CN105498690A - 一种复合吸附材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合吸附材料及其制备方法，包括组分：氯化盐60份～70份；膨胀石墨30份～40份；纳米碳颗粒0.5份～10份。其制备方法是将纳米碳颗粒溶于乙醇，超声处理10-30分钟；加入膨胀石墨，继续超声处理10-30分钟；加入氯化盐，再超声处理10-30分钟，得到混合悬浮液；将混合悬浮液加热并同时搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体，干燥，即得。本发明在氯化盐-膨胀石墨吸附剂基础上，通过少量添加碳纳米颗粒，在保证材料吸附性能的同时可明显提高复合吸附材料的导热系数，在添加量为1-10份的情况下，可使得复合吸附材料的导热系数较氯化盐-膨胀石墨吸附剂提高10%以上。

Description

一种复合吸附材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及吸附式制冷领域，具体涉及一种纳米碳-膨胀石墨-氯化盐复合吸附材料及其制备方法。
背景技术
对于氨吸附式制冷技术所用的氯化盐吸附剂，由于氯化盐易于结块，不利于氨的吸附-解吸附过程，目前的研究一般是将氯化盐与石墨、活性炭等混合形成复合吸附剂来增加传热传质，以提高制冷效率。如专利2004100667810公开了一种氯化钙-膨胀石墨混合吸附剂，由于采用膨胀石墨为基质，混合吸附剂的导热系数比单纯氯化钙有极大提高。专利201310134776.8公开了一种复合吸附剂及其制备方法，其中复合吸附剂包括氯化钙、膨胀石墨及聚氧化乙烯，通过聚氧化乙烯的加入，避免了吸附剂发生松散、分层、脱落等现象，提高了吸附剂的机械性能，但对传热特效的改善未提及。
另外，目前氯化盐-石墨复合吸附剂常用简混或浸渍的方法，将氯化盐与石墨或活性炭混合，如专利CN101249420A公开了一种制备膨胀石墨-氯化物复合吸附剂的方法，先将膨胀石墨压成块体，再将压块浸入氯化盐溶液中，然后将浸有氯化盐溶液的石墨块烘干，得到膨胀石墨-氯化物复合吸附剂块体。但此发明一方面由于浸泡过程很难控制盐溶液进入石墨块体的量，无法准确控制石墨与氯化盐的混合比例，从而会对材料的吸附性能造成一定的影响，另一面氯化盐在石墨基体中的分散性能也有待改善。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的首要目的在于提供一种复合吸附材料，该复合吸附材料在保证材料的吸附性能的同时具有高导热性。
本发明的另一目的在于提供上述复合吸附材料的制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现：
一种复合吸附材料，按重量份计，包括如下组分：
氯化盐60份～70份
膨胀石墨30份～40份
纳米碳颗粒0.5份～10份。
氯化盐-石墨复合材料是一种应用于吸附制冷的吸附剂，通过氯化盐对氨工质的吸附解吸循环，形成制冷的功能。由于氯化盐在吸附解吸过程中易于板结，不利于长时间循环使用，因此添加石墨填充，既利用石墨良好的导热性促进吸附，又利用石墨作为骨架填充在氯化盐中，形成孔洞，减少氯化盐的结块，提高氨的渗透。而本发明在此基础上，添加碳纳米颗粒进一步加强了复合材料的导热特性，但也要避免添加过多影响空隙的密度，从而降低吸附解吸性能。碳纳米颗粒的添加量低于0.5份，整体复合材料的导热系数基本没有变化；碳纳米颗粒的添加量高于10份，则可能会影响吸附解吸性能。优选的，所述纳米碳颗粒为1份～6份。
其中，所述纳米碳颗粒为碳包金属纳米颗粒或碳包合金纳米颗粒中的一种。
优选的，所述碳包金属纳米颗粒为碳包镍纳米颗粒、碳包铝纳米颗粒、碳包铁纳米颗粒或
碳包钴纳米颗粒中的一种或几种，优选碳包镍纳米颗粒或碳包铝纳米颗粒。
优选的，所述碳包合金纳米颗粒为碳包铁铝纳米颗粒或碳包铁镍纳米颗粒中的一种或几种。
本发明所述的碳包金属/合金纳米颗粒可通过市购获得，也可以通过本领域的公知的方法制备，如等离子体电弧法等。
本发明所述的碳包金属/合金纳米颗粒具有核-壳结构，内部是几十纳米的金属或合金颗粒，外围包裹了一层碳膜。金属或合金的导热性能远高于石墨，但易被腐蚀，纳米碳层能有效保护金属或合金内核不被腐蚀，与传统的导热介质如石墨相比，纳米碳结构具有更高的导热系数和较低的传热界面热阻，因此在现有氯化盐-膨胀石墨吸附剂基础上通过添加碳包金属/合金纳米颗粒，可明显提高复合吸附剂的传热性能。
其中，所述氯化盐为氯化钙、氯化锶、氯化锰、氯化铁、氯化钡或氯化镍中的一种或几种，优选氯化钙或氯化锶。
其中，所述膨胀石墨可通过市购获得，也可以通过将天然石墨在400-800oC下加热处理10-20分钟得到。
本发明上述的复合吸附材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将纳米碳颗粒溶于乙醇，超声处理10-30分钟；
（2）加入膨胀石墨，继续超声处理10-30分钟；
（3）加入氯化盐，再超声处理10-30分钟，得到混合悬浮液，；
（4）将步骤（3）得到的混合悬浮液加热并同时搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体；
（5）将步骤（4）得到的粘稠状物体干燥得到复合吸附材料。
其中，步骤（1）-（3）中，所述超声处理的温度为25-50℃。
其中，步骤（4）中，所述加热的方式为水浴加热或油浴加热，加热的温度为50-75℃。
其中，步骤(5)中，所述干燥的温度为60-120℃，时间为5-24小时。
本发明经过研究发现，除了碳纳米颗粒的加入量对复合吸附材料的导热性能有影响外，碳纳米颗粒和氯化盐在石墨基体中能否均匀分散也会影响其导热性能。本发明采用超声处理方式将纳米颗粒和氯化盐分散在石墨基体中，改善了碳纳米颗粒和氯化盐在石墨基体中的分散性，从而进一步提高复合吸附材料的导热性能。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
（1）本发明的复合吸附材料在氯化盐-膨胀石墨吸附剂基础上，通过添加少量碳纳米
颗粒，在保证材料的吸附性能的同时可明显提高复合吸附材料的导热系数，在添加量为1-10份的情况下，可使得复合吸附材料的导热系数较氯化盐-膨胀石墨吸附剂提高10%以上。
（2）本发明工艺采用超声处理分散碳纳米颗粒和氯化盐，相比于浸渍法，一方面能够准确控制石墨、氯化盐和碳纳米颗粒的混合比例，保证了材料的吸附性能，另一方面能够使碳纳米颗粒和氯化盐在石墨基体中均匀分布，从而进一步提高了复合吸附材料的导热性能。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明具体的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
本发明实施例所用碳包镍纳米颗粒、碳包铝纳米颗粒、膨胀石墨、氯化钙、氯化锶均为市购产品。
实施例1：
碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化钙复合吸附材料，包括：氯化钙66份，膨胀石墨33份，碳包镍纳米颗粒1份。
其制备工艺，包括如下步骤：
（1）将碳包镍纳米颗粒溶于乙醇，30℃超声处理30分钟；
（2）加入膨胀石墨，继续超声处理30分钟；
（3）再加入氯化钙，再超声处理30分钟，得到混合悬浮液，；
（4）将步骤（3）得到的混合悬浮液放入60℃水浴中加热并同时搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体；
（5）将步骤（4）得到的粘稠状物体放入烘箱中80℃烘干10小时得到碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化钙复合吸附材料。
采用粉末压片机把上述制备得到的复合吸附材料粉体压制成片状，压力为8MPa，直径为12.9mm，体积密度为2210Kg/m3，经导热系数测试，碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化钙复合吸附材料的导热系数可以达到7.15W/mK，比同法制备的氯化钙-膨胀石墨吸附剂提高了12%。
实施例2：
碳包铝纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料，包括：氯化锶66份，膨胀石墨32份，碳包铝纳米颗粒2份。
其制备工艺，包括如下步骤：
（1）将碳包铝纳米颗粒溶于乙醇，35℃超声处理30分钟；
（2）加入膨胀石墨，继续超声处理30分钟；
（3）再加入氯化锶，再超声处理30分钟，得到混合悬浮液，；
（4）将步骤（3）得到的混合悬浮液放入70℃油浴中加热并同时搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体；
（5）将步骤（4）得到的粘稠状物体放入烘箱中60℃烘干12小时得到碳包铝纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料。
采用粉末压片机把上述制备得到的复合吸附材料粉体压制成片状，压力为8MPa，直径为12.9mm，体积密度为2210Kg/m3，经导热系数测试，碳包铝纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料的导热系数可以达到7.39W/mK，比同法制备的氯化锶-膨胀石墨吸附剂提高了13%。
实施例3：
碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料，包括：氯化锶60份，膨胀石墨40份，碳包镍纳米颗粒5份。
其制备工艺，包括如下步骤：
（1）将碳包镍纳米颗粒溶于乙醇，45℃超声处理20分钟；
（2）加入膨胀石墨，继续超声处理20分钟；
（3）再加入氯化锶，再超声处理20分钟，得到混合悬浮液，；
（4）将步骤（3）得到的混合悬浮液放入75℃水浴中加热并搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体；
（5）将步骤（4）得到的粘稠状物体放入烘箱中100℃烘干8小时得到碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料。
采用粉末压片机把上述制备得到的复合吸附材料粉体压制成片状，压力为8MPa，直径为12.9mm，体积密度为2210Kg/m3，经导热系数测试，碳包镍纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料的导热系数可以达到7.52W/mK，比同法制备的氯化锶-膨胀石墨吸附剂提高了15%。
实施例4：
碳包铝纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料，包括：氯化锶70份，膨胀石墨30份，碳包铝纳米颗粒10份。
其制备工艺同实施例2。采用粉末压片机把上述制备得到的复合吸附材料粉体压制成片状，压力为8MPa，直径为12.9mm，体积密度为2210Kg/m3，经导热系数测试，碳包铝纳米颗粒-膨胀石墨-氯化锶复合吸附材料的导热系数可以达到8.04W/mK，比同法制备的氯化锶-膨胀石墨吸附剂提高了23%。

Claims (9)

1.一种复合吸附材料，其特征在于，按重量份计，包括如下组分：
氯化盐60份～70份
膨胀石墨30份～40份
纳米碳颗粒0.5份～10份。
2.根据权利要求1所述的复合吸附材料，其特征在于，所述纳米碳颗粒的加入量为1份～6份。
3.根据权利要求1或2所述的复合吸附材料，其特征在于，所述纳米碳颗粒为碳包金属纳米颗粒或碳包合金纳米颗粒中的一种。
4.根据权利要求3所述的复合吸附材料，其特征在于，所述碳包金属纳米颗粒为碳包镍纳米颗粒、碳包铝纳米颗粒、碳包铁纳米颗粒或碳包钴纳米颗粒中的一种或几种，优选碳包镍纳米颗粒或碳包铝纳米颗粒；所述碳包合金纳米颗粒为碳包铁铝纳米颗粒或碳包铁镍纳米颗粒中的一种或几种。
5.根据权利要求1或2所述的复合吸附材料，其特征在于，所述氯化盐为氯化钙、氯化锶、氯化锰、氯化铁、氯化钡或氯化镍中的一种或几种，优选氯化钙或氯化锶。
6.根据权利要求1-5任一项所述的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将纳米碳颗粒溶于乙醇，超声处理10-30分钟；
（2）加入膨胀石墨，继续超声处理10-30分钟；
（3）加入氯化盐，再超声处理10-30分钟，得到混合悬浮液，；
（4）将步骤（3）得到的混合悬浮液加热并同时搅拌，使乙醇快速挥发，得到粘稠状物体；
（5）将步骤（4）得到的粘稠状物体干燥得到复合吸附材料。
7.根据权利要求6所述的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）-（3）中，所述超声处理的温度为25-50℃。
8.根据权利要求6所述的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤（4）中，所述加热的方式为水浴加热或油浴加热，加热的温度为50-75℃。
9.根据权利要求6所述的复合吸附材料的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，所述干燥的温度为60-120℃，时间为5-24小时。
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