本發(fā)明涉及水處理和空氣除濕所用膜的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜及其制備方法。

背景技術(shù)：

淡水資源是人類生存與發(fā)展的最重要物質(zhì)基礎(chǔ)之一。海水淡化和廢水凈化技術(shù)正逐步成為解決淡水資源緊缺的重要手段。

海水淡化又稱海水脫鹽，是分離海水中鹽和水的過程。常用的海水淡化方法有熱法和膜法兩種。熱法主要采用多級(jí)閃蒸、多效蒸餾、壓汽蒸餾；膜法主要指反滲透。熱法通常需要消耗大量高品位能源，并且生產(chǎn)設(shè)備復(fù)雜、昂貴；膜法的反滲透技術(shù)，它是一種利用半透膜的選擇透過性，在外加高壓力的條件下使水逆濃度梯度透過半透膜，而使鹽分和雜質(zhì)截留在膜另一側(cè)的技術(shù)。反滲透法一般由電能和機(jī)械能驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)需要維持較高的運(yùn)行壓力，對(duì)設(shè)備的耐壓能力要求很高?，F(xiàn)有的熱法和膜法海水淡化技術(shù)共同面臨的問題是設(shè)備要求高、需要消耗大量高品位能源，并且海水的淡水產(chǎn)率較低。

同時(shí)，人們也越來越重視室內(nèi)環(huán)境的改善。除濕的方法按照其除濕機(jī)理可以分為：冷卻除濕、干燥劑除濕（包括液體吸收除濕和固體吸附除濕）、膜滲透除濕和電化學(xué)除濕等多種方法。冷卻除濕方法利用冷卻盤管將空氣溫度降至其露點(diǎn)溫度以下，使得空氣中的水分在冷卻器表面結(jié)露冷凝。膜滲透除濕方法是利用膜對(duì)空氣中水的選擇透過性，將水分從水蒸氣分壓高的一側(cè)轉(zhuǎn)移到水蒸氣分壓低的一側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高水蒸氣分壓側(cè)空氣除濕的一種方法。電化學(xué)除濕是利用水蒸氣在電池陽極分解成氧氣和質(zhì)子，再將質(zhì)子轉(zhuǎn)移到陰極生成氫氣分子或者與氧氣結(jié)合生成水，以此來降低空氣中的水分。

上述冷卻除濕、膜滲透除濕以及電化學(xué)除濕方法都存在著很大的弊端。冷卻除濕方法需要將空氣的溫度冷卻到其露點(diǎn)以下，冷卻后的空氣需要再進(jìn)行加熱后才能送入房間之中，在這個(gè)過程中溫度和濕度不能獨(dú)立控制，造成了能源利用率低能耗大；水分在冷卻器表面冷凝，使得冷卻器常年潮濕，為細(xì)菌提供了生長(zhǎng)和繁衍的場(chǎng)所，使室內(nèi)空氣品質(zhì)嚴(yán)重下降；而對(duì)于露點(diǎn)溫度過低的工況容易使冷卻器表面結(jié)霜，需要特別的裝置對(duì)其進(jìn)行除霜處理。膜法除濕是一種被動(dòng)的除濕方法，其除濕能力受濕交換氣體中水蒸氣壓力較小的一側(cè)控制；膜材料是影響膜法除濕的重要因素，膜材料的好壞決定著整個(gè)除濕過程性能。而電化學(xué)除濕是一種非常新穎的除濕方法，其技術(shù)不夠成熟；而且除濕過程中需要直流電源，能源利用并不高。

現(xiàn)有膜的缺點(diǎn)是難以同時(shí)滿足高透濕量與阻擋其它氣體分子透過的矛盾和膜材料本身導(dǎo)熱系數(shù)過高導(dǎo)致的能量損耗過大，而且制備成本太高，所用材料不環(huán)境友好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。該自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜能用于實(shí)現(xiàn)空氣獨(dú)立除濕或海水淡化；用于空氣獨(dú)立除濕，能夠?qū)崿F(xiàn)空氣高透濕、高機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)極低，對(duì)包括n2的其他氣體分子有強(qiáng)阻擋作用，且能夠減少過程中的顯熱傳遞；用于海水淡化，具有高選擇透過性，能降低設(shè)備要求及能耗，使海水淡化產(chǎn)率提高。

本發(fā)明的目的還在于提供所述的一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的制備方法。該方法采用低毒性溶劑和無毒添加劑，生產(chǎn)過程環(huán)保，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本低。

本發(fā)明的目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。

一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的制備方法，包括如下步驟：

（1）模板的制備：將玻璃基片洗滌干凈，除去表面油污；將高分子聚合物的溶液經(jīng)微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：加熱攪拌下將納米纖維素晶須均勻分散于有機(jī)溶劑中，再加入硅源、酸和去離子水進(jìn)行水解；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置，加入凝膠液進(jìn)行凝膠，將得到的凝膠涂覆于模板具有高分子聚合物的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，并迅速浸泡于溶劑中，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)溶劑交換及表面改性后，干燥，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)高溫焙燒，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述洗滌是將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲20~40min。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述高分子聚合物包括丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述高分子聚合物的溶液的質(zhì)量濃度為10~20wt.%。

進(jìn)一步地，步驟（1）中，所述微孔濾紙的孔徑大小為30~50μm，通過微孔濾紙的過濾除去粒徑大的高分子聚合物纖維渣。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述納米纖維素晶須通過如下方法制備得到：

加熱攪拌下將纖維素粉溶解于濃硫酸中，冷卻至室溫，用蒸餾水離心洗滌至得到不分層的乳狀懸浮液；將得到的乳狀懸浮液透析分離后，得到的晶體經(jīng)水洗、冷凍干燥，得到納米纖維素晶須。

更進(jìn)一步地，所述加熱攪拌是在60~80℃下進(jìn)行攪拌。

更進(jìn)一步地，所述濃硫酸的濃度為50~70wt.%。

更進(jìn)一步地，所述冷卻至室溫是直接加入蒸餾水進(jìn)行冷卻。

更進(jìn)一步地，所述透析是將離心得到的乳狀懸浮液裝入纖維素透析袋中，放入去離子水中透析，直至透析液的ph達(dá)到7.0。

更進(jìn)一步地，所述冷凍干燥是在-30~-50℃進(jìn)行冷凍干燥。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述硅源包括正硅酸甲酯（tmos）、正硅酸乙酯（teos）、甲基三甲氧基硅烷、水玻璃、三甲基乙氧基硅烷和倍半硅氧烷中的一種。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，按照硅源的不同，加入的有機(jī)溶劑不同：硅源為正硅酸甲酯時(shí)，有機(jī)溶劑為二甲基亞砜（dmso）；硅源為正硅酸乙酯時(shí)，有機(jī)溶劑為乙醇；硅源為甲基三甲氧基硅烷時(shí)，有機(jī)溶劑為四氫呋喃；硅源為硅酸鈉時(shí)，有機(jī)溶劑為甲苯；硅源為三甲基乙氧基硅烷或倍半硅氧烷，有機(jī)溶劑為二甲基乙酰胺。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述納米纖維素晶須與有機(jī)溶劑的固液比為5~10：80~100g/ml。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述有機(jī)溶劑與硅源的質(zhì)量比為0.8~1.5：0.3~0.6。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述有機(jī)溶劑與去離子水的體積比為30~50：2~4。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述酸的添加量按酸中氫原子與硅源中的硅原子摩爾比為10^-5~10^-3：1~3添加，添加酸后溶液的ph為5~6。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述加熱攪拌是在40~80℃進(jìn)行加熱攪拌。

進(jìn)一步地，步驟（2）中，所述水解的溫度為40~80℃，時(shí)間為6~12h。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述靜置的時(shí)間為24~48h。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述凝膠液包括氨水、乙醇、二甲基亞砜和六甲基二硅胺烷中的一種以上。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述凝膠是加入凝膠液使膠體粘度達(dá)到7~20cp。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述溶劑包括乙醇、正硅酸乙酯和二甲基亞砜中的一種以上。

進(jìn)一步地，步驟（3）中，所述浸泡的時(shí)間為24~72h，且每隔8~16h更換一次溶劑。

進(jìn)一步地，步驟（4）中，所述是采用二甲基亞砜、正己烷、正庚烷和正丁烷中的一種在恒溫40~60℃下置換出硅溶膠中的步驟（3）浸泡采用的溶劑，再用三甲基氯硅烷（tmcs）的溶液浸漬24-48h進(jìn)行表面改性。

更進(jìn)一步地，所述三甲基氯硅烷的溶液的溶劑采用正己烷、正庚烷和正丁烷中的一種，其中，三甲基氯硅烷與溶劑的體積比為1：9~15。

進(jìn)一步地，步驟（4）中，所述干燥是在80~120℃常壓干燥24~48h。

進(jìn)一步地，步驟（4）中，所述高溫焙燒的溫度為350~450℃，時(shí)間為4~8h。

進(jìn)一步地，步驟（1）、（3）中，所述涂覆是用刮刀進(jìn)行手工刮膜或用機(jī)械涂膜機(jī)進(jìn)行涂膜。

由上述任一項(xiàng)所述的制備方法制得的一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜，為sio2多孔骨架結(jié)構(gòu)自支撐的單層薄膜，厚度為150~300μm；所述sio2多孔骨架結(jié)構(gòu)為三維立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；煅燒后的高分子膜完全脫除，在最終得的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜中，不包括步驟（1）成型的高分子膜。

進(jìn)一步地，所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜包括平板膜以及中空纖維膜兩種膜型；所述中空纖維膜由所述平板膜卷制而成。

平板膜的相對(duì)單位膜面積通量大，抗污染性好；而中空纖維膜的單位體積膜面積填充密度大，造價(jià)低。

進(jìn)一步地，所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)為0.02~0.03w/(mk)。

所述的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜能用于實(shí)現(xiàn)空氣獨(dú)立除濕或海水淡化。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

（1）本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜具有高透濕、高選擇滲透性，在相同實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)水蒸氣的交換速率比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜提高50~200%；

（2）本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜具有高強(qiáng)度，薄膜中含有納米纖維素晶須，大大增強(qiáng)了氣凝膠薄膜的機(jī)械性能；

（3）本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠具有良好絕熱性，二氧化硅氣凝膠為低導(dǎo)熱材料，在合適粘度下制成薄膜形態(tài)，能大大降低薄膜的導(dǎo)熱系數(shù)，測(cè)量得到薄膜導(dǎo)熱系數(shù)為0.02~0.03w/(mk)，比傳統(tǒng)固體復(fù)合膜導(dǎo)熱系數(shù)低50%~90%，且相比常用的聚偏氟乙烯（pvdf）膜（0.17w/(mk)）降低了82.3%~88.2%，實(shí)際應(yīng)用意義重大；

（4）本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜具有孔隙率極高的優(yōu)點(diǎn)，孔隙率達(dá)到80~95%；

（5）本發(fā)明的制備方法簡(jiǎn)單、易操作，采用低毒性溶劑和無毒添加劑，生產(chǎn)過程環(huán)保，設(shè)備要求低，成膜性好，生產(chǎn)成本低。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的平板膜型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的中空纖維膜型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1所示的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的平板膜用于除濕器和海水淡化器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖2所示的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的中空纖維膜用于除濕器和海水淡化器的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了更好地理解本發(fā)明，以下結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，對(duì)于未特別注明的工藝參數(shù)，可參照常規(guī)技術(shù)進(jìn)行。

本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的單層膜平板膜型和中空纖維膜型的結(jié)構(gòu)示意圖分別如圖1和圖2所示，均為具有sio2多孔支撐骨架的單層薄膜，厚度為150~300μm；如圖1的平板膜1和圖2的中空纖維膜2的單層多孔支架均為三維立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；平板膜1相對(duì)的單位膜面積通量大，抗污染性好；而中空纖維膜2由平板膜1卷制而成，單位體積膜面積填充密度大，造價(jià)低；

平板膜用于空氣獨(dú)立除濕和海水淡化：

將本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的平板膜用于空氣獨(dú)立除濕器和海水淡化器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3所示，空氣獨(dú)立除濕器和海水淡化器均為平板膜的芯體，將平板膜制成與芯體底面大小相等的自支撐高透濕絕熱氣凝膠底膜；芯體包括溶液通道入口3、溶液通道出口4、空氣通道入口5、空氣通道出口6和自支撐高透濕絕熱氣凝膠底膜7；所述芯體為溶液通道與空氣通道交錯(cuò)相間層疊的四方體芯體，且溶液通道入口3與空氣通道入口5分別在相鄰的兩個(gè)側(cè)面，溶液通道出口4和空氣通道出口6分別在四面體另外兩個(gè)相鄰的側(cè)面，溶液通道入口3與溶液通道出口4連通且處于相對(duì)的側(cè)面，空氣通道入口5和空氣通道出口6連通且處于相對(duì)的側(cè)面，使工作過程中溶液與空氣成叉流；溶液通道與空氣通道的層疊為采用底膜7進(jìn)行分隔，保證溶液通道和空氣通道的上下底均為自支撐高透濕絕熱氣凝膠底膜7。

芯體用于空氣獨(dú)立除濕的工作過程中，除濕溶液由溶液通道入口3進(jìn)入溶液通道，高溫高濕的室外空氣由空氣通道入口5進(jìn)入空氣通道，除濕溶液與室外空氣形成叉流，在芯體中完成熱量與水分的熱濕交換；熱濕交換后的低濕度空氣由空氣通道出口6排出，熱濕交換后的除濕溶液由溶液通道出口4排出，達(dá)到獨(dú)立調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度的目的；

芯體用于海水淡化的工作過程中，加熱過的海水從溶液通道入口3進(jìn)入溶液通道內(nèi)，空氣從空氣通道入口5進(jìn)入空氣通道內(nèi)，加熱過的海水與空氣形成叉流；在芯體內(nèi)，加熱過的海水對(duì)空氣進(jìn)行加濕，得到高濕度的空氣；淡化后的海水從溶液通道出口4排出，而加濕后的空氣從空氣通道6排出并經(jīng)過水冷換熱器析出純凈水，從而達(dá)到海水淡化的目的。

中空纖維膜用于空氣獨(dú)立除濕和海水淡化：

將本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的中空纖維膜用于空氣獨(dú)立除濕器和海水淡化器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4所示，空氣獨(dú)立除濕器和海水淡化器均為上下底面封閉而四周側(cè)面未封閉的殼體；將平板膜卷制成中空纖維膜管8，并將多根中空纖維膜管8集合成具有間隙的管束，管束兩端分別固定在殼體上且中空纖維管8的端口均未封閉，使中空纖維管8作為溶液通道；中空纖維管8的一端口為溶液通道入口3，另一端口為溶液出口4；與溶液通道入口3相鄰的未封閉的側(cè)面為空氣通道入口5，與空氣通道入口5相對(duì)的另一未封閉側(cè)面為空氣通道出口6；空氣進(jìn)入殼體后與溶液形成叉流；

殼體用于獨(dú)立空氣除濕的工作過程中，除濕溶液由溶液通道入口3進(jìn)入中空纖維管8形成的溶液通道內(nèi)，高溫高濕的室外空氣由溶液通道入口3相鄰的側(cè)面即空氣通道入口5進(jìn)入殼體內(nèi)，室外空氣與除濕溶液形成叉流，進(jìn)行熱量與水分的熱濕交換；熱濕交換后得到的低濕度空氣從空氣通道出口6排出，經(jīng)熱濕交換后的除濕溶液從溶液通道出口4排出，達(dá)到獨(dú)立調(diào)節(jié)室內(nèi)空氣濕度的目的；

殼體用于海水淡化的工作過程中，加熱過的海水從溶液通道入口3進(jìn)入中空纖維素管8內(nèi)，空氣從空氣通道入口5進(jìn)入殼體內(nèi)，加熱過的海水與空氣形成叉流；在殼體內(nèi)，加熱過的海水對(duì)空氣進(jìn)行加濕，得到高濕度的空氣；淡化后的海水從溶液通道出口4排出，而加濕后的空氣從空氣通道6排出并經(jīng)過水冷換熱器析出純凈水，從而達(dá)到海水淡化的目的。

本發(fā)明具體實(shí)施例中的納米纖維素晶須通過如下方法制備，具體包括如下步驟：

60~80℃加熱攪拌下，將纖維素粉溶解于濃度為50~70wt.%的濃硫酸中，加入蒸餾水冷卻至室溫，并用蒸餾水離心洗滌至得到不分層的乳狀懸浮液；將得到的乳狀懸浮液裝入纖維素透析袋中，放入去離子水中透析，直至透析液的ph達(dá)到7.0，得到的晶體經(jīng)蒸餾水洗滌、-30~-50℃冷凍干燥，得到納米纖維素晶須。

實(shí)施例1

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲20min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為10wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為150μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：50℃加熱攪拌下將5g納米纖維素晶須均勻分散于100ml的二甲基亞砜中，再加入22.4ml正硅酸甲酯、0.1ml濃度為0.1mol/l的鹽酸和2ml去離子水，添加酸后溶液的ph為5，50℃下進(jìn)行水解6h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入1ml濃度為0.357mol/l的氨水和32.15ml二甲基亞砜進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到7cp，將得到的凝膠涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為150μm，并迅速于乙醇中浸泡24h，期間更換乙醇3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)二甲基亞砜溶劑在恒溫60℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正己烷=1：9的混合溶液浸漬24h進(jìn)行表面改性后，100℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

制備得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為150μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.025w/(mk)，孔隙率為90%，抗拉強(qiáng)度為1.7mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為80%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高100%。

實(shí)施例2

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲40min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為20wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為200μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：50℃加熱攪拌下將3g納米纖維素晶須均勻分散于50ml的乙醇中，再加入27.2ml正硅酸乙酯、1ml濃度為0.1mol/l的草酸和4ml去離子水，添加酸后溶液的ph為5.5，50℃下進(jìn)行水解12h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入0.5ml濃度為10mol/l的濃氨水和10ml乙醇進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到10cp，將得到的凝膠涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為200μm，并迅速于二甲基亞砜中浸泡24h，期間更換二甲基亞砜3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正己烷在恒溫40℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正己烷=1：10的混合溶液浸漬32h進(jìn)行表面改性后，80℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)450℃高溫焙燒8小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

制備得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為200μm，為平板膜，通過卷制形成中空纖維膜，中空纖維膜的導(dǎo)熱系數(shù)為0.02w/(mk)，孔隙率為95%，強(qiáng)度為1.3mpa，對(duì)水蒸氣的交換速率為120%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高200%。

實(shí)施例3

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲30min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為15wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為300μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：80℃加熱攪拌下將10g納米纖維素晶須均勻分散于90ml的四氫呋喃中，再加入18.2ml甲基三甲氧基硅烷、0.5ml濃度為0.1mol/l的磷酸和3ml去離子水，添加酸后溶液的ph為6，50℃下進(jìn)行水解8h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置48h，加入5ml的六甲基二硅胺烷進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到8cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為200μm，并迅速于乙醇中浸泡24h，期間更換乙醇3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正庚烷在恒溫50℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正庚烷=1：15的混合溶液浸漬48h進(jìn)行表面改性后，120℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

制備得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為300μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03w/(mk)，孔隙率為80%，強(qiáng)度為2.0mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為60%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高50%。

實(shí)施例4

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲20min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為15wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為200μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：40℃加熱攪拌下將10g納米纖維素晶須均勻分散于100ml的甲苯中，再加入30.12ml的水玻璃（純物質(zhì)）、0.01ml濃度為2mol/l的磷酸和3ml去離子水，添加酸后溶液的ph為5.5，50℃下進(jìn)行水解8h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置48h，加入0.5ml濃度為10mol/l的濃氨水和46.12ml乙醇進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到10cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為150μm，并迅速于乙醇和正硅酸乙酯的混合溶液（4：1v/v）中浸泡24h，期間更換混合溶液3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正庚烷在恒溫40℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正庚烷=1：9的混合溶液浸漬24h進(jìn)行表面改性后，120℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為200μm，為平板膜，通過卷制形成中空纖維膜，中空纖維膜導(dǎo)熱系數(shù)為0.0289w/(mk)，孔隙率為85%，強(qiáng)度為1.8mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為100%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高150%。

實(shí)施例5

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲40min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為18wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為200μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：40℃加熱攪拌下將10g納米纖維素晶須均勻分散于90ml的甲苯中，再加入27.82ml的水玻璃、0.05ml濃度為0.5mol/l的磷酸和2ml去離子水，添加酸后溶液的ph為6，50℃下進(jìn)行水解10h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置48h，加入0.3ml濃度為10mol/l的濃氨水和56.84ml乙醇進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到8cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為300μm，并迅速于正硅酸乙酯中浸泡48h，期間更換正硅酸乙酯3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正丁烷在恒溫40℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正丁烷=1：9的混合溶液浸漬24h進(jìn)行表面改性后，80℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為150μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.027w/(mk)，孔隙率為90%，強(qiáng)度為1.9mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為90%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高125%。

實(shí)施例6

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲25min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為12wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為250μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：40℃加熱攪拌下將8g納米纖維素晶須均勻分散于92ml的二甲基乙酰胺中，再加入22.4ml甲基三乙氧基硅烷、2ml濃度為0.05mol/l的鹽酸和3.5ml去離子水，添加酸后溶液的ph為5，50℃下進(jìn)行水解8h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入0.6ml濃度為10mol/l的濃氨水進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到9cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為200μm，并迅速于乙醇中浸泡48h，期間更換乙醇3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正丁烷在恒溫50℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正丁烷=1：9的混合溶液浸漬32h進(jìn)行表面改性后，80℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為180μm，為平板膜，通過卷制形成中空纖維膜，中空纖維膜導(dǎo)熱系數(shù)為0.029w/(mk)，孔隙率為87%，強(qiáng)度為1.4mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為70%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高75%。

實(shí)施例7

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲30min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為16wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為210μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：60℃加熱攪拌下將15g納米纖維素晶須均勻分散于85ml的二甲基乙酰胺中，再加入17.2ml甲基三甲氧基硅烷、1.5ml濃度為0.1mol/l的鹽酸和3.5ml去離子水，添加酸后溶液的ph為6，50℃下進(jìn)行水解7h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入0.3ml濃度為10mol/l的濃氨水進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到10cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為150μm，并迅速于乙醇中浸泡48h，期間更換乙醇3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正丁烷在恒溫60℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正己烷=1：12的混合溶液浸漬48h進(jìn)行表面改性后，80℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為300μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0289w/(mk)，孔隙率為92%，強(qiáng)度為2.0mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為85%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高112.5%。

實(shí)施例8

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲35min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為20wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為150μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：40℃加熱攪拌下將5g納米纖維素晶須均勻分散于95ml的二甲基乙酰胺中，再加入22.4ml倍半氧硅烷、2ml濃度為0.5mol/l的草酸和3.5ml去離子水，添加酸后溶液的ph為25，80℃下進(jìn)行水解12h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入1ml濃度為10mol/l的濃氨水進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到7cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為200μm，并迅速于乙醇和正硅酸乙酯的混合溶液（乙醇：正硅酸乙酯=1：4v/v）中浸泡48h，期間更換混合溶液3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正丁烷在恒溫40℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正己烷=1：15的混合溶液浸漬32h進(jìn)行表面改性后，80℃下常壓干燥48h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為250μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.03w/(mk)，孔隙率為83%，強(qiáng)度為1.8mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為95%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高137.5%。

實(shí)施例9

（1）模板的制備：將玻璃基片依次浸泡在乙醇、丙酮以及去離子水中分別超聲20min洗滌干凈，除去表面油污，將濃度為10wt.%的丙烯酰胺/2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸三元共聚物（pams）的溶液經(jīng)孔徑30~50μm的微孔濾紙過濾后涂覆在玻璃基片上，涂覆厚度為250μm，得到模板，待用；

（2）納米纖維素的水解：40℃加熱攪拌下將12g納米纖維素晶須均勻分散于88ml的二甲基乙酰胺中，再加入27.2ml倍半氧硅烷、1ml濃度為0.8mol/l的草酸和2ml去離子水，添加酸后溶液的ph為5，80℃下進(jìn)行水解6h；

（3）氣凝膠薄膜的制備：水解結(jié)束后，靜置24h，加入1.5ml濃度為10mol/l的濃氨水進(jìn)行凝膠，使膠體粘度達(dá)到8cp，將得到的凝膠用機(jī)械涂膜機(jī)涂覆于模板具有pams的一側(cè)上形成氣凝膠薄膜，厚度為300μm，并迅速于乙醇和正硅酸乙酯的混合溶液（4：1v/v）中浸泡72h，期間更換混合溶液3次，取出，得到負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板；

（4）氣凝膠薄膜的后處理：將負(fù)載有氣凝膠薄膜的模板經(jīng)正丁烷在恒溫40℃下置換出硅溶膠中的乙醇，再用體積比為tmcs：正己烷=1：10的混合溶液浸漬48h表面進(jìn)行改性后，80℃下常壓干燥72h，從玻璃基片上剝離得到氣凝膠薄膜，經(jīng)350℃高溫焙燒4小時(shí)，得到所述自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜。

得到的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的厚度為150μm，為平板膜，導(dǎo)熱系數(shù)為0.0295w/(mk)，孔隙率為87%，強(qiáng)度為1.5mpa，對(duì)水蒸氣的交換效率為110%，比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜（40%）提高175%。

本發(fā)明的一種自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜能用于實(shí)現(xiàn)空氣除濕與海水淡化，該自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜為三維多孔網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)熱系數(shù)極低，集高強(qiáng)度、高透濕量、高選擇滲透性以及絕熱性于一體；測(cè)試表明，同樣實(shí)驗(yàn)條件下，水蒸氣交換速率比傳統(tǒng)的固體復(fù)合膜提高50~200%，導(dǎo)熱系數(shù)低50%~90%；同時(shí)，本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜具有孔隙率高的優(yōu)點(diǎn)；本發(fā)明的自支撐高透濕絕熱氣凝膠薄膜的制備方法簡(jiǎn)單、易操作，設(shè)備投資少，孔隙率高、成膜性好。