[发明专利]基于生物质材料的高性能吸附剂的两步法制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及吸附制冷技术领域，特别涉及一种基于生物质材料的高性能吸附剂的两步法制备方法。

技术背景

吸附制冷技术由于结构简单，没有运动部件，不污染环境，能利用余热和太阳能等中低温热源，因此越来越受到关注。但是，由于缺乏高性能的吸附剂限制了吸附制冷的大规模推广应用。硅胶，活性炭和沸石等物理吸附剂与水组成的吸附工质对具有再生温度低的优点，但是物理吸附剂的吸水量一般只有10～20％，而且吸附速率慢，导致吸附制冷系统体积庞大，造价高。氯化钙，氯化钡和氯化锶等金属氯化物对水和氨气的吸附量大，但是金属氯化物在使用过程中容易出现膨胀结块、传质阻力增大等问题。为解决金属氯化物的膨胀结块以及提高传热传质性能，国内外的研究者多是采用活性炭，硅胶或者膨胀石墨等多孔介质与金属氯化物进行复合或者混合，将金属氯化物嵌入多孔介质的孔隙内，利用多孔介质的孔隙来提高传质，利用压块或者固化来提高传热。这种将金属氯化物均匀的分散在多孔介质载体的孔隙内的复合方法，有效的解决了金属氯化物的膨胀结块，提高了传质速率，同时充分利用了金属氯化物吸附能力大的优点。但是受多孔介质载体本身的限制，这种复合吸附剂的金属氯化物含量小，因此其对氨气的吸附量受到金属氯化物含量的限制。另外，这种复合吸附剂由于具有发达的孔隙结构而提高了传质，但是导热系数一般很小，虽然通过固化或者压块的方式提高了传热，但是这种措施又影响了传质，也就是说传热和传质之间的矛盾仍没有解决。因此，同时具有高的传热和传质性能的吸附剂的开发仍是吸附制冷/制冰行业的一个最核心课题。

发明内容

为开发出同时具有高的传热和传质性能的吸附剂，本发明提供了一种基于生物质材料的高性能吸附剂的两步法制备方法。

本发明从传热和传质两个方面来提高吸附剂的性能，具体思路为：

采用金属氯化物作为吸附剂，金属氯化物对水或者氨气的吸附量很大，但是在吸脱附过程中容易出现膨胀结块，导致传质速率变慢，而且金属氯化物的导热性能不好。本发明采用生物质材料和金属氯化物作为原料，首先通过浸渍的方法将金属氯化物嵌入生物质材料内，然后利用炭化活化造孔的方法提高传质，通过加入金属粉末的方式提高导热性能。同时，针对吸附剂和换热器接触热阻较大的问题，本发明提出将吸附剂和金属翅片管换热器直接烧结在一起的方法来减小接触热阻。

具体制备步骤如下：

(1)炭化活化造孔：

所用原料为：金属氯化物、碳质材料，以金属氯化物作为吸附剂；首先将碳质材料浸渍在金属氯化物溶液中，待浸渍充分后进行干燥，然后将干燥后的混合物放入管式炉进行炭化活化造孔制备复合吸附剂；

所述金属氯化物为金属氯化物为金属吸湿盐，优选为氯化钙，氯化锶和氯化钡中的一种或者几种；所述碳质材料为木屑或者玉米芯等经粉碎过的生物质材料，以金属氯化物作为吸附剂。

首先将生物质材料粉碎成10-30目的球形颗粒，然后制备金属氯化物水溶液，质量浓度为30～50％，金属氯化物和生物质材料的质量比例为3～6∶1，将生物质材料浸入金属氯化物水溶液中，浸渍充分后干燥。然后将混合物放入管式炉炭化活化制备复合吸附剂。

(2)填充：将炭化活化后所制备的复合吸附剂与金属粉末混合均匀，加入粘结剂搅拌均匀，然后填充进金属翅片管的翅片间，干燥。

金属粉末为锡粉和铝粉的混合物，复合吸附剂和金属粉末的质量比例为3～7∶7～3。金属粉末的颗粒大小为250～500目，锡粉和铝粉的质量比例为8～6∶2～4。粘结剂的用量为复合吸附剂和金属粉末混合物总质量的1％～6％。

粘结剂优选为羧甲基纤维素溶液。将混合后的复合吸附剂，金属粉末和粘结剂放入搅拌机慢速搅拌，使金属粉末均匀的覆盖在复合吸附剂的外表面。之所以选择羧甲基纤维素作为粘结剂，是因为羧甲基纤维素炭化温度低，在粘结金属粉末时，其均匀的分布在吸附剂的外表面，形成了一层保护膜，确保炭化活化后产生的孔隙不被金属粉末填充。在烧结时，由于炭化而导致吸附剂表面的羧甲基纤维素大部分被移走，确保了吸附剂的孔隙不被堵塞和破坏。金属翅片管为全铝结构或者全不锈钢结构或者碳钢结构或者这几个的混合产品，材质方面要确保耐氨气腐蚀同时具有较好的导热性能和较低的成本。

将填充后的产品放入干燥箱中干燥。

(3)烧结：将带有吸附剂和金属粉末的金属翅片管放入管式炉中进行烧结，通过金属粉末将吸附剂和金属翅片管烧结在一起。