硅膠孔徑對吸附劑吸濕性能及制冷特性的影響

卜憲標，王令寶，馬偉斌

(中國科學院廣州能源研究所可再生能源與天然氣水合物重點實驗室，廣東廣州510640)

摘要：為開發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來制備復合吸附劑，并對吸附劑的吸附性能進行了實驗測試.測試結果表明：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入硅膠的傳質通道，導致復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，其復合吸附劑不論是吸附量還是吸附速率都較其相應的純硅膠有大幅提高.復合吸附劑在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.用制備的復合吸附劑制作了一臺小型吸附制冷機并進行了測試，當熱源溫度為90%，冷卻水溫度為35。C時，在整個循環周期內(15 min)，制冷功率為1.03 kW，單位質量吸附劑的制冷功率(SCP)為128.3 W/kg，性能系數(COP)為0.27.

關鍵詞：硅膠孔徑;硅膠/氯化鈣復合吸附劑;吸附量;吸附制冷;制冷功率

網絡出版地址：http：//www.cnki.net/kcms/detail/23.1390.U.20120806.1438.006.html

中圖分類號：TB64文獻標志碼：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;

吸附式制冷系統不使用氟里昂工質，結構簡單、

收稿日期：2011-08-02. 網絡出版時間：2012—8-6 14：38.

基金項目：中科院院長基金資助項目(y007y51001);廣東省外專局基

金資助項目(y006051001).

作者簡介：卜憲標(1979)，男，副研究員，博士.

不消耗高品位能源，具有節能減排的優點，成為近年來各國學者競相研究的課題Ⅲ1.且前吸附制冷常用的吸附工質對有活性炭. 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.但從實用化的成果來看，吸附制冷技術還存在著單位吸附劑的制冷功率低、循環吸附量小和吸附速率較慢等問題H引，這些問題的本質即傳熱傳質問題.解決上述問題的關鍵是研制出一種再生溫度低并具有高傳熱傳質性能的吸附制冷工質對.高性能吸附制冷工質對的核心是高效吸附劑的研制開發.硅膠與水組成的吸附工質對具有再生溫度低的優點，但是硅膠的吸水量一般只有10%～20%，而且吸附速率慢，導致吸附制冷統體積龐大，造價高.氯化鈣對水的吸附量達到50%～60%，但是氯化鈣吸附劑在使用過程中容易出現膨脹結塊、傳質阻力增大等問題∞一J.針對上述問題，如果能利用硅膠豐富的微孔結構和巨大的比表面積，將氯化鈣嵌入硅膠的微孔內，應該可以提高吸附量，同時能夠防止氯化鈣的膨脹結塊坤引.目前國際上對這種復合型吸附劑的研究比較門¨0。如氯化鈣和硅膠復合、氯化鍶和硅膠復合、氯化鋰和分子篩復合等，并已經開發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合吸附劑SWS一1L.目前商業化的硅膠有多種，其孔徑、比表面積和微孔容積各不相同.在制備硅膠基復合吸附劑時，到底選用哪一種硅膠制備的復合吸附劑吸附性能較高，目前國內外對這方面的研究較少.Aristov等¨41研究了孔徑對SBA(納米結構的中孑L硅膠)復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來制備復合吸附劑，通過測試并比較復合吸附劑的吸附量和吸附速率，優選出z*佳的制備制冷用復合吸附劑的硅膠，并對利用復合吸附劑制作的小型吸附制冷機進行了簡單的性能測試.