采用固化复合吸附剂的热化学吸附式低温冷冻系统的性能

设计了一种以氯化锰-氨为吸附工质对的热化学吸附式低温冷冻系统,利用膨胀石墨的多孔特性作为复合反应物的添加剂来提高吸附剂的传质性能,同时采用压块固化技术以提高吸附剂的传热性能。实验结果表明,膨胀石墨的添加有效防止了吸附剂的结块和吸附性能的衰减,复合吸附剂吸附量高达0.47 kg NH₃•（kg salt）^-1;吸附剂与制冷剂之间的化学反应对反应器温度的变化有较大影响,蒸发温度不同导致吸附剂的吸附平台温度不同,且蒸发温度越低,吸附剂吸附合成反应速率越低;当蒸发温度从-35℃上升到0℃时,单位质量吸附剂制冷功率SCP（specific cooling power）从206 W•kg^-1增大到706 W•kg^-1。冷却水温度为25℃、蒸发温度为-30℃时,采用该固化复合吸附剂的吸附式低温冷冻系统SCP和COP分别高达350 W•kg^-1和0.34。     

基于多功能热管的高效吸附式制冰机组回质回热实验研究

设计了一种基于多功能热管的高效吸附式制冰机组,采用氯化钙/活性炭复合吸附剂和氨作为吸附工质对。吸附床的加热解吸、冷却吸附及回热过程均由热管工作完成,对该新型吸附制冰机组进行了回质回热研究,结果表明,回质回热型循环可使机组的制冷性能系数COP提高25.5 %,加热量减小约13 %,同时冷却器负荷降低约21 %;采用先回质后回热方式,在回质过程中继续加热解吸床可进一步增加机组制冰量。与传统回质相比,系统COP和单位质量吸附剂制冷功率SCP提高幅度均在15 %以上,且机组SCP的提高幅度高于COP的幅度;吸附制冰机组性能随冷却水温度的升高而下降,但系统的SCP始终维持在较高的水平。当冷却水温度为27℃、蒸发温度为-18.9℃时,系统的SCP仍然高达356.5 W·kg-1。     

氯化锰/氨热化学吸附储热的特性

热化学吸附储热具有储热损失小、储热密度高、可实现冷热复合储存等优点，近年来得到了广泛的关注。本文以MnCl₂/NH₃作为吸附储热工质对，基于热化学吸附技术构建了热化学吸附储热实验平台，对MnCl₂/NH₃热化学吸附系统的储热性能进行了理论分析和实验研究。结果表明：在解吸充热温度、吸附放热温度、冷凝/蒸发温度分别为162℃、45℃和25℃的运行条件下，试验获得的吸附储热密度最大，其值为1296.36kJ/kg MnCl₂或1101.90kJ/kg固化复合吸附剂。当放热温度从45℃增大到85℃时，热化学吸附储热系统的吸附储热效率从38.98%降低至24.08%。由于传热传质、化学反应动力学等因素的影响，相同运行工况下吸附储热系统实际所获得的储热性能要低于理论值。     

一种吸附式空气取水装置的性能实验

基于大气中水的吸附与解吸循环,设计出吸附式空气取水装置,并对其进行了实验研究。该装置主要由太阳能集热器、吸附床和冷凝器等组成。晚上吸附剂吸附空气中的水,白天由太阳能提供热量进行解吸。实验制备了硅胶（SC）-CaCl₂、SC-LiCl、活性炭纤维毡（ACF）-CaCl₂、ACF-LiCl 4种新型复合吸附剂,并对其进行了实验测试。结果表明：由ACF制备的复合吸附剂性能比由SC制备的复合吸附剂性能要好;ACF-LiCl的吸附与解吸性能最好,在吸附床出口温度为90℃时,解吸6 h的产水率是0.412 kg水·（kg吸附剂）^-1。     

离子凝胶复合吸附剂的制备及空气取水性能

制备了一种LiCl复合可得然离子凝胶,并将其首次用于空气取水性能研究。在不同吸附温度、吸附湿度的开式环境中,完成了复合吸附剂的水蒸气吸附特性研究。探究了浸渍盐的质量浓度对复合吸附剂吸附性能的影响。根据目标工况,完成了复合吸附剂组分的优化配比。对优化后的离子凝胶进行了吸附动力学和等温吸附特性研究。结果表明,15% LiCl溶液复合而成的可得然吸附剂综合性能最佳。在35℃&75%RH下,该复合吸附剂的吸附量高达3.30g/g,是传统硅胶复合吸附剂的6.6倍;在55℃&40%RH工况下实现1.66 g/g的水量脱附,是硅胶复合吸附剂的3倍。在25℃&75%RH下,可得然复合凝胶吸附剂的吸附速率K高达3.48×10^-3s^-1;该离子凝胶复合吸附剂的研究,为吸附式空气取水技术提供了基础支持。     

MnCl2/CaCl2-NH3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl₂/CaCl₂-NH₃为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明：160℃热源温度为制冷性能系数（COP）的拐点温度,最大制冷功率为2.98 kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率（SCP）为100.3~338.8 W·kg^-1。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

复合交变热管复合吸附渔船制冰机的循环特性

研制了一种可以采用渔船柴油发动机余热加热的以复合吸附剂（CaCl₂和活性炭）-氨为工质对的吸附式渔船制冰机.由于采用了复合交变分离热管原理,吸附制冰机解决了用海水直接冷却吸附床带来的腐蚀等问题.建立了小型渔船吸附制冰机试验装置,每个吸附床的复合吸附剂的质量为2.35 kg.试验研究表明,在两床循环中采用回热回质过程系统的制冷功率提高约103.8%,制冷系数（COP）提高了约为100%.在采用回热回质的条件下,制冰工况所得到的单位质量的氯化钙的制冷功率（SCP）约为281.9～712.8 W•kg^-1,相对于目前国内外的研究成果,提高了1.4～3.5倍.     

蒸发冷却与置换通风复合空调系统测试

分析了现有蒸发冷却空调系统和置换通风空调系统存在的不足,对蒸发冷却与置换通风复合系统的结合机理及优点进行了阐述。对新疆大学体育馆空调系统工程进行了现场测试,实测数据表明选用二级蒸发冷却空气处理机组处理后的送风空气达到了设计要求,指出工作区水平方向上温度分布均匀,工作区垂直温度梯度与送风速度呈反比关系。通过实测,建议蒸发冷却与置换通风复合空调系统应用于本类似测试建筑物时,系统送风速度范围取0.4～0.5 m•s^-1。     

MnCl_2/CaCl_2-NH_3再吸附系统的制冷性能

利用膨胀硫化石墨为基质研制了固化混合吸附剂,并搭建了低品位热能驱动的MnCl_2/CaCl_2-NH_3为工质对的再吸附制冷系统。对该系统进行实验研究,结果表明:160℃热源温度为制冷性能系数(COP)的拐点温度,最大制冷功率为2.98kW。当热源温度高于160℃时,系统显热负荷增大,继续加热高温床会降低制冷效率。当制冷温度为15℃时,系统COP为0.284~0.396;单位质量吸附剂的制冷功率(SCP)为100.3~338.8W·kg~(-1)。SCP随热源温度的升高而逐渐升高。     

基于可得然-氯化锂复合吸附剂的除湿换热器热湿性能研究

除湿换热器将换热器与固体干燥剂结合，可显著提高空调系统的除湿效率。干燥剂的吸附特性对除湿换热器的除湿性能有重要影响。研制了可得然-氯化锂复合吸附剂，用ASAP麦克吸附仪及STA同步热分析仪，从等温吸附及动态吸附特性等角度分析了其吸附特性，实现了材料的组分优化，并将优化后的复合吸附剂应用于除湿换热器，验证了该新型除湿换热器高效的深度除湿性能。实验结果表明，可得然复合吸附剂具有深度除湿的能力，即使在30℃、30%RH干燥工况下，其除湿量高达2.65 g/g，吸附速率系数k为2.1×10^-4 s^-1；所制备复合除湿换热器的MRC可以达到3.78 g/kg。本研究实现了除湿性好、循环性能稳定的低成本高性能新型除湿换热器的开发，为深度除湿系统的技术研发提供参考。     

多盐复合吸附剂的非平衡吸附/解吸特性

以膨胀硫化石墨为基质,制备了新型氯化铵/氯化钙/氯化锰/膨胀硫化石墨复合吸附剂,并测试了其在非平衡条件下的吸附/解吸特性。在与3种单盐各自的Clapeyron反应平衡曲线的比较中发现,该多盐复合吸附剂同时具备这3种单盐的特性,却存在一定的差异。在非平衡条件下的吸附/解吸特性曲线测试过程中发现,该多盐复合吸附剂具备这3种金属氯化物各自的一些性质,却不存在金属氯化物-氨络合过程中普遍存在的吸附滞后现象。在实验的基础上计算和比较了使用不同吸附剂的单级间歇式吸附制冷循环的COP和SCP。结果证明多盐复合吸附剂的性能优于单盐吸附剂。     

活性氧化铝基质新型复合吸附剂的制备和储热性能

研制了一种以活性氧化铝为基质、CaCl₂为吸湿盐的新型复合吸附剂,可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其内部结构、吸附性能和储热性能进行了研究。利用恒温恒湿箱确定出现溶液泄漏现象的最大含盐量,并对30℃和多种相对湿度工况下的动态和平衡吸附特性进行测量,研究了含盐量和相对湿度对吸附剂的吸附特性的影响,结果表明含盐量和相对湿度越大,复合吸附剂的吸水能力越强。利用全自动比表面积与孔隙度分析仪测量材料的比表面积和孔体积,利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,其中含盐量最高的复合吸附剂的储热密度最高,质量和体积储热密度分别达到0.51 kW·h/kg和610.2 kW·h/m³,具有良好的储热性能。     

基于活性碳纤维毡复合吸附剂的储热性能

研制了一种以活性碳纤维毡为基质、氯化锂（LiCl）为吸湿盐的复合吸附剂,并辅以硅溶胶进行固化成型。该复合吸附剂可用于以水为吸附质的热化学吸附储热系统,并对其微观结构、吸附性能和储热性能进行了表征研究。制备了不同含盐量的复合吸附剂样品,并根据样品的溶液泄漏现象,确定ACFLi30为最佳样品。通过试验测量,获得ACFLi30样品的热导率、孔比表面积、孔体积和孔径等参数。并对多种温湿度工况下的平衡和动态吸附性能进行测试,研究了不同温湿度条件下样品的吸附特性。结果表明样品的吸水量可达1.1 g/g（20℃、75% RH）。利用同步热分析仪测试了复合吸附剂的储热密度,ACFLi30的质量和体积储热密度分别达到1.08 kW·h/kg和588.2 kW·h/m³。与膨胀蛭石和活性氧化铝等基质相比,活性碳纤维毡基质在体积储热密度更具优势。     

蛭石/氯化钙复合吸附剂的吸附特性和储热性能

为了储存120℃以下的热能,提出了以水为介质的热化学吸附储热方法。配制了一种以膨胀蛭石为多孔基质、氯化钙为反应盐的新型复合吸附剂,并对其进行了微观形貌表征、吸附性能测试、同步热分析测试和储热密度的理论计算。扫描电子显微镜（SEM）观测显示膨胀蛭石特有的片层状的大孔结构产生了相对巨大的孔体积;利用恒温恒湿箱实验排除有溶液泄漏问题的含盐量;通过恒温恒湿箱对30℃、3种相对湿度下的动态吸附过程进行测试,分析了含盐量和相对湿度对吸附特性的影响,证实了该复合吸附剂具有3个不同的吸水阶段,包括物理吸附、化学吸附和溶液的气-液吸收过程;利用同步热分析测试（STA）和数值计算进一步对上述3个吸附过程的吸水量、吸附热和反应温度进行分析。最终优选出含盐量47.9%（质量分数）的复合吸附剂,其吸水量高达1.24 g·g^-1,质量和体积储热密度分别高达1.25 kW·h·kg^-1和213.56 kW·h·m^-3。     

Operating limits and features of direct air capture on K2CO3/ZrO2 composite sorbent

Potassium carbonate-based sorbents are prospective materials for direct air capture (DAC). In the present study, we examined and revealed the influence of the temperature swing adsorption (TSA) cycle conditions on the CO₂ sorption properties of a novel aerogel-based K₂CO₃/ZrO₂ sorbent in a DAC process. It was shown that the humidity and temperature drastically affect the sorption dynamic and sorption capacity of the sorbent. When a temperature at the sorption stage was 29 ℃ and a water vapor pressure in the feed air was 5.2 mbar (1 bar = 10⁵ Pa), the composite material demonstrated a stable CO₂ sorption capacity of 3.4% (mass). An increase in sorption temperature leads to a continuous decrease in the CO₂ absorption capacity reaching a value of 0.7% (mass) at T = 80 ℃. The material showed the retention of a stable CO₂ sorption capacity for many cycles at each temperature in the range. Increasing P_H2O in the inlet air from 5.2 to 6.8 mbar leads to instability of CO₂ sorption capacity which decreases in the course of 3 consecutive TSA cycles from 1.7% to 0.8% (mass) at T = 29 ℃. A further increase in air humidity only facilitates the deterioration of the CO₂ sorption capacity of the material. A possible explanation for this phenomenon could be the filling of the porous system of the sorbent with solid reaction products and an aqueous solution of potassium salts, which leads to a significant slowdown in the CO₂ diffusion in the composite sorbent grain. To investigate the regeneration step of the TSA cycle in situ, the macro ATR-FTIR (attenuated total reflection Fourier-transform infrared) spectroscopic imaging was applied for the first time. It was shown that the migration of carbonate-containing species over the surface of sorbent occurs during the thermal regeneration stage of the TSA cycle. The movement of the active component in the porous matrix of the sorbent can affect the sorption characteristics of the composite material. The revealed features make it possible to formulate the requirements and limitations that need to be taken into account for the practical implementation of the DAC process using the K₂CO₃/ZrO₂ composite sorbent.     

Effect of capillary condensation on water sorption by composite calcium chloride in a porous matrix sorbents

To develop a model of water sorption from air by composite salt in a porous matrix sorbents, the effect of capillary condensation was studied [1]. It was shown that, at high humidity of incoming air, it is necessary to take into account the capillary condensation of water in small pores of the matrix because the capillary condensation significantly affects the concentration and temperature profiles in the sorbent bed and leads to intense moisture accumulation at the bed inlet. The model was used to study the kinetics of water vapor sorption in a flow adsorber with a fixed bed of calcium chloride in porous aluminum oxide and calcium chloride in a porous carbon-carbon composite Sibunit sorbents.     

Composite Fe3O4/Humic Acid Magnetic Sorbent and its Sorption Ability for Chlorophenols and some other Aromatic Compounds

A composite magnetic sorbent with a relatively high content of humic substances (above 35% of organic carbon) was prepared by co-precipitation of Fe²⁺/Fe³⁺ salts with commercially available alkaline humate concentrate. Magnetite (Fe₃O₄) was identified as the main crystalline phase bearing the magnetic properties of the sorbent. Scanning electron microscope (SEM) images revealed the presence of uniform sub-micron structures on the surface of the sorbent grains. Due to the presence of humic substances, the sorbent exhibited good sorption ability towards low-polarity organic pollutants, namely chlorophenols. The sorption efficiency increased in the order of 4-mono- < 2,4-di- < 2,4,5-trichlorophenol in accordance with growing hydrophobicity of these compounds, confirming a hydrophobic nature of the interactions involved in the sorption process. Similar trends were found in the desorption study utilizing water and methanol as leachants. Some polycyclic aromatic hydrocarbons (naphthalene, anthracene, phenanthrene, fluoranthene, pyrene) were also retained on the sorbent. The chemical composition as well as the main physical characteristics (surface area, phase composition) of the sorbent remained virtually unchanged during the sorption process. The sorbent retained its magnetic properties during the sorption of organic substances from aqueous solutions, which provides an opportunity for its regeneration.