水溶液呈鹼性水中含鋰離子對人體有害。我們找到液體吸收式除濕法的除濕機，其原理使濕氣體和吸濕性之液體 (如氯化鋰水溶液接觸) 藉化學方法將水蒸汽吸收排除之方式。進入除濕容器的濕空氣在氣液接觸器中與除濕液接觸，然後由吸濕性液體將濕空氣中水份吸收，所釋放之吸收熱則由冷卻水帶走，已除濕的空氣在氣液分離器中經擋板除去吸濕液滴後，方可排出。若除濕操作持續下去，則除濕液的濃度漸漸變稀，最後會失去除濕的能力，因此一般均置有再生器，除濕器中的一部份液體送往再生室，經濃縮後流回除濕室，使其濃度可經常保持一定。這些複合吸濕劑的吸濕量一般在 60-80%，不超過 100%。

原先提出這個構想的是逢甲大學的康老師考慮取得水資源缺乏的地方內陸地區，希望能回收除濕機的水變為可喝的純水。他先以活性碳與氯化鋰合成為纖維復材，希望通過直流電來吸附鋰離子。當然，吸濕速度最快的是氯化鋰、氯化鈣等金屬鹽類，但卻存在腐蝕性高、易潮解的問題。通常在吸收自重 90 %左右的水氣後即溶解為液態的濃溶液。雖然此濃溶液還有吸水能力，但已不方便使用和再生。活性碳雖然具有很多的比表面積和孔隙率，但他對氣態水的吸附等溫線是 S型的，在低水氣分壓下吸附量很小，吸附速率也比較低。

這裡我們出現兩種選擇，一是把液體吸收式除濕法的除濕機所產生的水再過濾成純水，第二種就是提高氯化鋰／活性碳纖維的高效吸濕能力，減少氯化鋰的降解。過去曾有篇專利提到將活性碳纖維烘乾溫度 120~150 ℃，烘乾時間1~3小時﹔接著我們將金屬鹽吸濕劑及分散劑依質量百分比製成水溶液待用﹔取 1份烘乾的活性碳纖維製品浸漬 10份配合的吸濕劑溶液中，放置 2~12小時取出壓干剩餘的溶液，再經 120~150 ℃，烘乾時間 2~4小時，得到的高效吸濕活性碳纖維復材可吸附本身重量的 500 %。而此復材吸濕飽和後通過烘乾可去除所吸收的水分。據悉氯化鋰重量損失率在 0.0003 %，這種從源頭解決降解的問題，可能比我們加上濾膜系統更有效率。

nn該活性碳纖維具有很高的比表面積和發達的空隙結構，在潮濕的空氣中可以吸收自重50 %左右的水氣，對液態的水可以吸收自重的 500 %而不會有液體流出。將金屬鹽吸濕劑通過浸漬法負載到活性碳纖維上，既可發揮各自的優勢，金屬鹽吸濕劑的存在可大大提高吸濕效率和飽和吸濕量。剩下的只是把石墨烯加入活性碳纖維如何在提升吸附性的技術問題而已，基本上，活性碳與石墨烯都是碳材沒有兼容問題。另外，如果只浸漬金屬鹽在活性碳纖維上，當吸附一定的水氣後，溶解液化的金屬鹽濃溶液由於化學勢很高，表面張力非常大，會在活性碳纖維表面形成小液滴。為解決這個問題，我們建議在金屬鹽浸漬液里添加少量表面活性劑作分散劑，可降低濃溶液的表面張力，使活性碳纖維複合吸濕劑在吸濕過程中不再有小液滴析出，相信這也是康老師當初可能沒有注意到的一點。
推薦閱讀：