[發明專利]地聚物吸附劑及其制備方法

無效

• 申請號: 200710200202.0
• 申請日: 2007-02-13
• 公開（公告）號: CN101053826A
• 公開（公告）日: 2007-10-17
• 發明（設計）人: 袁谞凰;袁景華
• 申請（專利權）人: 袁谞凰
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/16;F25B17/08
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技術領域

本發明涉及吸附制冷與熱泵技術，具體是一種地聚物(geopolymer)吸附劑，本發明還涉及地聚物(geopolymer)吸附劑的制備方法。

背景技術

吸附式制冷與熱泵系統采用太陽能、余熱驅動，能有效利用大量的低品位熱能，是一種環境友好型制冷與熱泵技術。和蒸氣壓縮式制冷、熱泵相比，它具有結構簡單，無運動部件，噪聲低，壽命長等特點，和吸收式制冷比較，吸附式制冷不存在結晶和精餾問題，且適用范圍廣，可用于振動、傾顛或旋轉等場所。

吸附劑是吸附式制冷與熱泵系統的核心材料，其優劣是實現吸附式制冷與其它制冷方式競爭的關鍵。對吸附劑的深入研究，提高其性能，已成為迫切需要解決的課題。

據文獻介紹：吸附劑為多孔介質，市場上的吸附劑(如沸石、活性炭等)一般都是粉狀或顆粒狀的，由其填充成的吸附床的接觸熱阻大，導熱性能差。為增強吸附床導熱系數，最簡單的方法是將不同大小的吸附劑顆粒混合，這樣做的效果很有限。還有一種方法是將吸附劑顆粒與導熱性能較好的金屬粉末或石墨混合，但即使添加劑的質量比達到25％，吸附床導熱系數的提高仍然不明顯，主要原因在于添加劑與吸附劑之間的接觸是點一點接觸，未形成連續相。此外，金屬或石墨的加入也使得吸附床的總熱容增加，及單位質量吸附劑的吸附量減少。另一種更為有效的方法是將吸附劑與粘接劑復合，形成固化的復合吸附劑。較簡單的復合吸附劑是將粉狀或顆粒狀的沸石或活性炭與粘結劑復合成塊狀復合吸附劑，如沸石粉與聚苯胺。引自王如竹等著[吸附式制冷]第6頁。

另據文獻介紹：化學吸附劑以氯化鈣為最好，氯化鈣可以用作干燥劑，脫水劑。它對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鈣一氨的化學吸附制冷/熱泵系統。但氯化鈣經反復使用后，其吸附性能將逐漸降低甚至失去吸附能力。氯化鍶對氨的吸附量大，長期使用不改性，而且在不同溫度級上可以分級吸附，保證了它可以多溫區使用，其不足之處是吸附劑材料價格很貴。引自王如竹等著[吸附式制冷]第53頁。

以上文獻的論述說明，現有吸附制冷與熱泵系統中的吸附劑接觸熱阻大，導熱性能差。采取粘結劑固化、顆粒匹配或復合吸附劑的方法雖然可適度提高導熱性而改善吸附性能，但是引入的粘結劑會阻塞部分吸附劑通道，減少吸附床內吸附劑的填充量，增加了金屬重量，反而使吸附床總熱容增加，COP的提升非常有限。化學吸附劑從理論上有較高的循環吸附量，但是化學吸附劑在循環中產生膨脹與結塊的不可逆進程；其吸附性能逐漸降低直致失去吸附能力。上述問題是吸附制冷與熱泵技術同其他制冷與熱泵技術競爭的主要瓶頸。

發明內容

本發明的目的在于克服現有吸附劑的不足，提供一種地聚物(geopolymer)吸附劑，具有優良的傳熱及傳質性能，本發明的另一目的是提供上述地聚物(geopolymer)吸附劑的制備方法。

現已發現，地聚物為非晶態膠凝物質，其基本單元為硅氧四面體和鋁氧四面體相連形成的三維網絡。最終產物以離子鍵以及共價鍵為主，范德瓦爾斯鍵為輔，有以下三種結構形態：

1)單硅鋁地聚物[Poly(siaiate)]

2)雙硅鋁地聚物[Poly(sialate-siloxo)]

3)三硅鋁地聚物[Poly(sialate-disiloxo)]

其性能類似天然沸石礦物，具備有機高分子聚合物的鍵接結構以及許多獨特的材料特性。

本發明的技術解決方案是，地聚物吸附劑包括以下重量百分比的組分：

1)組分(A)10-100％，

2)組分(B)10-90％，

3)組分(C)0-80％。

其中組分(A)包括

單硅鋁地聚物[Poly(siaiate)]，

雙硅鋁地聚物[Poly(sialate-siloxo)]，

三硅鋁地聚物[Poly(sialate-disiloxo)]三類地聚物，

其中組分(B)包括沸石、活性炭、硅膠、活性氧化鋁及活性炭纖維五類固體吸附介質

其中組分(C)包括氯化鈣(CaCl₂)、氯化鍶(SrCl₂)、氯化鎂(MgCl₂)、氯化鋇(BaCl₂)、氯化鋰(LiCl)及氯化鎳(NiCl₂)六類氯化金屬吸附介質