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技术信息资源速递(第七十期)
阅读次数:659   添加时间:2016-3-30

行业动态:

云杉球果果壳材料可以减少CO2排放量

最近的一项研究表明,利用云杉球果果壳可以制备一种能够捕集和储存CO2 的材料,其性能优于其他固体吸附剂。

专家认为,碳捕集和封存技术-从烟气中捕获CO2 并将其注入地下,对遏制气候变化是必要的。但是,使用水胺溶液的常规碳捕集技术成本过高,这促使科学家研究成本较为低廉的碳捕集方法。

由金属有机骨架材料(MOF)衍生出的碳基多孔材料对CO2 具有较高的吸附容量,但是,金属有机骨架材料制备昂贵,而且其原料为石化产品,属于不可持续能源。伦敦大学学院的Guo Zhengxiao 及其同事致力于研究是否能够利用生物质废弃物制备CO2 吸附剂,而其他研究人员已经利用云杉球果果壳成功制备了用于水净化的活性炭。因此,该研究小组对挪威云杉球果果壳进行了研究。他们将云杉球果果壳在炉中碳化,然后将其研磨成细颗粒,并利用KOH 对其进行活化。KOH 处理有助于形成纳米尺寸的孔并增加颗粒的表面积。研究人员将制备的吸附剂置于与烟气中CO2 质量分数(15%)相同的CO2环境中,发现吸附剂吸收了占其自身质量21%的CO2。据Guo Zhengxiao 介绍:该球果果壳吸附剂对CO2 的吸附容量与金属有机骨架材料相类似,而且其对CO2 的吸附选择性优于后者,制备成本也低于后者。X 射线光电子能谱测试结果表明,果壳中原有的氮和钙元素仍然存在于该纳米多孔材料中,并且通过在吸附剂表面引入活性位来加快对CO2的捕获。

松树和云杉的球果果壳价格低廉、来源丰富且可再生,可以从森林中收集足够多的果壳来工业化制备CO2 吸附剂,从而对碳捕集作出显著贡献。(上海化工,2016年第2期)

 

可以治疗血管疾病的磁导基因疗法

——纳米新技术快速修复小鼠动脉内衬血管壁

心血管疾病每年使数百万人的生命处于危险之中,而结合基因疗法和磁体技术的新技术在未来有可能会为患者提供新的治疗手段。研究人员已经制备出携带与正常基因连接在一起的磁性纳米颗粒的细胞,可以利用外部磁场改变细胞的方位,并利用它们修复小鼠受损的动脉。

波恩大学的生理学研究者Daniela Wenzel 和她的同事找到了一种新方式。首先,她们将绿色荧光蛋白的基因编码和一氧化氮合成酶包装到病毒载体(主要作用是将遗传物质递送到细胞中)中;然后,将媒介载体与硅-铁氧化物纳米磁性颗粒连接在一起,再将载体-纳米颗粒固定在内皮细胞中。由此一来,内皮细胞就具有了磁性,因而可以通过外部磁体进行定位。

研究人员将组装好的细胞注射到已被切除内皮细胞的小鼠颈动脉血管中。针对一半数量的研究对象,在治疗部位的外部放置了磁铁并使其作用30 min。2 d后,暴露于磁场中的小鼠动脉中出现了黏附于血管内表面的绿色荧光细胞,这些细胞至少覆盖了被治疗部位周边一半的面积。在另一半数量的研究对象中,流动的血液将组装细胞冲走并将其沉积在脑部。

对切除内皮细胞的颈动脉进行等距测量,结果显示曾暴露于磁场中的动脉能够收缩和扩张,而未经磁场处理的动脉则不能,这表明经过接枝的细胞能够正常工作并产生一氧化氮。

据Wenzel 介绍,该研究小组的首要目标是改善手术后的伤口愈合情况,最终目的是将该技术用于预防性治疗,以减少血管中斑块的积累并降低患冠状动脉血管疾病的风险。但是,在该技术应用于临床治疗之前,研究人员需要利用较大的哺乳动物进行试验,以设计出效果更好、性能更稳定、能够应用于人体的磁性组件。

费城儿童医院的心血管疾病研究者Michael Chorny 认为:血管成形术的一个主要问题是功能性内皮细胞的修复比较缓慢,而且往往是不完全的;Wenzel 小组的研究结果表明该技术是细胞和基因治疗的一个完美的结合。(上海化工,2016年第2期)

 

巴斯夫推出轻质隔声新材料“巴数特”

巴斯夫欧洲公司日前推出一种名为“巴数特”的三聚氰胺开孔泡沫。该产品具有卓越的阻燃性,可在高达240℃的高温下使用,并在较大的温差范围内保持稳定性。得益于其开孔泡沫结构,巴数特具有质量轻、吸声效果好、低温下仍保持弹性、具有保温性能等优点。

“巴数特”的微小开孔结构使其具有高吸声能力,不仅可以满足吸声要求,根据ASTM E84标准,这种材料符合火焰蔓延和烟雾浓度防火A级标准。(新型建筑材料,2016年第2期)

 

2015年美国在新材料领域取得的重大突破

  2015年,美国在超导材料、碳纳米管、石墨烯等领域取得重大突破。

超导材料方面:麻省理工学院的科学家发现,所有超导材料的超导性与薄膜厚度、临界温度和薄膜电阻成比例。这一发现有望带来设计更好的超导线路,用在量子计算和超低能耗计算设备中。

碳纳米管研究方面:威斯康星大学研究人员开发出新型高性能碳纳米管晶体管,其开关速度比普通硅晶体管快1000倍、比目前最快碳纳米管晶体管快100倍,且性能远胜目前工业用薄膜晶体管,使碳纳米管晶体管取代硅芯片成为可能;斯坦福大学的科学家使用碳纳米管替代硅为原料,让存储器和处理器采用时髦的三维方式堆叠在一起,降低了数据在两者之间的传输时间,从而大幅提高了计算机芯片的处理速度,运用此方法研制出的3D芯片的运行速度有望比目前芯片高出1000倍。

石墨烯研究方面:美、中、日科学家发现了一种碳的新结构-五边石墨烯,计算机模拟显示,这种半导体具有超高机械强度,能耐727℃左右的高温;加州大学河滨分校的研究团队用新方法,让石墨烯拥有磁性的同时获得新的电学性能,能产生新的量子现象;康奈尔大学的物理学家将只有10μm厚的石墨烯裁剪、折叠、扭转和弯曲成多种造型,剪出可能是迄今世界上最小的机器,为纳米级弹性器件的研发提供了新思路。

超材料研究方面:哈佛大学首次设计出一种折射率为零、能整合在芯片上的“超材料”,光在其中的速度可达到“无限大”,为探索零折射率物理学及其在集成光学中的应用打开了大门。

美国科学家在新材料领域的成果还包括:

意大利和美国科学家首次创建出基于硅烯材质的晶体管,其在真空中能稳定工作;宾夕法尼亚州立大学的科学家研制出一种新型高分子介电质,不但能存储能量,还能耐250℃左右的高温,在混合动力和纯动力汽车以及航天器的制造中应用前景广泛。

斯坦福大学利用导热材料,开发出一种非常轻的新型纳米线网状面料,比传统面料能锁住更多热量,连通电源后还能主动发热,用它织成的衣服,让一个人每年能节省大约1000Kw/h的能量,这相当于一个普通美国家庭一个月的用电量。

丽罗伊·拉斯穆森和能源部普林斯顿等离子体物理实验室(PPPL)科学家携手研制出一种新型合成肌肉,其拥有极强的抗辐射能力,且能附着在金属上,有望用于制造更好的义肢以及反应更灵敏的机器人,在深空探索尤其是火星探索领域具有很大用途。

弗吉尼亚联邦大学的研究小组用铁纳米颗粒、具有磁性的钴和碳纳米颗粒合成出一种磁性可与稀土制传统永磁材料相媲美的新型磁性材料。(化工新型材料,2016年第2期)

 

碳纳米管复材有了新构筑策略

  近日,中国科学院兰州化学物理研究所的研究人员创新性地发展了一种简单、高效、绿色的碳纳米管增强大孔吸附树脂的富集萃取材料(CNTs-MAR)及其制备方法,提高了大孔吸附树脂的选择性和吸附容量。该研究工作发展了一种新型的碳纳米管修饰支撑体的构筑策略,所制备的碳纳米管增强大孔吸附树脂富集材料有望用于高选择性的样品预处理和分析应用。

研究人员将碳纳米管尺寸小、柔韧性好的特点和大孔吸附树脂多孔、大孔的性质相结合,利用超声力和毛细力的作用,促使分散的碳纳米管进入到大孔吸附树脂的孔中,利用碳纳米管的柔韧性和大孔树脂多孔特点,使碳纳米管阻断在大孔吸附树脂的孔内,并防止其解离。他们将CNTs-MAR应用于8类、14种天然化合物的萃取研究中,发现与未修饰的大孔吸附树脂相比,碳纳米管修饰后的大孔吸附树脂对蒽醌类化合物具有优异的选择性萃取能力,这表明碳纳米管的引入极大地提高了大孔吸附树脂的选择性和吸附容量。

在分析化学领域,碳纳米管修饰的富集材料已被广泛应用于食品、药品及环境样品的预处理和分析检测中。由于碳纳米管质量轻、尺寸小,在作为样品富集材料使用时需将其构筑到支撑体上形成复合型吸附富集材料。目前最常用的构筑策略有共价键修饰法和气相沉积法,但二者均有不足。因此,发展简单、绿色、高效的构筑策略成为碳纳米管复合吸附材料领域的研究重点。(化工新型材料,2016年第2期)

 

化工新材料投资基金即将出炉

根据初步设计方案,基金总规模暂定为50 亿元,将完全采用国际规范的基金管理模式进行管理,基金投向主要包括特种合成橡胶、工程塑料、高性能纤维、氟硅材料、可降解材料、功能性膜材料、功能高分子材料及复合材料等领域。石油和化学工业规划院院长助理、材料化工处处长张方表示,在产业基金的引领和推动下,到2020 年我国高性能树脂、特种橡胶、高性能纤维、功能性膜材料及电子化学品等产品的自给率有望分别达到83%、80%、92%、75%及66%,整体达到80%以上。立足国内、实现自给,化工新材料将在“十三五”大放异彩,成为全行业转型升级的主引擎和由大变强的第一名片。(浙江化工,2016年第2期)

 

气液法流化床PE 成套技术通过鉴定

中国石化工程建设有限公司与天津石化、浙江大学、燕山石化、上海化工研究院联合攻关的中国石化“十条龙”科技攻关项目-气液法流化床聚乙烯( PE) 工艺成套技术开发,日前通过鉴定。

该成套技术不仅可应用于现有众多气法聚乙烯装置的技术改造和提升,还具有流程合理、工艺先进等优点,采用单一流化床聚合反应器就能生产多种聚乙烯新产品,在POF 膜、拉伸套罩膜、拉伸缠绕膜等领域填补了国内空白。

该项目采用中国石化自主研发的新型钛系高活性聚乙烯催化剂和双活性中心钛钒复合催化剂,开发了多温区流化床反应器、旋流型气液分离器和冷凝液注入喷嘴等专有设备,完成了小试研究、冷模实验、CFD模拟和工业试验,形成了具有完全自主知识产权的气液法流化床聚乙烯工艺成套技术。目前该技术已申请37 件国内外发明专利,获得国内专利授权14 件、国外专利授权8 件。

与此同时,中国石化工程建设有限公司负责开发的30 万t/a多温度区气液法聚乙烯工艺包也通过审查。(盐业与化工,2016年第2期)

 

将生物基塑料引入到智能手机领域

三菱化学高性能聚合物公司(MCPP)推出了全球首款可替代智能手机无机玻璃屏幕的植物基塑料。但在欧洲市场推广这款材料仍需时间。MCPP公司在2015德国塑料加工展览会上透露,已与德国公司签订新的市场销售协议经销其Durabio材料,该材料由植物基异山梨醇制成,可取代目前备受争议的化学物质双酚A。

MCPP日本总部在2015年7月宣布,其Durabio材料将用于夏普Aquos2智能手机的屏幕,而且在亚洲的汽车市场、光学显示器和玻璃替代领域也正在开发一些新应用。尽管公司也在开发欧洲市场的应用,但速度并不像亚洲地区这么快。Durabio材料的潜力是显而易见的,可取代任何对光学有要求的聚碳酸酯(PC)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。其面临的主要挑战是找到对材料有这种性能要求的客户,让他们去接受,当然价格也是一个需要考虑的因素。该款材料对寻找植物基塑料替代PC,或担心双酚A健康隐患的客户具有很大的吸引力。MCPP称,相比传统PC,Durabio材料的耐磨性能和光学性能都更出色。 MCPP高层还表示,在欧洲市场看到了其新牌号生物塑料聚丁二酸丁二醇酯(PBS)的发展潜力,因为当地政府越来越重视废弃物问题。塑料袋、一次性餐具、可堆肥薄膜以及纸杯的聚乙烯(PE)内衬均可采用这种材料。纸杯的PE内衬会干扰回收系统,但生物基PBS不会存在此问题。三菱化学公司目前正携手泰国PTT化学公司,在泰国建设一套产能为20 kt/a的生物基PBS装置。这是全球首家具备商业规模的生物基PBS装置预计将在2015年投产。(石油化工,2016年第2期)

 

将废天然气转化为液体燃料

一种新推出的FlareBuster的技术能经由费-托(F-T)合成反应将天然气物流(如来自远程基地的火炬气和滞留气)转化成合成气,然后制成合成原油。该模块安装式可运输的系统可将标称5 M std ft3/d的天然气转变成500 bbl/d的合成原油,使物流增值并减少排放。

由新兴燃料技术公司(EFT)与Black & Veatch 公司联合开发的自给自足的FlareBuster系统现在可用于500 bbl/d增量规模的装置,这些装置可结合更高容量的应用,也可定制装置以满足生产者的具体要求。Black & Veatch公司称,火炬气损失财富,FlareBuster技术有助于使将被浪费掉的天然气货币化,然后随着需求的变化可方便地将得到的液体燃料转移到其他地方。

使用FlareBuster系统时,最初通过部分氧化或蒸汽-甲烷重整将天然气原料转化为合成气,接着该合成气被输送到该系统的高级固定床F-T反应器。在活塞流的催化体系中,使用一种由EFT开发的专有的、高活性天然气液化催化剂将合成气转化为合成粗油。使用FlareBuster技术生产的合成粗油可进一步精制,以生产各种产品,如柴油、喷气燃料、润滑油、基础油和蜡。(石油化工,2016年第2期)

 

发明新型脱硝催化剂

复旦大学环境科学与工程系课题组研发出一种新型脱硝催化剂,可有效控制PM2.5前体物NOX的排放,对减少大气中NOX转化形成的二次颗粒污染物有着重要的积极作用。研究成果发表在《Environmental Science & Technology》上。

“脱硝”就是将有害的NOX转化为无毒无害氮气的过程。研究证明,选择性催化还原NOX的烟气脱硝技术以脱硝效率高而得到广泛应用,催化剂的开发是其核心。这种新型催化剂可以同时抗碱金属和SO2,而传统催化剂遭遇烟气环境中的这两种“毒物”,会失活而丧失作用。新型催化剂比传统催化剂寿命提高10倍以上,特别是在传统催化剂无法发挥作用的燃煤工业锅炉和特种锅炉的NOX排放控制,也依然可以保持较高的活性。该技术可广泛应用于火电厂、重工业、汽车等源头的NOX排放控制。(科技导报,2016年第3期)

 

 

动态题录:

瓦克推出全新LED用高折射率有机硅(上海化工,2016年第2期)

英威达的生物衍生原料技术获得美国专利(上海化工,2016年第2期)

朗盛扩大美国高性能塑料工厂产能(上海化工,2016年第2期)

科学家发现肝癌、乳腺癌的新靶点及靶向药物(科学通报,2016年第1期)

江苏泛华化工成功研发环保节能新材料(新型建筑材料,2016年第2期)

巴斯夫率先在中国推出采用更安全阻燃剂的EPS保温隔热产品(化工新型材料,2016年第2期)

新型石墨烯基高能量度锂离子电容通过专家鉴定(化工新型材料,2016年第2期)

南大在碳基纳米笼能源转化和存储材料研究取得系列进展(化工新型材料,2016年第2期)

超滤膜首个国家标准即将实施(浙江化工,2016年第2期)

科技部发布国家重点研发计划(浙江化工,2016年第2期)

亨斯迈公司推出新型热塑性聚氨脂(化学推进剂与高分子材料,2016年第1期)

巴斯夫公司开发2K系统用生物基多元醇(化学推进剂与高分子材料,2016年第1期)

微纳米结构的聚乳酸立构复合物及其生物医学应用(石油化工,2016年第2期)

日本东丽公司开发出可反射任意波长的新型薄膜(石油化工,2016年第2期)

加拿大公司成功地由生活垃圾制得生物甲醇(石油化工,2016年第2期)

功能化氧化石墨烯应用于阻燃性聚丙烯(石油化工,2016年第2期)

 

 

 

论文摘要:

废水中有机污染物催化分解的物理场协同效应

高级氧化技术(AOPs)的出现推动了废水中难降解污染物催化转化新领域的发展,是废水生物处理技术的延伸,但存在运行能耗高、药剂消耗量大、反应速率缓慢、工程放大应用困难等问题。基于此,本文从物理场的不同物理能量提供方式出发,通过文献统计,回顾并分析了材料性能改善、活性基团增加、自由基产生的激发以及反应速率加快等的现象及其对技术的支持关系,关注药剂的减耗与污染物的降解效率提高之间的作用原理,得出了材料功能化、激发产生自由基活性物种、污染物分子性质、相界面传质能量的协同机制优化是关键的观点,指出物理、化学、介质之间的相互作用存在合理的效应区域。此外,还着重分析了微波、超声波、紫外光协同氧化剂、催化剂以及电化学过程等的能量影响与电子转移带来的分子降解增强机制,不同物理场作用的化学反应差异性取决于介质对能量吸收与电子传导。最后,适当分析了各种方法技术的反应器、工程化以及应用的可能性,初步评价了工业化应用的经济性,存在的困难是放大过程的非线性以及单位质量有机污染物去除比较高的能耗与药耗,但对难降解组分有效。论文对发展高级氧化水处理新型高效技术与装备具有指导价值,并提出了未来技术发展的机理创新、能耗降低、工艺优化的研究方向。(化工进展,2016年第3期)

 

含添加剂沸石分子筛混合吸附剂物理特性及其制冷应用性能

为改善吸附剂用于吸附制冷的传热传质性能,以微米级铁粉、铝粉和非金属膨胀石墨为添加剂,制备了8 种不同烧结型13X 沸石分子筛(包括粉末型和颗粒型)混合吸附剂,对其进行了SEM 观察以及热导率、吸附等 温线、孔径分布等物性的测量与表征分析。结果显示,添加剂为膨胀石墨的粉末型分子筛微粒之间的紧密型最好,接触面积最大;添加剂为铝粉的粉末型分子筛热导率和热扩散系数最高,相比纯组分颗粒型分子筛的分别提高了100.9%和315.6%,添加剂为铁粉的粉末型分子筛比热容最低,相比纯组分颗粒型分子筛的降低了33.9%; 加入添加剂的粉末型和颗粒型分子筛的比表面积和孔隙率都有不同程度的降低,其顺序由高到低均为膨胀石墨、铝粉、铁粉。将制备的各种混合吸附剂应用于吸附制冷单元管进行实验测试,讨论分析了其循环周期、制冷量、COP 和SCP 等性能指标的改进与吸附剂物性改变之间的内在联系。(化工进展,2016年第3期)

 

醋酸甲酯侧反应精馏过程的多变量动态控制

侧反应器与精馏塔的耦合结构与物料交换方式的灵活性,造成系统的自由度高、设计变量多,增加了该过程的稳态优化模拟和动态控制的难度。针对侧反应精馏过程(SRC)的平滑操作和自动控制问题,以醋酸甲酯工业生产过程为例,采用基于独立反应量的稳态设计方法获取最佳的反应精馏集成结构和操作参数,在此基础上设计了以产品成分调节变比值控制为主的多变量控制方案,并通过在Aspen流程模拟软件建立醋酸甲酯侧反应精馏动态流程模拟系统,验证控制方案的有效性。(化工学报,2016年第3期)

 

简捷法确定提纯回用氢网络目标值

与只考虑直接回用的氢网络相比,具有提纯单元的氢网络能显著减少新鲜氢气的消耗量,但其设计及求解提纯目标值过程均更为复杂。对于单杂质、提纯单元采用固定浓度模型的提纯回用氢网络,结合此类网络的特点,提出了一种简捷法确定网络目标值。首先假设提纯后氢物流量足够大,由此得出初始提纯夹点。当初始夹点估算正确时,由夹点之下的需求物流和源物流的流量与杂质质量衡算即可得出提纯回用氢网络的目标值;当初始夹点估算不正确时,可以第一次计算结果为基础判断得出正确夹点,再增加一步简单计算,也可得到提纯回用目标值。计算实例表明本文方法计算简单且有效。(化工学报,2016年第3期)

 

2015年中国重大科学、技术和工程进展

本着分门另类、本刊推荐、专家遴选、宁缺毋滥、叙述事实的原则,从国内外重要科技期刊和科技新闻媒体所报道的中国科技成果中,按科学、技术、工程3个类别,由《科技导报》编辑部遴选、推荐候选条目,经《科技导报》编委、审稿人等专家通信评选,推选出2015年中国重大科学、技术、工程进展30项。①2015年中国重大科学进展10项:基于蛋白C受体标记识别出多能性乳腺干细胞;农业技术革新促使史前人类永久定居青藏高原;计算模拟出1种五元环石墨烯;实验示范单光子多自由度量子隐形传态;发现1个中心黑洞质量为120亿太阳质量、红移为6.3的超亮类星体;理论预言和实验验证外尔半金属;解析人类原始生殖细胞的转录组与DNA甲基组图景;解析酵母剪接体对信使RNA前体使剪接的结构基础;揭示阻断机体免疫炎症过度反应的表观遗传修饰机制;测量反质子-反质子间的相互作用。②2015年中国重大技术进展10项:核电站控制棒系统验收,核反应堆“心脏”实现中国造;中国原创抗癌新药西达本胺获准全球上市;中海油攻克海上“双高”气田开发世界级难题;世界首个自主运动可变形液态金属机器问世;室温大气环境下单蛋白质分子的磁共振探测;中国研发出世界首台医院中子照射器;胶体量子点微型光谱仪研制成功;制备出大面积高质量二维超薄Mo2C超导晶体;高效低成本光催化制氢材料研发成功;中国研制出世界最高效固态量子存储器。③2015年中国重大工程进展10项:中国成功研制世界先进水平航天器“发动机”;中国首列“永磁高铁”试跑成功;EAST辅助加热系统验收;中国新一代北斗导航卫星准确入轨;长征六号点火发射成功,一箭20星创亚洲之最;首台万米级无人潜水器和着陆器4000m级海试成功;首架国产大飞机下线;大型反场箍缩磁约束聚变实验装置“科大一环”建成运行;世界最大球面射电望远镜馈源舱在贵州升舱;中国暗物质粒子探测卫星“悟空”发射成功。(科技导报,2016年第3期)

 

氨基功能化SBA-15接触精制废润滑油

    以氨基功能化SBA-15(NH2-SBA-15)为吸附剂,对废润滑油进行了接触精制研究。采用傅里叶变换红外、热重、N2物理吸附等手段对接触精制前后吸附剂样品进行表征。考察了剂油质量比、精制温度、接触时间等因素对再生油酸值的影响,并通过溶剂洗涤法对失活吸附剂进行再生。结果表明,接触精制废油后(NH2-SBA-15)的表面及孔道中沉积有大量脂肪族有机化合物,其比表面积与孔容基本丧失,孔径大幅降低 ,200-600℃热重表征失重率约为34.0%;在剂油质量比为0.03,精制温度为40℃,接触时间为10 min的条件下,再生油酸值可降低至<0.01 mg(KOH)/g;吸附后NH2-SBA-15经4次溶剂洗涤再生,接触精制废润滑油所得再生油酸植仍低于0.03 mg(KOH)/g。(现代化工,2016年第2期)

 

制备条件对CuO-ZnO-ZrO2催化剂结构性能的影响

    利用共沉淀法制备了CuO-ZnO-ZrO2催化剂,考察了加料方式、焙烧温度和沉淀剂种类对CuO-ZnO-ZrO2催化剂结构性能的影响。通过XRD、H2-TPR、BET等方法对所制备和催化剂进行了表征,选择较佳制备条件下制得的CuO-ZnO-ZrO2催化剂进行了液相丙烯低温脱除CO活性评价。结果表明:采用并流方式,焙烧温度为400℃,对(NH42CO3为沉淀所制备的催化剂具有较大的BET比表面积,更小的活性组分晶体颗粒,以及较好的氧化还原性能。在反应温度为50℃,压力为3 MPa,体积空速为8.0 h-1的条件下,连续反应1500 min,较佳制备条件下制得的CuO-ZnO-ZrO2催化剂在液相丙烯杂质脱除中,10μL/L CO转化率均在99.7%以上,稳定性良好。(现代化工,2016年第2期)

 

纳米腐植酸/丙烯酸-丙烯酰胺-蒙脱土复合型树脂的制备与表征

以N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,过二硫酸钾为引发剂,丙烯酸、丙烯酰胺、纳米腐植酸及改性蒙脱土为原料,采用水溶液聚合法制备了丙烯酸-丙烯酰胺/纳米腐植酸基复合型树脂。通过单因素及正交实验系统考察了单体比(质量比)、纳米腐植酸用量、反应温度等因素对复合型树脂吸液倍率的影响。最适宜制备工艺条件为:单体比3∶7,纳米腐植酸用量为15%,反应温度65℃,中和度80%,交联剂0.05%,引发剂1.0%,所制备的复合型树脂吸水和吸盐倍率分别为998.90 g/g及102.59 g/g。用FT-IR,SEM及TG-DSC等对产物进行表征,结果表明:纳米腐植酸与丙烯酰胺发生接枝反应,产生了醚键;其表面结构疏松且粗糙,呈现较多孔洞、空隙及凹坑;热稳定性较好。(化学工程,2016年第2期)

 

波纹导向浮阀塔板二相流场的数值模拟

塔板上二相流动情况的不同对板上传热传质的影响较大,仅仅通过实验很难了解板上流动和气液传质的非理想情况。为了深入了解波纹导向浮阀塔板的流体力学性能,在阀片全开状态下,采用计算流体力学(CFD)对1 000 mm的波纹导向浮阀塔板的两相流场进行了模拟研究,建立了欧拉-欧拉两相流三维模型,考虑了气液二相间动量传递作用。为了检验模拟结果的可靠性,将模拟得到的清液层高度与实验值进行对比,验证了所建模型的正确性。研究结果表明,波纹导向浮阀塔板具有良好的流体力学性能,板上气液分布较均匀,弓形区返混区域小。(化学工程,2016年第2期)

 

染料敏化太阳能电池合金对电极材料

对电极(counter electrode,CE)是染料敏化太阳能电池(dye-sensitized solar cells,DSSCs)的重要组成部分,发展性能优异的对电极材料是提高DSSCs光电转换效率的关键。虽然以贵金属铂(Pt)、碳材料、导电聚合物、过渡金属化合物以及复合材料作为对电极都使DSSCs取得了相当高的光电转换效率,但另一类新型的合金对电极材料表现出优异的催化性能且应用于DSSCs中获得了很多令人瞩目的成果。本文综述了近5年来新型合金对电极的研究历程,并对合金材料在DSSCs领域内所面临的问题及其发展趋势进行了展望。(科学通报,2016年第4-5期)

 

 

论文题录:

Cr/SBA-15的优化合成及其环己烷氧化性能研究(现代化工,2016年第2期)

超级电容器NiCo2 O4材料的水热法合成及其电化学性能 (现代化工,2016年第2期)

异养硝化苯酚降解菌的筛选及性能研究(现代化工,2016年第2期)

大数据技术在催化裂化装置运行分析中的应用(化工进展,2016年第3期)

基于生物质双流化床快速热解生产流程模拟的分析(化工进展,2016年第3期)

Ag/TiO2纳米催化剂的制备及性能(化工进展,2016年第3期)

3-双(辛酰胺乙基)氨基-2-羟基-1-丙基磺酸钠表面活性剂的合成及性能(化工进展,2016年第3期)

纳米铁强化复合技术在水污染治理的应用(化工进展,2016年第3期)

化工园区应急救援体系的构建(化工进展,2016年第3期)

煤化工高浓含酚废水萃取脱酚实验研究(化学工程,2016年第2期)

基于改进0-1测试的多相宏观混合效果混沌表征(化学工程,2016年第2期)

阴离子树脂HZD-9对丁二酸吸附行为的研究(化学工程,2016年第2期)

固定化微生物处理丙烯腈化工污水的脱氮技术研究(化学与生物工程,2016年第2期

一种基于优先级的控制系统性能评估和安全监控系统(化工学报,2016年第3期)

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综述:

含添加剂沸石分子筛混合吸附剂物理特性及其制冷应用性能

(国家自然科学基金 教育部留学回国人员科研启动基金及上海市自然科学基金)

固体吸附式制冷因可利用低品位能源和以环保制冷剂为主要工质,且具有制作简单、无振动部件、无结晶和腐蚀等优点,是一种极具潜力的制冷技术。近几年,吸附式制冷的研究已得到各国学者的广泛关注,并取得了很大的进展,但是在实际的应用中还存在很多不足,如系统性能系数低、循环时间较长、单位质量吸附剂的制冷功率(SCP)小等,其瓶颈之一就是因为吸附剂的传热传质性能在一定程度上受到限制。

针对吸附床传热传质性能的提高,目前主要方法有:结构法(在热交换器壁面增加翅片、肋片)、固化处理法(固结床、壁面涂层)、添加剂法(在吸附剂中添加导热材料或者采用活性炭纤维、石墨等多孔介质)。其中采用添加剂法制作的混合吸附剂成本最低,技术最简单,因此有不少学者对其进行过研究。方利国等在吸附剂中加入一定比例且略小于吸附剂颗粒的铝粒,结果表明,加入铝粒的复合吸附剂达到吸附平衡的时间比纯组分吸附剂缩短了30%左右。DEMIR等研究了不同尺寸的金属添加剂(宽度为1.0-2.8mm 和2.8-4.75mm 的铝、铜、黄铜和不锈钢片)对硅胶吸附床有效热导率和热扩散系数的影响,结果表明,其中1.0-2.8mm 的铝片效果最好,吸附床的有效热导率和热扩散系数相比纯硅胶分别提高了157% 和242%。魏新利等以膨胀石墨为添加剂,利用金相显微镜和Nova 表面积与孔径测定仪对复合吸附剂的微观特征进行了分析与研究,结果表明膨胀石墨在吸附剂内部形成网状结构,与分子筛紧密结合,使得热量和制冷剂能够方便地通过由膨胀石墨形成的网络进入吸附剂内部,从而在提高复合吸附剂的热导率的同时使其吸附性能下降幅度不大。高建明等提出一种新型含添加剂可膨胀石墨(粒径为50目)、金属M 的氢氧化物、硅胶等复合吸附剂,复合吸附剂块的热导率得到提高,通过实验确定了各组分间的最佳配比:可膨胀石墨45g、M(OH)n 60g、硅胶12g。陈海军等以13X 分子筛粉末为吸附剂、凹凸捧土为黏结剂,采用在吸附床内混装导热材料铝片、铁屑、铝粉(粒径为200-300 目)和在吸附剂制备中添加铝粉、石墨粉(粒径为200-300 目)的方法来强化传热,测定了复合吸附剂的吸附等温线,并实验评价了吸附剂传热和吸/脱附性能,结果表明,吸附床传热温差降低了23%-30%,单位质量吸附剂的制冷能力增加了 7.5%-12.5%,但复合吸附剂的吸附量有所下降。以上多数文献中所采用添加剂粒径较大、质量重,导致吸附剂材料间不够致密、吸附剂的质量分数降低幅度大,影响总体吸附性能,且缺乏同时从传热和传质两个角度对混合吸附剂进行较全面综合的基础物性分析。

微米级金属粒子(粒径为6000-8000 目)具有粒径小、质轻、比表面积大等优点,相比上述文献中所提到的添加剂,具有明显的优势。目前关于添加剂为微米级金属的复合吸附剂的基础物性及其在吸附制冷实际中应用的研究还较少见。因此,本文选用微米级金属(铝粉、铁粉)以及研究中较常用的膨胀石墨(作为对比)为添加剂,与13X 型沸石分子筛按比例混合并作烧结固化处理,制备了多种不同烧结型沸石分子筛混合吸附剂。利用扫描电子显微镜(SEM)、热常数分析仪和比表面及孔径分析仪对所制备的混合吸附剂进行了较全面的物性参数测量与表征分析,并将制备的混合吸附剂应用于吸附制冷单元管进行了性能测试,对比研究了不同添加剂对混合吸附剂物性以及冷管性能的影响,分析了两者变化之间的内在联系。

 

1  混合吸附剂的制备与物性测量

1.1  不同混合吸附剂的配置方案

选用13X 型沸石分子筛颗粒和粉末(由颗粒型分子筛研磨而成)分别作吸附剂原材料,凹凸棒土为黏结剂,微米级铝粉、铁粉(粒径均为6000-8000目)或膨胀石墨(200mL/g 的可膨胀石墨粉)作添加剂,按比例进行混合配置。将混合好的复合吸附剂加入适量的去离子水,搅拌均匀,使其润湿、稍具黏性,取混合物适量填充到模具中,按照一定的温度曲线高温焙烧至设定温度,保持一段时间后,脱模空冷得到8 种烧结成型的混合吸附剂。其中,沸石分子筛和凹凸棒土以质量比4∶1 混合,添加剂为前两者总质量的13%,具体配比用量详见表1。

 

表1 各种混合吸附剂配比用量详细表

 

 

1.2  测量仪器

为获得所制备混合吸附剂的物性数据,所用到的仪器主要有扫描电子显微镜、热常数分析仪和比表面及孔径分析仪,如表2 所示。

 

表2 测量仪器

 

 

2  结果分析与讨论

2.1  混合吸附剂的SEM 表征

将纯组分沸石分子筛及制备好的混合吸附剂分别依次放入到扫描电子显微镜(SEM)的样品室中,抽真空直至设定要求,然后开启电子显微镜,调整分辨率,得到各种吸附剂的SEM 图,见图1(图中SEM MAG 表示放大倍率)。

 

1 纯组分沸石分子筛及不同混合吸附剂的SEM

 

从图1 中的(a)、(b)可以看出,纯组分的沸石分子筛颗粒和粉末两者的表面结构和物理形态并没有很大差别(都是由直径1.5-2.8μm 之间的微小孔型颗粒组成的),有别之处在于粉末之间的接触更为紧凑,使得粉末型的沸石分子筛之间传热面积大于颗粒型的,有利于提高传热性能。图1 中的(c)、(d)分别为添加凹凸棒土后的分子筛颗粒、粉末材料,可以看到有形状不同于球形的材料出现,表明凹凸棒土的黏结剂作用使分子筛的微小颗粒粘连到了一起,有利于减小传热热阻和增大传热面积。

图1 中的(e)-(i)分别为添加微米铁粉、铝粉、膨胀石墨后的分子筛颗粒(或粉末)混合吸附剂的SEM 图。通过比较分析可以看出,带添加剂的粉末型分子筛形貌较颗粒型的相对规则,排列紧凑,这是由于凹凸棒土的黏结作用将微米级添加剂与分子筛粉末充分黏合在了一起,进一步观察可以发现,带有添加剂的粉末型沸石分子筛混合吸附剂中,添加剂为膨胀石墨的微粒之间的紧密型最好,接触面积最大,其次为铁粉,接触面积最小的为铝粉,这主要是由微米级添加剂的表面粗糙度和其延展性决定的;而从不同添加剂微观形貌上看,微米级铁粉和铝粉的混合吸附剂呈较规则的球形,膨胀石墨混合吸附剂的形状多变,有多面体型、扁平型以及少量的球形等。

2.2  热物性参数的测量

Hot Disk 热常数分析仪的测量原理基于瞬态平面热源法,采用连续双螺旋结构金属镍作为探头,测试时,探头输出功率恒定的直流电,其阻值变化将被一一记录下来,基于阻值的大小系统建立起测试期间探头所经历的温度随时间变化关系,可以较为精确地得到被测样品的导热性能,得出热导率后,热扩散系数通过迭代运算计算得出。需要注意的是根据不同材料的热导率大小,系统要选择不同的测试参数,包括输出功率、测试时间以及采用探头的尺寸等。本次实验采用输出功率为0.12W,测试时间为160s,样品温度为环境温度20℃,探头型号8563,探头半径9.868mm,探测深度为12.7mm,仪器引入的热导率和热扩散系数的相对标准不确定度分别为1.73%、2.89%。测量结果如图2、图3(图中颗粒和粉末均指纯组分沸石分子筛)。其中,热扩散系数α= k/(ρc)[式中,α为热扩散系统,m2/s;k为热导率,W/(m·K);ρ为密度,kg/m3;c为比热容,J/(m3·K)],是材料在自己本身内部传播温度变化能力大小的指标。热扩散系数越大,表示材料由非稳态到稳态的过渡时间越短。

 

图2 纯组分沸石分子筛及不同混合吸附剂的热导率对比图

 

 

图3 纯组分沸石分子筛及不同混合吸附剂的热扩散系数对比图

 

从图2、图3 中的数据可以发现,1#样品(颗粒型分子筛+黏结剂)相比纯分子筛颗粒的热导率和热扩散系数均有所提高,表明凹凸捧土的混入增加了分子筛颗粒之间的接触面积,提高了传热性能。而2#样品(粉末型分子筛+黏结剂)的热导率相比纯分子筛粉末变化不大,但热扩散系数有所下降,降低了29.9%,这是因为黏结剂的混入使得原本接触面积较大的分子筛粉末之间接触更为紧凑,样品密度增大,阻碍了热量的传递。在上述基础上,增加有添加剂后,6#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铝粉)的热导率和热扩散系数最大,相比纯组分粉末型沸石分子筛分别提高了100.9%、315.6%,说明铝粉的加入提高了吸附剂的热导率,增强了传热效果。其次,4#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)的热导率相比纯组分的吸附剂提高了82.0%,而8#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级膨胀石墨)热导率相对较低,只提高了70.5%,这是由于膨胀石墨为各向异性材料,在垂直和平行于施加压力方向的两条轴线上的热导率相差很大,因此导致混合吸附剂的总热导率提高量相对较小。但对于热扩散系数,8#样品要比4#样品的热扩散系数高,这是因为膨胀石墨是在天然鳞片石墨基础上,经过插层、水洗、干燥和高温膨化过程得到的一种疏松多孔型的蠕虫状物质,特别是经过高温膨化后,石墨本身的平面层明显裂开,继而发生不均匀变形,且呈卷曲状态,其表面为网状孔型结构,一定程度上降低了混合吸附剂间的密度,使得热扩散系数提高。对于带添加剂的颗粒型分子筛混合吸附剂(3#、5#、7#样品),其热导率和热扩散系数的变化趋势同粉末型分子筛混合吸附剂(4#、6#、8#样品)基本一样。

对于颗粒型和粉末型沸石分子筛的比热容,其最低的分别是3#样品(颗粒型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)和4#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铁粉),这是由于在环境温度25℃下,添加剂为铁粉的比热容最小[为0.422J/(kg·K)],分别小于膨胀石墨[0.707J/(kg·K)]和铝粉[0.905J/(kg·K)],这将对这些吸附剂应用于单元冷管时的循环耗热量产生相应影响。

2.3  吸附等温线及孔隙率的测量

吸附等温线是指在恒定温度下吸附过程达到平衡时吸附质分子在两相中浓度之间的关系曲线。BRANAUER 等根据大量的吸附等温线的实验结果,提出了目前最为广泛使用的BDDT 分类方法,将气体吸附等温线分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ型5 种基本类型。其中Ⅰ型吸附等温线,即Langmuir 等温线,其特点是在相对压力p/p0 较低时,仍有较大的吸附量,且当相对压力p/p0 增大到一定数值,吸附量保持不变,即达到饱和吸附状态。

通过测量一系列恒温条件下不同相对压力下的吸附量,即可得到吸附等温线。本文利用比表面及孔径分析仪,测得了不同组分混合吸附剂的吸附等温线,如图4 所示。图中横坐标为相对压力p/p0,p0 表示吸附质(气体)饱和蒸气压,p 表示吸附质(气体)压力。测试条件为环境温度19℃,恒温浴温度77.3K,预处理脱气温度300℃,脱气时间300min,饱和蒸气压1.0337bar(1bar=0.1MPa)。

 

图4 不同组分混合吸附剂的吸附等温线

 

从图4 中可以看出,不同组分混合吸附剂的吸附等温线总体趋势一致,属于Ⅰ型等温线。对比各样品在等分压下的吸附量情况发现,1#样品(纯分子筛颗粒+黏结剂)的吸附量最大,4#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)最小,这是由于在等温等分压条件下,吸附剂的吸附量只与单位质量吸附剂的孔体积成正比,对于有添加剂的情况,由于铁粉和铝粉非多孔介质,占用了单位质量吸附剂的孔体积比,因此吸附量相对较小。而7#样品(颗粒型分子筛+黏结剂+膨胀石墨)和8#样品(粉末型分子筛+黏结剂+膨胀石墨)中的膨胀石墨为多孔材料,虽然其加入降低了分子筛吸附剂的质量比,但其自身的多孔性质一定程度地弥补了这一弱项,因此相应吸附量在有添加剂的混合吸附剂中分别为最大,仅次于只含有凹凸捧土黏结剂混合吸附剂的情况。

通过比表面及孔径分析仪,采用BJH 法测量了各吸附剂的孔径分布、比表面积、孔体积等结构参数,具体见表3。

表3  各混合吸附剂的结构参数

 

 

其中,根据孔体积可以计算出吸附剂床层的孔隙率计算式为式(1)。

 

式中,Va为总吸附孔体积,m3;Vb为吸附床层体积,m3;ms为吸附剂质量,g;νmp和νp分别为吸附剂的微孔体积和孔体积,mL/g,R1为吸附管内径,m;R2为蒸汽通道半径,m;L0为吸附床长度,m。

从表3 中数据可以看出,加入添加剂后混合吸附剂孔隙率都有不同程度的降低,这是因为添加剂粒径较小,且其加入还降低了分子筛质量的填充。颗粒型和粉末型混合吸附剂的孔隙率由低到高分别为:3#样品(颗粒型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)、5#样品(颗粒型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)、7#样品(颗粒型分子筛+黏结剂+膨胀石墨)和4#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)、6#样品(粉末型分子筛+黏结剂+微米级铁粉)、8#样品(粉末型分子筛+黏结剂+膨胀石墨)。其中添加剂为膨胀石墨的吸附剂(颗粒型和粉末型)的孔隙率相比纯组分颗粒型分子筛吸附剂的降低幅度最小,分别为3.6%(7#样品)、19%(8#样品),这主要是因为膨胀石墨为多孔材料,其加入在一定程度弥补了分子筛质量占比降低这一不足,孔隙率的大小将会对吸附剂的传质性能产生直接影响,这可从图4 中的结果得到印证,即7#样品和8#样品的等温吸附量分别高于5#样品和6#样品、3#样品和4#样品。对于混合吸附剂的比表面积,颗粒型和粉末型的变化趋势均同孔隙率相同。

 

3  混合吸附剂在单元冷管中的应用性能分析

将所制备的混合吸附剂应用于吸附制冷单元管进行循环性能测试,测试条件为热源温度300℃、环境温度20℃、环境湿度50%和自然对流条件。图5 为不同混合吸附剂(1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#样品)单元冷管循环周期中吸附/脱附水量随时间的变化曲线。

 

图5 混合吸附剂单元冷管循环周期中吸附/脱附水量

随时间的变化

 

如图5 所示,主原料为分子筛颗粒和粉末的吸附剂两种情况变化曲线总体趋势一致,即在开始加热解吸阶段,解吸速率(曲线斜率)较大,随着解吸过程的进行,吸附床层中含有的吸附质量越来越小,解吸速率随之变小,直至解吸完全,脱附水量达到最大值;在冷却吸附阶段,吸附端温度下降,吸附过程开始,吸附速率与解吸阶段类同,吸附速率由大变小,直至达到饱和状态,吸附过程结束,一个循环完成。 对比实验结果可以看出,各样品单元管的吸附量由高到低依次是:2#(分子筛粉末+黏结剂)、8#(分子筛粉末+黏结剂+膨胀石墨)、6#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铝粉)、4#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铁粉)、1#(分子筛颗粒+黏结剂)、7#(分子筛颗粒+黏结剂+膨胀石墨)、5#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铝粉)、3#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铁粉)。对比粉末型混合吸附剂和颗粒型混合吸附剂可以发现,粉末型混合吸附剂的吸附/脱附水量高于颗粒型的,这是因为研磨后的分子筛粉末填充质量较多,进而吸附量大。对于含添加剂的情况,7#样品和8#样品分别为含添加剂的颗粒型和粉末型混合吸附剂中吸附量最大的,这是由于膨胀石墨为多孔介质,相比微米级铁粉和铝粉,其加入降低了由分子筛质量缺失造成孔隙率下降的影响,而铁粉和铝粉非多孔介质,占用了单位质量吸附剂的孔体积比,因此吸附量相对较小。

对比循环时间可以发现,6#样品单元冷管循环工作时间最短,各样品从低到高依次是:6#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铝粉)、8#(分子筛粉末+黏结剂+膨胀石墨)、4#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铁粉)、5#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铝粉)、3#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铁粉)、7#(分子筛颗粒+黏结剂+膨胀石墨)、2#(分子筛粉末+黏结剂)、1#(分子筛颗粒+黏结剂)。对比粉末型和颗粒型混合吸附剂可以发现,粉末型混合吸附剂的循环时间比颗粒型的要短,这是由于经研磨后的分子筛粉末之间的接触面积增大,热导率和热扩散系数都得到了提高,进而缩短了循环时间。对于含添加剂的情况,5#样品和6#样品的循环时间依次为211min、196min,分别为含添加剂的颗粒型和粉末型混合吸附剂中循环时间最短的,这是因为铝粉为金属材料,导热性能好,传热效果最好(如图2、图3,对应6#样品的热导率和热扩散系数最高),故循环时间最短。另外,虽然8#样品的热导率比4#样品的小,但其循环时间却较4#样品短,这是因为实际循环过程为吸附工质对的传热传质耦合过程,吸附速率不仅与热导率有关,而且受传质过程中的孔隙率影响,多孔介质膨胀石墨的加入不但提高了混合吸附剂的热导率,而且相比添加铁粉和铝粉的吸附剂孔隙率有所提高,从而加快了传质速率。

为了全面评价不同混合吸附剂单元冷管的制冷性能,还对其制冷量、制冷系数COP、单位质量吸附剂的制冷量SCP 等性能参数进行了计算对比分析。各参数最终结果如表4(其中颗粒型混合吸附剂的平均冷凝温度和平均蒸发温度分别为59.4℃、9.2℃,粉末型混合吸附剂的平均冷凝温度和平均蒸发温度分别为60℃、7.4℃)。

表4  混合吸附剂单元冷管各性能参数对比

 

①制冷量Q0=mΔx(L-cpΔT)。式中,m 为分子筛质量;Δx 为吸附量之差;L 为水的蒸发潜热;ΔT 为冷凝温度与蒸发温度之差;cp 为水的比热容。②制冷系数COP=Q0/Qh。式中,Q0 为制冷量;Qh 为吸附床加热及解析过程总耗热量。③单位质量吸附剂制冷量SCP=2Q0/(tm)。式中,t 为循环时间。

 

从表4 中可以看出,各样品冷管制冷量顺序由高到低依次是:2#(分子筛粉末+黏结剂)、8#(分子筛粉末+黏结剂+膨胀石墨)、4#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铁粉)、6#(分子筛粉末+黏结剂+微米级铝粉)、1#(分子筛颗粒+黏结剂)、7#(分子筛颗粒+黏结剂+膨胀石墨)、3#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铁粉)、5#(分子筛颗粒+黏结剂+微米级铝粉)。对于含添加剂的情况,7#样品、8#样品的制冷量分别高于3#样品、4#样品和5#样品、6#样品,这是由于本身为多孔介质的膨胀石墨,相比其他添加剂(铁粉和铝粉)孔隙率大,吸附量也相应较大,而其加入也弥补了添加剂加入带来的分子筛质量填充减少的影响。对比COP 分析,其顺序由高到低依次是:6#、8#、4#、5#、7#、3#、2#、1#。由COP 计算公式可知,COP 不仅受制冷量的影响,还受吸附床加热及解析过程总耗热量影响,且与制冷量成正比,与吸附床总耗热量成反比,由于6#样品的比热容最低,导致总耗热量最小,综合制冷量的大小,其COP 表现最大。对于各样品冷管SCP,由高到低顺序依次是:6#、4#、8#、5#、7#、2#、3#、1#。因SCP 受循环时间影响,6#样品循环时间最短,同时综合制冷量和单元管吸附剂填充量的大小,其SCP表现最大。

综上分析,添加剂为微米级铝粉的混合吸附剂的综合性能最好,主要体现在热导率和热扩散系数大,比热容低,比表面积和孔隙率降低幅度小,且在实际系统中,循环时间短,COP 和SCP 高。

 

4  结 论

(1)带添加剂的粉末型沸石分子筛混合吸附剂中,添加剂为膨胀石墨的微粒之间紧密型最好,接触面积最大,其次依次为微米级铁粉和铝粉。添加剂为铝粉的粉末型分子筛吸附剂热导率和热扩散系数最高,分别为0.2987W/(m·K)、4.181×10-7m2/s(相比纯组分颗粒型分子筛吸附剂分别提高了100.9% 和315.6% ), 而其比热容最低,为1.013×10-3J/(m3·K)(相比纯组分颗粒型分子筛吸附剂降低了31.5%)。在等温等分压下,对比含添加剂的样品,添加剂为膨胀石墨的颗粒型分子筛吸附量最大,对比粉末型和颗粒型混合吸附剂的比表面积和孔隙率,其中添加剂为膨胀石墨的均为最大,其次为铝粉和铁粉。

(2)将制备的各种混合吸附剂应用于单元冷管,并实验分析了其制冷性能。结果表明,当吸附管采用添加剂为微米级铝粉混合吸附剂时,冷管的循环时间最短,循环性能最好(COP 为0.334,SCP为50.59W/kg)。综上所述,采用微米级金属添加剂,提高了混合吸附剂的热导率和热扩散系数,降低了比热容,强化了吸附/解吸过程中的传热传质性能,缩短了循环时间,从而总体提高了吸附单元冷管的制冷性能。

                                              (化工进展,2016年第3期)

 

 

 

联系人: 陈老师

                                   联系方式:E-mail:chenyz@njut.edu.cn

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