硅膠孔徑對吸附劑吸濕性能及制冷特性的影響

卜憲標(biāo)，王令寶，馬偉斌

(中國科學(xué)院廣州能源研究所可再生能源與天然氣水合物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510640)

摘要：為開發(fā)出一種適用于吸附制冷的高性能吸附劑，選擇了3種不同孔徑的商用硅膠，孔徑分別是2。3、4.7、8～10 rim，利用浸泡的方法將氯化鈣嵌入硅膠微孔內(nèi)來制備復(fù)合吸附劑，并對吸附劑的吸附性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測試.測試結(jié)果表明：對于2～3nm的硅膠，由于孔徑較小，氯化鈣的浸入堵塞或者部分堵塞了水進(jìn)入硅膠的傳質(zhì)通道，導(dǎo)致復(fù)合吸附劑不論是吸附量還是吸附速率與純硅膠相比都沒有提高;而對于4～7 nm和8～10 nm的硅膠，其復(fù)合吸附劑不論是吸附量還是吸附速率都較其相應(yīng)的純硅膠有大幅提高.復(fù)合吸附劑在20%濕度下吸附20 min和2 h的吸附量分別是8.08 g/100 g和15.7 g/100 g，在同等工況下，純硅膠的吸附量分別是1.96 g/100 g和2.0 g/100 g.用制備的復(fù)合吸附劑制作了一臺小型吸附制冷機(jī)并進(jìn)行了測試，當(dāng)熱源溫度為90%，冷卻水溫度為35。C時(shí)，在整個(gè)循環(huán)周期內(nèi)(15 min)，制冷功率為1.03 kW，單位質(zhì)量吸附劑的制冷功率(SCP)為128.3 W/kg，性能系數(shù)(COP)為0.27.

關(guān)鍵詞：硅膠孔徑;硅膠/氯化鈣復(fù)合吸附劑;吸附量;吸附制冷;制冷功率

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20120806.1438.006.html

中圖分類號：TB64文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：1006-7043(2012)08-0989-07

Effect of pore size of silica gel on the water uptakeand refrigeration of composite adsorbentBU Xianbiao，WANG Lingbao，MA Weibin(Guangzhou Institute of Energy Conversion，Key Laboratory of Renewable Energy and Gas Hydrate，Chinese Academy of Sciences，Guangzhou 510640，China)Abstract：To develop a high performance adsorbent for adsorption refrigeration，three kinds of commercial silica gelwith pore sizes of 2～3 nm，4～7 nm，and 8～10 nm，respectively，were used for preparing composite adsorbentsby soaking them into the solution of calcium chloride.After that，the performances of composite adsorbents weretested by the experimental method.The testing results indicate that both the adsorption amount and adsorption rateof composite adsorbents for the 4～7nm andlOnm silica gel improve greatly compared to pure silica gel，butdoes not improve for the 2—-3 am silica gel due to the much smaller pore size which may block the inner channelwhen the pore is filled by CaCl2.The water uptake of the composite adsorbent is 8.08 g/100 g and 15.7 g/100 g，respectively，at a relative humidity of 20%and adsorption time of 20 min and 2 hours，but the water uptake of puresilica gel is 1.96 g/1 00 g and 2.0 g/1 00 g，respectively，under the same conditions.Furthermore，an adsorptionchiller was produced by using composite adsorbents.The performance testing of the adsorption chiller shows that thecooling capacity，SCP，and COP are 1.03 kW，128.3 W/kg，and 0.27，respectively，when the hot water temperature，cooling water temperature，and circulation time are 90℃，35℃，and 15 min，respectively.

Keywords：pore size;silica gel/calcium chloride composite adsorbent。。adsorption amount;tion;

吸附式制冷系統(tǒng)不使用氟里昂工質(zhì)，結(jié)構(gòu)簡單、

收稿日期：2011-08-02. 網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2012—8-6 14：38.

基金項(xiàng)目：中科院院長基金資助項(xiàng)目(y007y51001);廣東省外專局基

金資助項(xiàng)目(y006051001).

作者簡介：卜憲標(biāo)(1979)，男，副研究員，博士.

不消耗高品位能源，具有節(jié)能減排的優(yōu)點(diǎn)，成為近年來各國學(xué)者競相研究的課題Ⅲ1.且前吸附制冷常用的吸附工質(zhì)對有活性炭. 甲醇、沸石分子篩.水、硅膠一水、金屬氫化物.氫和氯化鈣一氨等㈨.但從實(shí)用化的成果來看，吸附制冷技術(shù)還存在著單位吸附劑的制冷功率低、循環(huán)吸附量小和吸附速率較慢等問題H引，這些問題的本質(zhì)即傳熱傳質(zhì)問題.解決上述問題的關(guān)鍵是研制出一種再生溫度低并具有高傳熱傳質(zhì)性能的吸附制冷工質(zhì)對.高性能吸附制冷工質(zhì)對的核心是高效吸附劑的研制開發(fā).硅膠與水組成的吸附工質(zhì)對具有再生溫度低的優(yōu)點(diǎn)，但是硅膠的吸水量一般只有10%～20%，而且吸附速率慢，導(dǎo)致吸附制冷統(tǒng)體積龐大，造價(jià)高.氯化鈣對水的吸附量達(dá)到50%～60%，但是氯化鈣吸附劑在使用過程中容易出現(xiàn)膨脹結(jié)塊、傳質(zhì)阻力增大等問題∞一J.針對上述問題，如果能利用硅膠豐富的微孔結(jié)構(gòu)和巨大的比表面積，將氯化鈣嵌入硅膠的微孔內(nèi)，應(yīng)該可以提高吸附量，同時(shí)能夠防止氯化鈣的膨脹結(jié)塊坤引.目前國際上對這種復(fù)合型吸附劑的研究比較門¨0。如氯化鈣和硅膠復(fù)合、氯化鍶和硅膠復(fù)合、氯化鋰和分子篩復(fù)合等，并已經(jīng)開發(fā)出了一些高性能的吸附劑，比如氯化鈣嵌入中孔硅膠所制備的復(fù)合吸附劑SWS一1L.目前商業(yè)化的硅膠有多種，其孔徑、比表面積和微孔容積各不相同.在制備硅膠基復(fù)合吸附劑時(shí)，到底選用哪一種硅膠制備的復(fù)合吸附劑吸附性能較高，目前國內(nèi)外對這方面的研究較少.Aristov等¨41研究了孔徑對SBA(納米結(jié)構(gòu)的中孑L硅膠)復(fù)合吸附劑性能的影響，所選SBA的孔徑分別為8.1 nm和11.8 nm.為開發(fā)出一種適用于中低溫余熱吸附制冷的高性能吸附劑，本文利用浸泡的方法將氯化鈣嵌入3種不同孔徑的硅膠微孔內(nèi)來制備復(fù)合吸附劑，通過測試并比較復(fù)合吸附劑的吸附量和吸附速率，優(yōu)選出z*佳的制備制冷用復(fù)合吸附劑的硅膠，并對利用復(fù)合吸附劑制作的小型吸附制冷機(jī)進(jìn)行了簡單的性能測試.