本发明涉及一种水吸附材料、制备方法以及一体化水吸附与再生复合组件及其应用，属于能源利用。
背景技术：
1、吸附分离是气体分离与纯化的重要手段，主要包含目标气体吸附质在吸附材料中的吸附过程和材料解析再生过程。其中，吸附过程为典型的放热过程，通常伴随着大量吸附热的释放。由于吸附材料的多孔结构导致材料通常具有绝热性能，从而造成材料在吸附过程中所产生的吸附热难于及时散失并在材料内积聚，引起材料温度的急剧升高。而升高材料温度会造成材料的吸附动力学和吸附能力急剧降低，严重影响材料的吸附分离效果。与吸附过程相反，材料的热解析过程是吸热过程，需要大量的能量投入。目前在吸附分离领域内，材料的吸附和热解析过程通常为分为先后两步进行，从而导致材料吸附性能较低且能耗较高。
2、大气水收集(awh)是一种将空气中的水转化为液体的有吸引力的策略，为缓解全球淡水短缺压力提供了另一种解决方案。与传统的awh技术(如雾收集和制冷驱动的露水收集)相比，基于吸附的awh是一种灵活可靠的awh策略，因为它可以通过合理选择广泛可用的干燥剂来适应不同的地理和气候条件。以金属有机框架(mof)吸附剂为例，由于其独特的逐步水蒸气吸附等温线、在低相对湿度(rh)下前所未有的大气水捕获能力和节能再生能力，mof基awh因其在最需要水的干旱地区的特殊适用性而闻名。在这方面，许多最先进的mof材料和相关的awh设备已被积极追求，旨在提高水生产率。典型的尝试包括新颖的孔隙度设计和mof的后功能化，以提高水吸附能力和动力学，创新的加热方法，以高效地加速mof的再生，并实现多个工作循环，以及智能设计awh设备以提高水生产率。目前基于mof的水能热水器虽然取得了巨大的进步，由于金属有机框架(mof)缺乏热管理，基于mof的大气集水(awh)作为缓解干旱地区水资源短缺的一种有吸引力的方法，一直受到水生产力和能源成本问题的困扰，不能满足干旱地区的实际需求。因此，寻求其他策略，使干旱地区以mof为基础的水资源利用能进一步提高水生产力和能源效率，具有重要意义。
3、与传统的基于吸附的awh一样，基于mof的awh是一种分批工艺，包括mofs中的空气水捕获和随后的热驱动水释放来收集水。空气中的水捕获过程对热量不利(图1中a区域)。然而，水吸附是一个放热过程，伴随着大量吸附热的释放(高达6kj mol-1)。由于mof异常高的孔隙率所具有的隔热特性，这种吸附热不可避免地会在mof中积累，严重影响其吸水能力。当mof以工业上有利的紧凑形式大规模实施时，这种负面影响变得极其突出，并且在白天气温较高的沙漠等高温环境中进行awh。与水吸附相反，热驱动的水脱附过程是一个吸热过程，需要大量的能量输入，是基于mof的awh总能源成本的主要贡献之一。因此，如何合理地利用mof内的热量，对于提高基于mof的awh的水产率和能源效率至关重要。不幸的是，到目前为止，相关的调查仍然很少。
4、固态热电冷却器(半导体制冷片，tec)是一种热电器件，由两个陶瓷板组成，中间集成了多个p型和n型半导体对(图1中b区域)。在直流电压的辅助下，tec能够可逆地将热量从一个陶瓷板泵到另一个陶瓷板，同时通过珀尔帖效应产生可切换的冷侧和热侧。大多数tec应用基于其冷却功能，而其热侧的热量通常被视为废热而拒绝使用。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种水吸附材料、制备方法以及一体化水吸附与再生复合组件及其应用，以提高对水的吸附能力以及热传导能力；并通过周期性切换电流流向及含有气体吸附质的气流的流向，实现连续产水。
2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
3、一种水吸附材料，是以泡沫铜作为载体，在孔道内分布有mof晶体材料和碳纳米管。
4、优选地，所述的mof晶体材料以及碳纳米管材料分布于交联后的海藻酸钠中；且mof晶体材料为mil-101(cr)，所述的碳纳米管为羧酸修饰的碳纳米管。
5、任一上述的水吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
6、s1、获得mof晶体材料；
7、s2、将mof晶体材料、碳纳米管分散至海藻酸钠水溶液中，形成水浆混合物；
8、s3、将水浆混合物加入至泡沫铜中，再将泡沫铜置于cacl2水溶液中进行交联反应；
9、s4、将s3中得到的泡沫铜/mof水凝胶冷冻干燥，得到水吸附材料。
10、优选地，所述的步骤s1中，获得mof晶体材料的具体方法是：将cr(no3)3·9h2o、tpa、水混合后，水热合成，过滤后洗涤沉淀物并干燥mof晶体材料。
11、优选地，所述的cr(no3)3·9h2o、tpa、水的添加比例为(3-8)g:(1-5)g:(80-120)ml；
12、水热合成的条件是：150-220℃，20-30h；
13、干燥的条件是：真空，90-130℃，4-8h。
14、优选地，所述的步骤s2中，海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的含量为1-3wt.％；
15、且mof晶体材料、碳纳米管与海藻酸钠水溶液的比例为：(8-15)g:(0.2-2)g:(80-160)ml。
16、优选地，所述的步骤s3中，cacl2水溶液浓度为1-5wt.％，交联时间1-5h；
17、所述的步骤s4中，冷冻干燥在液氮浴中进行，冷冻干燥20-40h。
18、一种一体化水吸附与再生复合组件，包括半导体制冷片，在半导体制冷片的冷端及热端均安装有任一上述的水吸附材料；
19、其中，位于半导体制冷片冷端的水吸附材料用于捕获目标气体吸附质；位于半导体制冷片的热端的水吸附材料用于再生被捕获的目标气体吸附质。
20、一种上述的一体化水吸附与再生复合组件在大气制水和/或环境控湿和/或吸附式热泵系统中的应用。
21、优选地，所述应用包括将一体化水吸附与再生复合组件应用于大气水收集设备中，具体为：
22、将含有气体吸附质的气流流过半导体制冷片冷端的水吸附材料，以捕获目标气体吸附质并完成换热过程；
23、然后逆转流经半导体制冷片的电流方向，再将含有气体吸附质的气流流过半导体制冷片现冷端的水吸附材料，以捕获目标气体吸附质并完成换热过程；半导体制冷片的现热端将对水吸附材料中捕获的目标气体吸附质解析并使水吸附材料再生；
24、通过周期性的切换电流流向及含有气体吸附质的气流的流向，实现连续产水。
25、本发明的有益效果在于：
26、1、水吸附材料以泡沫铜作为载体并在孔道内分布有mof晶体材料和碳纳米管，由于mof晶体材料具有高水蒸汽吸附能力，碳纳米管能够促进热传导，继而能够提高水吸附材料的应用场景。
27、2、本发明提出将tec同吸附材料相结合，制备具有三明治结构的吸附材料/tec/吸附材料的复合物。借助tec的热转移能力，实现热量从sts的一端吸附材料转移至另一端，在sts两侧分别形成冷热吸附材料端。通过在冷端进行吸附质吸附，同时在热端进行解析，形成吸脱附一体化设计，并通过改变电流流向及气流流向实现连续产水。该设计允许在吸附端产生的吸附热被及时移除并转移至热端进行热解析，从而不但实现了吸附热(废热)的回收再利用，有效降低了材料再生能耗，还能保持吸附端的吸附过程始终在低温条件下进行，从而大大促进材料的吸附能力。
28、3、针对具体应用，通过选择适当的吸附材料(mof、活性炭、高分子气凝胶和分子筛等)，该材料和技术将能广泛应用于各种吸附分离过程，如大气制水、环境控湿、吸附式热泵系统、碳捕集等。
1.一种水吸附材料，其特征在于，是以泡沫铜作为载体，在孔道内分布有mof晶体材料和碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的水吸附材料，其特征在于，所述的mof晶体材料以及碳纳米管材料分布于交联后的海藻酸钠中；且mof晶体材料为mil-101(cr)，所述的碳纳米管为羧酸修饰的碳纳米管。
3.权利要求1-2任一所述的水吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s1中，获得mof晶体材料的具体方法是：将cr(no3)3·9h2o、tpa、水混合后，水热合成，过滤后洗涤沉淀物并干燥mof晶体材料。
5.根据权利要求4所述的水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的cr(no3)3·9h2o、tpa、水的添加比例为(3-8)g:(1-5)g:(80-120)ml；
6.根据权利要求3所述的水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s2中，海藻酸钠水溶液中海藻酸钠的含量为1-3wt.％；
7.根据权利要求3所述的水吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤s3中，cacl2水溶液浓度为1-5wt.％，交联时间1-5h；
8.一种一体化水吸附与再生复合组件，其特征在于，包括半导体制冷片，在半导体制冷片的冷端及热端均安装有权利要求1-2任一所述的水吸附材料；
9.一种权利要求8所述的一体化水吸附与再生复合组件在大气制水和/或环境控湿和/或吸附式热泵系统中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，所述应用包括将一体化水吸附与再生复合组件应用于大气水收集设备中，具体为：
