CN102631888A

CN102631888A - 一种提高复合吸附剂传热传质性能的方法

Info

Publication number: CN102631888A
Application number: CN2012101232863A
Authority: CN
Inventors: 马伟斌; 陆振能; 卜宪标; 王令宝
Original assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Current assignee: Guangzhou Institute of Energy Conversion of CAS
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2012-08-15

Abstract

本发明公开了一种提高复合吸附剂传热传质的方法。所用原料为：玉米芯颗粒、金属盐、膨胀石墨、金属粉末、黏结剂、造孔剂和金属管，第一次采用炭化活化对玉米芯进行造孔；第二次造孔通过加入造孔剂或者增孔剂进行造孔，在第一次造孔得到的复合吸附剂中加入膨胀石墨、金属粉末、黏结剂和造孔剂，混合均匀后黏连到金属管壁上进行烧结，烧结过程中黏结剂和造孔剂分解溢出形成第二次造孔。通过加入膨胀石墨和金属粉末加强了复合吸附剂的导热，通过烧结促使膨胀石墨，金属粉末和吸附剂黏结到金属管壁上，从而减小接触热阻。结合采用两种造孔的方法，使复合吸附剂形成发达的空隙结构，提高了传质速率。采解决了强化传热和强化传质不能同时实现的矛盾。

Description

一种提高复合吸附剂传热传质性能的方法

技术领域

本发明属于吸附制冷技术领域，特别涉及一种提高复合吸附剂传热传质性能的方法。

技术背景

吸附式制冷作为一种节能环保的绿色制冷方式受到人们越来越多的关注。一方面，吸附式制冷可采用余热和太阳能驱动，而我国拥有大量的余热和太阳能资源尚未得到有效利用。另一方面，吸附式制冷不采用氟氯烃类制冷剂，对臭氧层不会造成破坏，也不会引起温室效应。另外，固体吸附式制冷还具有结构简单、无运动部件、无噪声、使用寿命长等优点，在家用制冷、船舶制冷和汽车空调中有广泛的应用前景。但是吸附制冷由于受吸附剂的吸附性能和吸附剂导热性能较差的限制，仍无法大规模推广。因此，研制出高传热传质性能的复合吸附剂是实现吸附制冷大规模推广的关键。在提高复合吸附剂的传热传质方面，国内外学者进行了大量的研究。最常用的增加导热性能的方法是往吸附剂中加入导热性能好的物质。但是由于强化传热和强化传质往往不能同时实现，加入导热性能好的材料虽然增加了导热性能，但会影响吸附剂的传质速率。

发明内容：

针对现有技术的上述问题，本发明提出了一种同时提高复合吸附剂的传热和传质性能的方法。

本发明方法所用原料为：玉米芯颗粒、金属盐、膨胀石墨、金属粉末、黏结剂、造孔剂和金属管，通过两次造孔提高复合吸附剂的传质速率，第一次采用炭化活化对玉米芯进行造孔，具体为用金属盐溶液浸渍玉米芯颗粒，干燥后通过炭化活化玉米芯形成多孔；第二次造孔通过加入造孔剂或者增孔剂进行造孔，具体为在第一次造孔得到的复合吸附剂中加入膨胀石墨、金属粉末、黏结剂和造孔剂，混合均匀后黏连到金属管壁上进行烧结，烧结过程中黏结剂和造孔剂分解溢出形成第二次造孔。通过加入膨胀石墨和金属粉末加强了复合吸附剂的导热，通过烧结促使膨胀石墨，金属粉末和吸附剂黏结到金属管壁上，从而减小接触热阻。

本发明方法具体步骤如下：

1)配制金属盐溶液，将玉米芯粉碎后浸渍在金属盐溶液中，待浸渍充分后进行过滤，将过滤得到的混合物放入干燥箱中进行干燥。将干燥后的混合物放入管式炉中进行炭化活化形成复合吸附剂；

所述金属盐溶液选自氯化钙，氯化钡或者氯化锶等溶液，其浓度范围为质量百分浓度为10％-60％。

2)将复合吸附剂与膨胀石墨、金属粉末、黏结剂和造孔剂进行混合，待混合均匀后将混合物黏结到管外壁上，黏结过程在模具中进行，黏结后进行压制成型。将压制成型后黏结有混合物的金属管和模具一起放入管式炉，进行烧结，将金属盐，金属粉末和膨胀石墨混合物烧结在金属管壁上。

所述金属粉末优选为铝粉或锡粉。

所述造孔剂和黏结剂为高温下可分解的高分子材料，在烧结阶段分解掉。

上述过程中，通过两次造孔增强传质，解决了加入导热材料后会减缓传质速率的问题。通过加入膨胀石墨和金属粉末增强了导热，再通过烧结使金属粉末，膨胀石墨和金属盐黏结到金属管壁上，减小吸附剂与金属管壁间的接触热阻，提高了传热性能。

本发明的优点在于：(1)结合采用炭化活化和加造孔剂烧结分解造孔两种造孔的方法，使复合吸附剂形成发达的空隙结构，提高了传质速率。采用加入导热材料后再进行第二次造孔的方法解决了强化传热和强化传质不能同时实现的矛盾；(2)通过加入膨胀石墨和金属粉末提高了复合吸附剂的导热性能；(3)通过烧结的方法将金属盐，膨胀石墨和金属粉末烧结在金属管壁上，减小了吸附剂和换热器的接触热阻，提高了传热性能。吸附剂和金属粉末与换热器的接触牢固，不易脱落。解决了采用黏结的方法造成的吸附剂和换热器黏结不牢，容易脱落的问题。

附图说明

图1是本发明方法的工艺路线图

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本发明做进一步说明。

本实施例的工艺路线如图1所示，具体为：

(1)将玉米芯粉碎成20-35目的颗粒后浸渍在质量百分浓度为10％-60％的金属盐溶液中，金属盐选自氯化钙，氯化钡或氯化锶中的一种或者几种，浸渍时间12-48h，然后滤出混合物进行干燥，干燥温度120℃，干燥时间直至混合物质量不再变化为止。

(2)将干燥后的混合物放入管式炉中进行炭化活化制备复合吸附剂，炭化温度400-700℃，炭化时间1-3小时，炭化氛围为真空或者氮气保护；活化温度400-700℃，活化媒介C02，活化时间1-3小时。炭化活化工艺在吸附剂中创造了丰富的微孔结构提高了传质；

(3)将制备好的复合吸附剂和膨胀石墨、金属粉末、黏结剂和造孔剂混合均匀。复合吸附剂的用量为总质量的30-70％，膨胀石墨的粒径为20-80目；金属粉末为铝粉或锡粉，金属粉末的粒径为100-400目。膨胀石墨和金属粉末的质量和占总质量的20-60％，其中膨胀石墨和金属粉末的相对比例任意。黏结剂可以是淀粉或羧甲基纤维素纳的一种或者两种，造孔剂可以是有机纤维或甲基纤维素中的一种。黏结剂的用量为总质量的4-9％，造孔剂的用量为总质量的2-5％。

(4)将步骤(3)得到的混合物黏结在金属管外壁上。黏结过程在模具中完成，然后进行压制成型。金属管可以是铝管，也可以是不锈钢或者碳钢管。

(5)将步骤(4)得到将压制成型的的黏结有混合物的金属管放入管式炉中，进行烧结。烧结温度200-500℃，烧结时间2-5小时，烧结氛围为真空或者惰性气体保护。通过烧结工艺，造孔剂和黏结剂分解溢出，完成第二次造孔，提高了传质。同时，烧结工艺促使金属粉末，膨胀石墨，吸附剂和金属管紧密的连接在一起，不易脱落，而且提高了传热性能。

Claims

1.一种提高复合吸附剂传热传质的方法，其特征在于：所用原料为：玉米芯颗粒、金属盐、膨胀石墨、金属粉末、黏结剂、造孔剂和金属管，具体包括如下步骤：

(1)将玉米芯粉碎后浸渍在金属盐溶液中，待浸渍充分后进行过滤，将过滤得到的混合物放入干燥箱中进行干燥，将干燥后的混合物放入管式炉中进行炭化活化形成复合吸附剂；

(2)将步骤(1)得到的复合吸附剂与膨胀石墨、金属粉末、黏结剂和造孔剂进行混合，待混合均匀后将混合物黏结到金属管外壁上，黏结过程在模具中进行，黏结后进行压制成型；将压制成型后黏结有混合物的金属管和模具一起放入管式炉，进行烧结，将金属盐，金属粉末和膨胀石墨混合物烧结在金属管壁上。

2.如权利要求1所述的提高复合吸附剂传热传质的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的金属盐溶液选自氯化钙，氯化钡或者氯化锶溶液，其浓度范围为质量百分浓度为10％-60％。

3.如权利要求1所述的提高复合吸附剂传热传质的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的金属粉末为铝粉或锡粉。

4.如权利要求1所述的提高复合吸附剂传热传质的方法，其特征在于：所述步骤(2)中的造孔剂和黏结剂为高温下可分解的高分子材料。

5.如权利要求1或4所述的提高复合吸附剂传热传质的方法，其特征在于：所述黏结剂选自淀粉或羧甲基纤维素纳的一种或者两种，所述造孔剂选自有机纤维或甲基纤维素中的一种。