CN101053826A - 地聚物吸附剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及地聚物(geololymer)吸附剂及其制备方法，其中所述的地聚物组分(A)开始作为粘结剂粘结组分(B)，固化后组分(A)和组分(B)成为一个有机整体，内部形成贯通热桥，通过对固化体的热处理，实现具有连续相三维网络结构的微孔通道，有效利用微孔通道均匀分布、容纳和弥散氯化金属吸附介质组分(C)，有效解决了固体吸附介质组分(B)接触热阻大，导热性能差和氯化金属吸附介质组分(C)循环后期出现膨胀与结块的技术不足。其优异的吸附、传热和传质性能，以余热、显热等低品位热能和太阳能驱动，广泛应用于冷冻、制冷、空调、采暖和工业热泵等工业***中。
Description
技术领域
本发明涉及吸附制冷与热泵技术，具体是一种地聚物(geopolymer)吸附剂，本发明还涉及地聚物(geopolymer)吸附剂的制备方法。
背景技术
吸附式制冷与热泵***采用太阳能、余热驱动，能有效利用大量的低品位热能，是一种环境友好型制冷与热泵技术。和蒸气压缩式制冷、热泵相比，它具有结构简单，无运动部件，噪声低，寿命长等特点，和吸收式制冷比较，吸附式制冷不存在结晶和精馏问题，且适用范围广，可用于振动、倾颠或旋转等场所。
吸附剂是吸附式制冷与热泵***的核心材料，其优劣是实现吸附式制冷与其它制冷方式竞争的关键。对吸附剂的深入研究，提高其性能，已成为迫切需要解决的课题。
据文献介绍：吸附剂为多孔介质，市场上的吸附剂(如沸石、活性炭等)一般都是粉状或颗粒状的，由其填充成的吸附床的接触热阻大，导热性能差。为增强吸附床导热系数，最简单的方法是将不同大小的吸附剂颗粒混合，这样做的效果很有限。还有一种方法是将吸附剂颗粒与导热性能较好的金属粉末或石墨混合，但即使添加剂的质量比达到25％，吸附床导热系数的提高仍然不明显，主要原因在于添加剂与吸附剂之间的接触是点一点接触，未形成连续相。此外，金属或石墨的加入也使得吸附床的总热容增加，及单位质量吸附剂的吸附量减少。另一种更为有效的方法是将吸附剂与粘接剂复合，形成固化的复合吸附剂。较简单的复合吸附剂是将粉状或颗粒状的沸石或活性炭与粘结剂复合成块状复合吸附剂，如沸石粉与聚苯胺。引自王如竹等著[吸附式制冷]第6页。
另据文献介绍：化学吸附剂以氯化钙为最好，氯化钙可以用作干燥剂，脱水剂。它对水具有一定的吸附能力，但它能部分溶解于水。目前主要是用于氯化钙一氨的化学吸附制冷/热泵***。但氯化钙经反复使用后，其吸附性能将逐渐降低甚至失去吸附能力。氯化锶对氨的吸附量大，长期使用不改性，而且在不同温度级上可以分级吸附，保证了它可以多温区使用，其不足之处是吸附剂材料价格很贵。引自王如竹等著[吸附式制冷]第53页。
以上文献的论述说明，现有吸附制冷与热泵***中的吸附剂接触热阻大，导热性能差。采取粘结剂固化、颗粒匹配或复合吸附剂的方法虽然可适度提高导热性而改善吸附性能，但是引入的粘结剂会阻塞部分吸附剂通道，减少吸附床内吸附剂的填充量，增加了金属重量，反而使吸附床总热容增加，COP的提升非常有限。化学吸附剂从理论上有较高的循环吸附量，但是化学吸附剂在循环中产生膨胀与结块的不可逆进程；其吸附性能逐渐降低直致失去吸附能力。上述问题是吸附制冷与热泵技术同其他制冷与热泵技术竞争的主要瓶颈。
发明内容
本发明的目的在于克服现有吸附剂的不足，提供一种地聚物(geopolymer)吸附剂，具有优良的传热及传质性能，本发明的另一目的是提供上述地聚物(geopolymer)吸附剂的制备方法。
现已发现，地聚物为非晶态胶凝物质，其基本单元为硅氧四面体和铝氧四面体相连形成的三维网络。最终产物以离子键以及共价键为主，范德瓦尔斯键为辅，有以下三种结构形态：
1)单硅铝地聚物[Poly(siaiate)]
2)双硅铝地聚物[Poly(sialate-siloxo)]
3)三硅铝地聚物[Poly(sialate-disiloxo)]
其性能类似天然沸石矿物，具备有机高分子聚合物的键接结构以及许多独特的材料特性。
本发明的技术解决方案是，地聚物吸附剂包括以下重量百分比的组分：
1)组分(A)10-100％，
2)组分(B)10-90％，
3)组分(C)0-80％。
其中组分(A)包括
单硅铝地聚物[Poly(siaiate)]，
双硅铝地聚物[Poly(sialate-siloxo)]，
三硅铝地聚物[Poly(sialate-disiloxo)]三类地聚物，
其中组分(B)包括沸石、活性炭、硅胶、活性氧化铝及活性炭纤维五类固体吸附介质
其中组分(C)包括氯化钙(CaCl2)、氯化锶(SrCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化钡(BaCl2)、氯化锂(LiCl)及氯化镍(NiCl2)六类氯化金属吸附介质
本发明所述的组分(A)开始作为粘结剂粘结组分(B)，组分(A)固化后和组分(B)共同成为一个固化体，内部形成贯通热桥，通过对固化体的热处理，其内部实现具有连续相三维网络结构以及微孔通道，充分利用微孔通道均匀分布、容纳和弥散组分(C)，有效解决了固体吸附介质组分(B)接触热阻大，导热性能差和氯化金属吸附介质组分(C)循环后期出现膨胀与结块的技术不足。
地聚物吸附剂的制备方法，
一、物理吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭，硅胶、活性氧化铝(B)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时即完成，适用于物理吸附工况，
二、化学吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
活性炭纤维(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)将(B)填充于吸附床内，并压实固定，在振动条件下将胶状(A)注入其中，
4)将已加入(A)与(B)的吸附床置真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化了(A)与(B)的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况，
三、另一种化学吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后，注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况，
地聚物吸附剂具有优异的吸附、传热和传质性能，以余热、显热等低品位热能和太阳能驱动，广泛应用于冷冻、制冷、空调、采暖和工业热泵等工业***中。
具体实施方式
本发明通过以下实施例作进一步阐述，但并不限制本发明的范围。
一、物理吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按表1实施例1-6配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭，硅胶、活性氧化铝(B)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时即完成，适用于物理吸附工况，
二、化学吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按表1实施例8-10配方备好如下材料
地聚物(A)
活性炭纤维(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)将(B)填充于吸附床内，并压实固定，在振动条件下将胶状(A)注入其中，
4)将已加入(A)与(B)的吸附床置真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化了(A)与(B)的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况，
三、另一种化学吸附工况地聚物吸附剂包括以下步骤：
1)按表1实施例6配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后，注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况，
| 组分％ | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 实施例6 | 实施例7 | 实施例8 | 实施例9 | 实施例10 |
| 单硅铝地聚物 | 45 | 40 | 10 | 10 | 10 | 10 | ||||
| 双硅铝地聚物 | 35 | 35 | 10 | 10 | 10 | 10 | ||||
| 三硅铝地聚物 | 20 | 20 | ||||||||
| 活性炭 | 60 | 30 | ||||||||
| 沸石 | 65 | |||||||||
| 硅胶 | 80 | 10 | ||||||||
| 活性氧化铝 | 70 | |||||||||
| 活性炭纤维 | 80 | 30 | 30 | 30 | ||||||
| CaCl2 | 50 | 50 | ||||||||
| SrCl2 | 10 | 10 | ||||||||
| MgCl2 | 50 | |||||||||
| BaCl2 | 50 | |||||||||
| LiCl | 10 | |||||||||
| NiCl2 | 10 | |||||||||
| 合计 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Claims (6)
1.一种地聚物(geopolymer)吸附剂，其特征是包括以下重量百分比的组分：
组分(A)10-100％，
组分(B)10-90％，
组分(C)0-80％，
其中：
组分(A)包括以下结构类型的一种或多种地聚物，
1)单硅铝地聚物[Poly(siaiate)]
2)双硅铝地聚物[Poly(sialate-siloxo)]
3)三硅铝地聚物[Poly(sialate-disiloxo)]
组分(B)包括以下的一种或多种固体吸附介质，
沸石、活性炭、活性炭纤维、硅胶、活性氧化铝(Al2O3)、
组分(C)包括以下的一种或多种氯化金属吸附介质，
氯化钙(CaCl2)、氯化锶(SrCl2)、氯化镁(MgCl2)、氯化钡(BaCl2)、氯化锂(LiCl)、氯化镍(NiCl2)。
2.根据权利要求1所述的地聚物吸附剂，其特征在于组分(A)开始作为粘结剂粘结组分(B)，组分(A)固化后和组分(B)共同成为一个固化体，加热处理固化体，固化体内部实现连续相三维网络结构，布满微孔通道，适用于物理吸附工况。
3.根据权利要求1或2所述的地聚物吸附剂，其特征在于组分(A)开始作为粘结剂粘结组分(B)，组分(A)固化后和组分(B)共同成为一个固化体，加热处理固化体，固化体内部实现连续相三维网络结构，布满微孔通道，利用固化体内部实现的微孔通道，吸入组分(C)，烘干后适用于化学吸附工况。
4.根据权利要求1或2或3所述的地聚物吸附剂，其特征在于制备方法包括下列步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭，硅胶、活性氧化铝(B)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时即完成，适用于物理吸附工况，
5.根据权利要求1或2或3所述的地聚物吸附剂，其特征在于制备方法包括下列步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
活性炭纤维(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)将(B)填充于吸附床内，并压实固定，在振动条件下将胶状(A)注入其中，
4)将已加入(A)与(B)的吸附床置真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化了(A)与(B)的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况。
6.根据权利要求1或2或3所述的地聚物吸附剂，其特征在于制备方法包括下列步骤：
1)按配方备好如下材料
地聚物(A)
沸石，活性炭(B)
25-60％质量浓度的氯化钙、氯化锶、氯化镁、氯化钡、氯化锂或氯化镍水溶液(C)
2)采用搅拌机将(A)混合搅拌成胶状，料水比为1∶0.26-0.8，静置15分钟后搅拌第二次后待用，
3)加入(B)中的一种或多种材料，混合搅拌成胶状，(A)与(B)混合搅拌均匀后，注入吸附床内，
4)将已注入(A)与(B)的吸附床置放在真空条件下排除气泡，完成后于常温下自行固化，
5)将固化后的吸附剂(床)密封于压力容器中，在60-150℃温度之间蒸压1-6小时，
6)在真空状态下将(C)中的一种或多种水溶液吸入固化后的吸附剂(床)中，于90-260℃温度之间烘干即完成，适用于化学吸附工况。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200710200202 CN101053826A (zh) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | 地聚物吸附剂及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN 200710200202 CN101053826A (zh) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | 地聚物吸附剂及其制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN101053826A true CN101053826A (zh) | 2007-10-17 |
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| CN 200710200202 Pending CN101053826A (zh) | 2007-02-13 | 2007-02-13 | 地聚物吸附剂及其制备方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN101053826A (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103007884A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 俞晋高 | 一种复合烧结型沸石吸附式制冷吸附剂及其制备方法 |
| US11602728B2 (en) | 2019-03-01 | 2023-03-14 | NOVOREACH Technologies LLC | Composite adsorbents and method of making them |
-
2007
- 2007-02-13 CN CN 200710200202 patent/CN101053826A/zh active Pending
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN103007884A (zh) * | 2012-12-19 | 2013-04-03 | 俞晋高 | 一种复合烧结型沸石吸附式制冷吸附剂及其制备方法 |
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| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
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Open date: 20071017 |