化学吸附制冷用氯化锶复合吸附剂的制冷性能
3.0
2025-02-20
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书书书
第卷 第期 化 工 学 报
年月
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研究论文 化学吸附制冷用氯化锶复合吸附剂的制冷性能
陈 砺，王 丽，王红林，董鹏飞
（华南理工大学化工与能源学院，广东省绿色化学产品技术重点实验室，广 东 广州
）
摘要：对以
、活性炭为吸附剂，
为制冷剂所组成的吸附式制冷工质对的吸附性能进行了研究。拟解决
吸附剂颗粒强度不高、长期使用后易出现膨胀粉化、吸附床传热传质性能下降等问题，将
分别与活
性炭、
按质量比 复配，进行吸附制冷性能实验。并 对
的吸附机理及
的胶凝作用进行了
探讨。实验结果表明：温度是过程的控制因素，在 时，
／活性炭、
／
复合吸附剂的单位脱
胶凝 剂 基吸 附 剂 制 冷 量 分 别 是
的 倍 和 倍。对吸附剂比表面积及孔结构进行表征，结果显示：
／
复合吸附剂的比表面积和孔结构保持良好；
／活性炭复合吸附剂的比表面积和孔容明显增大，
孔结构得到了改善。
关键词：氯化锶；复合吸附剂；吸附等温线；吸附制冷； 比表面积
中图分类号：
文献标识码：文章编号：
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收到初稿，
收到修改稿。
联系人及第一作者：陈 砺 （
—）， 男，教授。
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引 言
作为一种环保、节能的化学吸附式
制冷工质对，制冷量大，所需驱动热源温度较低，
适宜以太阳能或低品位余热驱动的制冷机使用。且
系统在 正压 下 运 行，工程特性较易保证［
］
。本 文
对
、活性炭
工质对的基础吸附平
衡数据进行了分析，针对
吸 附 剂使 用 周 期 不
长、容易出现膨胀粉化、传热传质阻力增大等现
象，采用将
与 颗粒强 度 较 高 的 活 性 炭 复 配 以
及和
复配的方法，制备新的复合吸附剂，
对其孔结构和比表面积进行表征，并进行吸附制冷
实验，以确定复合吸附剂的制冷效果。
实 验
１１
原料及仪器
·
，分析纯，上海科昌精细化学品
公司；
·
，分析纯，广州台山化工厂；
～
的 煤 质 活 性 炭 ，北京化学试剂
厂； 快速比表面积和孔径测定仪
（
，
）。
１２
实验方法
复 合 吸 附 剂 的 制 备
·
、
·
分别经脱水干燥处理，研磨成粉末
备用。将制备好的
分别与～
活性炭和
～
按质量比 均
匀混合于 蒸 馏 水 中，在 的烘箱中加热
，
得到多孔状无水
／活性炭、
／
复合
吸附剂。经研磨、过 筛 、干燥后得到
～
的样品颗粒。
吸附等 温线 的 测 定 采用重量法测定不同
温度时样本对
的吸附平衡数据并整理成吸附
等温线；
的 吸 附 平 衡 数 据 由 快 速
比表面积和孔径测定仪获得。
吸附剂比表面积和孔结构分析 采 用
快 速 比表 面积 和 孔径 测 定 仪 对 吸 附 剂
的比表面积和比孔容进行表征。实验条件：吸附剂
在 下脱气
，在 条件下液氮吸附。样
本对
的吸附等温线采用 二参数方程处理，
计算比表面积及比孔容。中孔孔径分布采用经典的
方法计算。
吸附制冷实验装置 如 图 所 示 ，实验制
冷单元由吸附床、蒸 发／冷凝器、恒温水浴、连 接
图
实验制冷单元示意图
—
；
—
；
—
；
—
／
；
—
／
；
—
；
—
管路及附属部件组成。测试吸附剂与
所形成
的工质对在不同解吸温度下的吸附制冷性能。
结果与讨论
２１
吸附等温线
吸附等温线 图为
在
、
、
、
和 时的吸附等温线。
可以看出，吸附等温线出现了明显的
·
（第一）吸附 平 台 和
·
（第 二）吸附平
台，为典型的化学吸附过程［
］
。通过实验还得到了
吸附平台之间的转折温度。在实验压力范围 （
～
）内，温 度是过 程 的 控 制 因 素，由零吸附
量到第 一 吸 附 平 台 的 临 界 转 折 温 度 为 ，第 一
吸附 平台到第 二吸附平 台 的 临 界 转 折 温 度 为 。
当系统 温 度 大 于 时，
对
的吸附量
为零。当系统 温 度 小 于 或 等 于 时开始出现吸
附现象，并出现第一吸附平台。平台发生点的位置
是温度和压力的函数，随着温度降低，发生点的位
置不断 向 低 压 区 移 动。当温度小于或等于 以
后，等温线出现第二吸附平台。在同一个吸附平台
上，吸附量不再随压力变化而变化。
与
之间的化学反应为一种络合关系，其反应方程式为
· 幑幐
（
＜） （
）
·
幑幐
·
（
＜）
（
）
图中
吸附等温线两个吸附平台上对
·
７３８
·
第期 陈砺等：化学吸附制冷用氯化锶复合吸附剂的制冷性能
应的化学计量数分别为
·
、
·
，与反 应 方 程 式 （
）和（
）一 致。
晶体结构为萤石型。
与
之间的反
应为一 种 配 位 反 应，
与
之间可以通过
的杂化轨道形成正十二面体构型的配位数
配合物［
］
。如果采用配合物的晶体场理论来解释，
主要是由于金属离子在周围配位体的电场作用下，
原来的个兼并的轨道的能级发生了分裂而引起
的。在轨道未充满的情况下，这种能级分裂的结
果将给配合物带来额外的稳定化能量，叫做晶体场
稳定化能，这就产生了中心离子与周围配位体的附
加 成键 效 应［
］
。
个配位数的配合物占用的是
轨道，
配位 数占 用 的 是
轨 道，而配位数相
对于配位数来讲，新 增加 的 配 离 子 就 开 始 占 用
轨道。由
晶体向 “氨合氯化锶”配合物结构
的转变，使
的物理性质发生了变化。所 以
在吸 附
之后出现膨胀粉化结块现象，
这对吸附式制冷的传热传质过程不利。
图
吸附等温线
活性炭
吸附等温线 活性炭是最常
用的吸附剂之一，可直接与
组合成吸附制冷
工质对。同时，活性炭具有良好的物化性质，其颗
粒孔道多，比表面积大，强度较高［
］
，在 工程 上 除
了直接作为吸附剂外，还常作为催化剂的骨架。
～
活性炭颗粒在
、
、
和
时活性炭
的吸附等温线［
］
如 图 所 示 ，活 性
炭对
的吸附过程为物理吸附，吸附速率高，
但吸附量较小。
、
／
、
／活 性 炭 对
的吸附 等 温 线
分子的核间距离为
，与
分子的核间距离相近 （
图
活性炭
吸附等温线
）
［
］
，所以吸附剂对
的吸附特性能够反映吸
附剂的孔分布特性。
图
～图为
、
／
、
／活
性炭在 下 对
的 吸 附 等 温 线，从图中可以
看出，吸附等温线均属于第二种类型的吸附等温
线［
］
。
、
／
等温线沿吸附量坐
标方向向下凹，曲线出现下凹是由于吸附质与吸附
剂分子间的相互作用比较弱；而
／活性炭吸附
等温线并未沿吸附量坐标方向向下凹。它们在较低
的吸附质浓度下，平衡吸附量比较小，只有在较高
的吸附质浓度下出现冷凝时可使吸附量大增，曲线
出现的陡增正是毛细冷凝所致。在吸附的前半段发
生了类型Ⅰ吸附，而在吸附的后半段出现了多分子
层吸附或毛细凝聚，
狆
／
狆
接 近 时吸附量急剧升
高，实验测定时难以得到准确的平衡吸附量。这些
等温线出现滞留回环现象，说明其有一定比例的中
孔存在［
］
。
图
下
的吸附等温线
·
８３８
·化 工 学 报 第卷
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书书书 第５９卷 第４期 化 工 学 报 Ｖｏｌ．５９ Ｎｏ．４ ２００８年４月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ （Ｃｈｉｎａ） Ａｐｒｉｌ ２００８檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭檭殐殐殐殐研究论文 化学吸附制冷用氯化锶复合吸附剂的制冷性能陈 砺，王 丽，王红林，董鹏飞（华南理工大学化工与能源学院，广东省绿色化学产品技术重点实验室，广东广州５１０６４０）摘要：对以ＳｒＣｌ２、活性炭为吸附剂，ＮＨ３为制冷剂所组成的吸附式制冷工质对的吸附性能进行了研究。拟解决ＳｒＣｌ２吸附剂颗粒强度不高、长期使用后易出现膨胀粉...
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