CN102211016A - 一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料及其制备方法，包括炭基材料和氯化钙，炭基为活性炭颗粒或活性炭纤维；其中，活性炭颗粒和氯化钙的质量比为36∶31～15∶1，活性炭纤维和氯化钙的质量比为13∶40～5∶23。制备方法包括：通过浸渍法将活性炭颗粒或活性炭纤维在真空常温下浸泡于质量百分比浓度为10％-40％的氯化钙水溶液中12～24小时，然后在120～140℃下干燥12～24小时即得。本发明具备较高的吸湿能力，物理化学性质稳定，实用性强；本发明的制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

Description

一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料及其制备方法

技术领域

本发明属于复合吸湿材料及其制备领域，特别涉及一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料及其制备方法。

背景技术

在空气调节除湿领域，由于常规的机械冷凝除湿技术能耗较大，并且其制冷工质对环境具有一定的不良影响，所以固体吸附剂得到了广泛的应用。采用固体吸附式除湿，可以实现温、湿度独立控制，有效利用余热废热，具有一定的节能性，并能提高室内空气品质。另外，近几年兴起了吸附式制冷技术，各类吸附剂与水作为其工作对得到了广泛的研究，其主要核心技术为吸附剂-吸附质的吸附-解吸循环。因此，吸附剂对水的吸附、解吸循环性能对提高系统的运行效率具有重要的影响。

在空气取水领域，利用固体吸附材料对空气中的水蒸气进行吸附，通过解吸冷凝得到液态淡水，这对于解决干旱地区的生活用水具有重要的意义。相比于制冷结露法、溶液吸收法、海水淡化法等取水方式，固体吸附-解吸法更具有实用性，并且取水效率较高，设备布置简单可靠。

目前，应用较多的固体吸湿材料主要有硅胶、分子筛、活性炭、活性炭纤维、活性氧化铝等多孔吸湿材料和溴化锂、氯化锂、氯化钙等无机吸湿性盐类。传统的多孔材料主要通过物理吸附的方式与水蒸气结合，其吸湿速度较快，但是其吸附量普遍较低，吸湿效果较差。单纯的无机吸湿盐类，其吸湿性能较强，与水蒸气的作用主要为化学吸附和溶液吸收，但其吸湿后液解，使氯化钙溶解成溶液从载体上溢出，易造成吸湿剂流失以及腐蚀设备等问题，所以其应用有很大的局限性。对吸湿材料的改性研究得到了广泛的关注，利用多孔材料与无机吸湿盐制得复合吸湿剂的技术，由于其吸湿性能以及使用可靠性较强等特点，得到了广泛应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料及其制备方法，该材料具备较高的吸湿能力，物理化学性质稳定，实用性强；制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

本发明的一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料，包括炭基材料和氯化钙，炭基为活性炭颗粒或活性炭纤维；其中，活性炭颗粒和氯化钙的质量比为36∶31～15∶1，活性炭纤维和氯化钙的质量比为13∶40～5∶23。

所述活性炭颗粒比表面积为500-600m²/g，堆积密度为0.5-0.6g/cm³，粒度为4-10目。

所述活性炭纤维比表面积为1000-1200m²/g。

所述复合吸湿材料工作环境温度为20℃-50℃，环境相对湿度为30％-99％。

本发明的一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料的制备方法，包括：

通过浸渍法将活性炭颗粒或活性炭纤维在真空常温下浸泡于质量百分比浓度为10％-40％的氯化钙水溶液中12～24小时，然后在120～140℃下干燥12～24小时即得。

本发明的由活性炭、活性炭纤维等炭基载体与氯化钙无机吸湿性盐制备的复合吸湿剂中，氯化钙能够较好的与炭基载体相互融合，氯化钙均匀布置于其表面或孔道结构中，确定合适的氯化钙浓度，使该复合吸湿剂具有最高的吸湿效率，并且物化性质稳定，是一种理想的空气除湿、空气取水用吸湿材料。

有益效果

(1)本发明采用氯化钙溶液与多孔隙炭基材料充分混合，具备较高的吸湿能力，增大材料的比表面积，固化氯化钙，减弱液解问题的影响，达到了将多孔吸附材料与无机吸湿盐的优点进行最优化结合，物理化学性质稳定，实用性强；

(2)本发明的制备方法工艺简单，成本低，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为20℃，相对湿度50％时活性炭-氯化钙复合吸湿剂的吸湿曲线；

图2为120℃时活性炭-氯化钙复合吸湿剂的解吸曲线；

图3为20℃，相对湿度50％时活性炭纤维-氯化钙复合吸湿剂的吸湿曲线；

图4为120℃时活性炭纤维-氯化钙复合吸湿剂的解吸曲线；

图5为20℃时活性炭-氯化钙复合吸湿剂的等温吸湿线；

图6为20℃时活性炭纤维-氯化钙复合吸湿剂的等温吸湿线。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

将活性炭颗粒炭基(比表面积为500m²/g，堆积密度为0.5g/cm³，粒度为4目)，与10％，20％，30％，40％质量浓度的氯化钙溶液浸泡，活性炭颗粒炭基与氯化钙的质量比为36∶31，浸泡时间为12小时，浸泡条件为常温25℃，隔绝空气。将浸泡后的固体混合物进行过滤，放入恒温干燥箱中干燥12小时，干燥条件为120℃。由此制得不同氯化钙含量的复合吸湿剂材料。

在下述条件下：设定恒温恒湿试验箱的温度为20℃，相对湿度为50％，待其箱内温湿度稳定后，将各类制备得活性炭与氯化钙复合的吸湿材料放入箱内，间隔一定时间测定一次吸湿剂重量，得动态吸湿曲线，如图1所示。

由图1的结果可知，单纯活性炭颗粒的吸湿量较小，只有0.1g水/g吸湿剂，但活性炭-氯化钙复合吸湿剂的吸湿量明显增大，C-40％CaCl₂复合吸湿剂的吸湿量最大，为0.56g水/g吸湿剂，为单纯活性炭的吸湿量的5.6倍。另外，各复合吸湿剂的初始吸湿速率较快，并基本相同。

在吸湿特性的基础上，将吸湿完全后的吸湿剂放置于120℃的恒温干燥箱内，间隔一定时间，用称重法测定其重量变化量，得120℃时的动态解吸曲线，如图2所示。由图2的结果可知，C-40％CaCl₂具有最大的解吸量，随着复合吸湿剂中氯化钙含量的减少，其解吸量呈递减趋势，但其解吸速度呈递增的趋势。

实施例2

将活性炭纤维炭基(比表面积为1000m²/g)，与10％，20％，30％，40％质量浓度的氯化钙溶液浸泡，活性炭纤维炭基与氯化钙的质量比为13∶40，浸泡时间为12小时，浸泡条件为常温25℃，隔绝空气。将浸泡后的固体混合物进行过滤，放入恒温干燥箱中干燥12小时，干燥条件为120℃。由此制得不同氯化钙含量的复合吸湿剂材料。

在下述条件下：设定恒温恒湿试验箱的温度为20℃，相对湿度为50％，待其箱内温湿度稳定后，将各类制备得活性炭与氯化钙复合的吸湿材料放入箱内，间隔一定时间测定一次吸湿剂重量，得动态吸湿曲线，如图3所示。

由图3的结果可知，与单纯的活性炭纤维相比，活性炭纤维-氯化钙复合吸湿剂的吸湿量明显增大，约为单纯活性炭纤维的5-6倍。

在吸湿特性的基础上，将吸湿完全后的吸湿剂放置于120℃的恒温干燥箱内，间隔一定时间，用称重法测定其重量变化量，得120℃时的动态解吸曲线，如图4所示。由图4的结果可知，ACF-30％CaCl₂，ACF-30％CaCl₂具有较大的解吸量。

实施例3

将活性炭颗粒炭基(活性炭颗粒比表面积为600m²/g，堆积密度为0.6g/cm³，粒度为10目)，与10％，20％，30％，40％质量浓度的氯化钙溶液浸泡，活性炭颗粒炭基与氯化钙的质量比为15∶1，浸泡时间为24小时，浸泡条件为常温25℃，隔绝空气。将浸泡后的固体混合物进行过滤，放入恒温干燥箱中干燥24小时，干燥条件为140℃。由此制得不同氯化钙含量的复合吸湿剂材料。

将恒温恒湿试验箱的温度定为20℃，相对湿度依次为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。用称重法测得活性炭-氯化钙复合吸湿材料在各相对湿度下的平衡吸湿量，得20℃时的等温吸湿线，如图5所示。

由图5的结果可知，在30％-90％相对湿度范围内，C-40％CaCl₂复合吸湿剂的平衡吸湿量最大。与其他不同氯化钙含量的复合吸湿剂进行比较，随着氯化钙含量的减少，复合吸湿剂在各相对湿度下的平衡吸湿量递减。随着复合吸湿剂中氯化钙含量的增加，其平衡吸湿量也增大，但其达到吸湿平衡的时间也较长。

实施例4

将活性炭纤维炭基(比表面积为1200m²/g)，与10％，20％，30％，40％质量浓度的氯化钙溶液浸泡，活性炭纤维炭基与氯化钙的质量比为5∶23，浸泡时间为24小时，浸泡条件为常温25℃，隔绝空气。将浸泡后的固体混合物进行过滤，放入恒温干燥箱中干燥24小时，干燥条件为140℃。由此制得不同氯化钙含量的复合吸湿剂材料。

将恒温恒湿试验箱的温度定为20℃，相对湿度依次为30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％。用称重法测得活性炭纤维与-氯化钙复合吸湿材料在各相对湿度下的平衡吸湿量，得20℃时的等温吸湿线，如图6所示。

由图6可以看出，在30％-90％相对湿度范围内，ACF-20％CaCl₂复合吸湿剂的平衡吸湿量最大，其平衡吸湿量可以达到0.94g水/g吸湿剂。其后依次是ACF-30％CaCl₂，ACF-10％CaCl₂，ACF-40％CaCl₂。

Claims (5)

1.一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料，其特征在于：包括炭基材料和氯化钙，炭基为活性炭颗粒或活性炭纤维；其中，活性炭颗粒和氯化钙的质量比为36∶31～15∶1，活性炭纤维和氯化钙的质量比为13∶40～5∶23。

2.根据权利要求1所述的一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料，其特征在于：所述活性炭颗粒比表面积为500-600m²/g，堆积密度为0.5-0.6g/cm³，粒度为4-10目。

3.根据权利要求1所述的一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料，其特征在于：所述活性炭纤维比表面积为1000-1200m²/g。

4.根据权利要求1所述的一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料，其特征在于：所述复合吸湿材料工作环境温度为20℃-50℃，环境相对湿度为30％-99％。

5.一种基于炭基与氯化钙的复合吸湿材料的制备方法，包括：

通过浸渍法将活性炭颗粒或活性炭纤维在真空常温下浸泡于质量百分比浓度为10％-40％的氯化钙水溶液中12～24小时，然后在120～140℃下干燥12～24小时即得。

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