硅胶孔径对吸附剂吸湿性能及制冷特性的影响

硅胶孔径对吸附剂吸湿性能及制冷特性的影响

卜宪标，王令宝，马伟斌

(中国科学院广州能源研究所可再生能源与天然气水合物重点实验室，广东广州510640)

摘要：为开发出一种适用于吸附制冷的高性能吸附剂，选择了3种不同孔径的商用硅胶，孔径分别是2。3、4.7、8～10 rim，利用浸泡的方法将氯化钙嵌入硅胶微孔内来制备复合吸附剂，并对吸附剂的吸附性能进行了实验测试.测试结果表明：对于2～3nm的硅胶，由于孔径较小，氯化钙的浸入堵塞或者部分堵塞了水进入硅胶的传质通道，导致复合吸附剂不论是吸附量还是吸附速率与纯硅胶相比都没有提高;而对于4～7 nm和8～10 nm的硅胶，其复合吸附剂不论是吸附量还是吸附速率都较其相应的纯硅胶有大幅提高.复合吸附剂在20%湿度下吸附20 min和2 h的吸附量分别是8.08 g/100 g和15.7 g/100 g，在同等工况下，纯硅胶的吸附量分别是1.96 g/100 g和2.0 g/100 g.用制备的复合吸附剂制作了一台小型吸附制冷机并进行了测试，当热源温度为90%，冷却水温度为35。C时，在整个循环周期内(15 min)，制冷功率为1.03 kW，单位质量吸附剂的制冷功率(SCP)为128.3 W/kg，性能系数(COP)为0.27.

关键词：硅胶孔径;硅胶/氯化钙复合吸附剂;吸附量;吸附制冷;制冷功率

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

中图分类号：TB64文献标志码：A文章编号：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;

吸附式制冷系统不使用氟里昂工质，结构简单、

收稿日期：2011-08-02. 网络出版时间：2012—8-6 14：38.

基金项目：中科院院长基金资助项目(y007y51001);广东省外专局基

金资助项目(y006051001).

作者简介：卜宪标(1979)，男，副研究员，博士.

不消耗高品位能源，具有节能减排的优点，成为近年来各国学者竞相研究的课题Ⅲ1.且前吸附制冷常用的吸附工质对有活性炭. 甲醇、沸石分子筛.水、硅胶一水、金属氢化物.氢和氯化钙一氨等㈨.但从实用化的成果来看，吸附制冷技术还存在着单位吸附剂的制冷功率低、循环吸附量小和吸附速率较慢等问题H引，这些问题的本质即传热传质问题.解决上述问题的关键是研制出一种再生温度低并具有高传热传质性能的吸附制冷工质对.高性能吸附制冷工质对的核心是高效吸附剂的研制开发.硅胶与水组成的吸附工质对具有再生温度低的优点，但是硅胶的吸水量一般只有10%～20%，而且吸附速率慢，导致吸附制冷统体积庞大，造价高.氯化钙对水的吸附量达到50%～60%，但是氯化钙吸附剂在使用过程中容易出现膨胀结块、传质阻力增大等问题∞一J.针对上述问题，如果能利用硅胶丰富的微孔结构和巨大的比表面积，将氯化钙嵌入硅胶的微孔内，应该可以提高吸附量，同时能够防止氯化钙的膨胀结块坤引.目前国际上对这种复合型吸附剂的研究比较门¨0。如氯化钙和硅胶复合、氯化锶和硅胶复合、氯化锂和分子筛复合等，并已经开发出了一些高性能的吸附剂，比如氯化钙嵌入中孔硅胶所制备的复合吸附剂SWS一1L.目前商业化的硅胶有多种，其孔径、比表面积和微孔容积各不相同.在制备硅胶基复合吸附剂时，到底选用哪一种硅胶制备的复合吸附剂吸附性能较高，目前国内外对这方面的研究较少.Aristov等¨41研究了孔径对SBA(纳米结构的中孑L硅胶)复合吸附剂性能的影响，所选SBA的孔径分别为8.1 nm和11.8 nm.为开发出一种适用于中低温余热吸附制冷的高性能吸附剂，本文利用浸泡的方法将氯化钙嵌入3种不同孔径的硅胶微孔内来制备复合吸附剂，通过测试并比较复合吸附剂的吸附量和吸附速率，优选出最佳的制备制冷用复合吸附剂的硅胶，并对利用复合吸附剂制作的小型吸附制冷机进行了简单的性能测试.