專利名稱：一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于復(fù)合吸濕材料及其制備領(lǐng)域，特別涉及一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
在空氣調(diào)節(jié)除濕領(lǐng)域，由于常規(guī)的機(jī)械冷凝除濕技術(shù)能耗較大，并且其制冷工質(zhì)對(duì)環(huán)境具有一定的不良影響，所以固體吸附劑得到了廣泛的應(yīng)用。采用固體吸附式除濕，可以實(shí)現(xiàn)溫、濕度獨(dú)立控制，有效利用余熱廢熱，具有一定的節(jié)能性，并能提高室內(nèi)空氣品質(zhì)。 另外，近幾年興起了吸附式制冷技術(shù)，各類吸附劑與水作為其工作對(duì)得到了廣泛的研究，其主要核心技術(shù)為吸附劑-吸附質(zhì)的吸附-解吸循環(huán)。因此，吸附劑對(duì)水的吸附、解吸循環(huán)性能對(duì)提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率具有重要的影響。在空氣取水領(lǐng)域，利用固體吸附材料對(duì)空氣中的水蒸氣進(jìn)行吸附，通過(guò)解吸冷凝得到液態(tài)淡水，這對(duì)于解決干旱地區(qū)的生活用水具有重要的意義。相比于制冷結(jié)露法、溶液吸收法、海水淡化法等取水方式，固體吸附-解吸法更具有實(shí)用性，并且取水效率較高，設(shè)
備布置簡(jiǎn)單可靠。目前，應(yīng)用較多的固體吸濕材料主要有硅膠、分子篩、活性炭、活性炭纖維、活性氧化鋁等多孔吸濕材料和溴化鋰、氯化鋰、氯化鈣等無(wú)機(jī)吸濕性鹽類。傳統(tǒng)的多孔材料主要通過(guò)物理吸附的方式與水蒸氣結(jié)合，其吸濕速度較快，但是其吸附量普遍較低，吸濕效果較差。單純的無(wú)機(jī)吸濕鹽類，其吸濕性能較強(qiáng)，與水蒸氣的作用主要為化學(xué)吸附和溶液吸收， 但其吸濕后液解，使氯化鈣溶解成溶液從載體上溢出，易造成吸濕劑流失以及腐蝕設(shè)備等問(wèn)題，所以其應(yīng)用有很大的局限性。對(duì)吸濕材料的改性研究得到了廣泛的關(guān)注，利用多孔材料與無(wú)機(jī)吸濕鹽制得復(fù)合吸濕劑的技術(shù)，由于其吸濕性能以及使用可靠性較強(qiáng)等特點(diǎn)，得到了廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料及其制備方法，該材料具備較高的吸濕能力，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)；制備方法工藝簡(jiǎn)單， 成本低，具有良好的應(yīng)用前景。本發(fā)明的一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料，包括炭基材料和氯化鈣，炭基為活性炭顆?；蚧钚蕴坷w維；其中，活性炭顆粒和氯化鈣的質(zhì)量比為36 31 15 1，活性炭纖維和氯化鈣的質(zhì)量比為13 40 5 23。所述活性炭顆粒比表面積為500-600m2/g，堆積密度為0. 5-0. 6g/cm3,粒度為4_10目。所述活性炭纖維比表面積為1000-1200m2/g。所述復(fù)合吸濕材料工作環(huán)境溫度為20°C -50°C，環(huán)境相對(duì)濕度為30% -99%。本發(fā)明的一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料的制備方法，包括通過(guò)浸漬法將活性炭顆?；蚧钚蕴坷w維在真空常溫下浸泡于質(zhì)量百分比濃度為10% -40%的氯化鈣水溶液中12 M小時(shí)，然后在120 140°C下干燥12 M小時(shí)即得。本發(fā)明的由活性炭、活性炭纖維等炭基載體與氯化鈣無(wú)機(jī)吸濕性鹽制備的復(fù)合吸濕劑中，氯化鈣能夠較好的與炭基載體相互融合，氯化鈣均勻布置于其表面或孔道結(jié)構(gòu)中， 確定合適的氯化鈣濃度，使該復(fù)合吸濕劑具有最高的吸濕效率，并且物化性質(zhì)穩(wěn)定，是一種理想的空氣除濕、空氣取水用吸濕材料。有益效果(1)本發(fā)明采用氯化鈣溶液與多孔隙炭基材料充分混合，具備較高的吸濕能力，增大材料的比表面積，固化氯化鈣，減弱液解問(wèn)題的影響，達(dá)到了將多孔吸附材料與無(wú)機(jī)吸濕鹽的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行最優(yōu)化結(jié)合，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)；(2)本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。


圖1為20°C，相對(duì)濕度50 %時(shí)活性炭-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的吸濕曲線；圖2為120°C時(shí)活性炭-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的解吸曲線；圖3為20°C，相對(duì)濕度50%時(shí)活性炭纖維-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的吸濕曲線；圖4為120°C時(shí)活性炭纖維-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的解吸曲線；圖5為20°C時(shí)活性炭-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的等溫吸濕線；圖6為20°C時(shí)活性炭纖維-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的等溫吸濕線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。實(shí)施例1將活性炭顆粒炭基(比表面積為500m2/g，堆積密度為0. 5g/cm3,粒度為4目)，與 10%，20^,30^,40%質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液浸泡，活性炭顆粒炭基與氯化鈣的質(zhì)量比為 36 31，浸泡時(shí)間為12小時(shí)，浸泡條件為常溫25°C，隔絕空氣。將浸泡后的固體混合物進(jìn)行過(guò)濾，放入恒溫干燥箱中干燥12小時(shí)，干燥條件為120°C。由此制得不同氯化鈣含量的復(fù)合吸濕劑材料。在下述條件下設(shè)定恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度為20°C，相對(duì)濕度為50%，待其箱內(nèi)溫濕度穩(wěn)定后，將各類制備得活性炭與氯化鈣復(fù)合的吸濕材料放入箱內(nèi)，間隔一定時(shí)間測(cè)定一次吸濕劑重量，得動(dòng)態(tài)吸濕曲線，如圖1所示。由圖1的結(jié)果可知，單純活性炭顆粒的吸濕量較小，只有0. Ig水/g吸濕劑，但活性炭-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的吸濕量明顯增大，C-40% CaCl2復(fù)合吸濕劑的吸濕量最大，為 0. 56g水/g吸濕劑，為單純活性炭的吸濕量的5. 6倍。另外，各復(fù)合吸濕劑的初始吸濕速率較快，并基本相同。在吸濕特性的基礎(chǔ)上，將吸濕完全后的吸濕劑放置于120°C的恒溫干燥箱內(nèi)，間隔一定時(shí)間，用稱重法測(cè)定其重量變化量，得120°C時(shí)的動(dòng)態(tài)解吸曲線，如圖2所示。由圖2的結(jié)果可知，C-40% CaCl2具有最大的解吸量，隨著復(fù)合吸濕劑中氯化鈣含量的減少，其解吸量呈遞減趨勢(shì)，但其解吸速度呈遞增的趨勢(shì)。實(shí)施例2將活性炭纖維炭基(比表面積為10001112/^)，與10%，20%，30%，40%質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液浸泡，活性炭纖維炭基與氯化鈣的質(zhì)量比為13 40，浸泡時(shí)間為12小時(shí)，浸泡條件為常溫25°C，隔絕空氣。將浸泡后的固體混合物進(jìn)行過(guò)濾，放入恒溫干燥箱中干燥12 小時(shí)，干燥條件為120°C。由此制得不同氯化鈣含量的復(fù)合吸濕劑材料。在下述條件下設(shè)定恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度為20°C，相對(duì)濕度為50%，待其箱內(nèi)溫濕度穩(wěn)定后，將各類制備得活性炭與氯化鈣復(fù)合的吸濕材料放入箱內(nèi)，間隔一定時(shí)間測(cè)定一次吸濕劑重量，得動(dòng)態(tài)吸濕曲線，如圖3所示。由圖3的結(jié)果可知，與單純的活性炭纖維相比，活性炭纖維-氯化鈣復(fù)合吸濕劑的吸濕量明顯增大，約為單純活性炭纖維的5-6倍。在吸濕特性的基礎(chǔ)上，將吸濕完全后的吸濕劑放置于120°C的恒溫干燥箱內(nèi)，間隔一定時(shí)間，用稱重法測(cè)定其重量變化量，得120°C時(shí)的動(dòng)態(tài)解吸曲線，如圖4所示。由圖4的結(jié)果可知，ACF-30% CaCl2, ACF-30% CaCl2具有較大的解吸量。實(shí)施例3將活性炭顆粒炭基(活性炭顆粒比表面積為600m2/g，堆積密度為0. 6g/cm3，粒度為10目)，與10 %，20 %，30 %，40 %質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液浸泡，活性炭顆粒炭基與氯化鈣的質(zhì)量比為15 1，浸泡時(shí)間為對(duì)小時(shí)，浸泡條件為常溫25°C，隔絕空氣。將浸泡后的固體混合物進(jìn)行過(guò)濾，放入恒溫干燥箱中干燥M小時(shí)，干燥條件為140°C。由此制得不同氯化鈣含量的復(fù)合吸濕劑材料。將恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度定為20°C，相對(duì)濕度依次為30%、40%、50%、60%、 70^^80^^90 ^用稱重法測(cè)得活性炭-氯化鈣復(fù)合吸濕材料在各相對(duì)濕度下的平衡吸濕量，得20°C時(shí)的等溫吸濕線，如圖5所示。由圖5的結(jié)果可知，在30% -90%相對(duì)濕度范圍內(nèi)，C-40% CaCl2復(fù)合吸濕劑的平衡吸濕量最大。與其他不同氯化鈣含量的復(fù)合吸濕劑進(jìn)行比較，隨著氯化鈣含量的減少，復(fù)合吸濕劑在各相對(duì)濕度下的平衡吸濕量遞減。隨著復(fù)合吸濕劑中氯化鈣含量的增加，其平衡吸濕量也增大，但其達(dá)到吸濕平衡的時(shí)間也較長(zhǎng)。實(shí)施例4將活性炭纖維炭基(比表面積為12001112/^)，與10%，20%，30%，40%質(zhì)量濃度的氯化鈣溶液浸泡，活性炭纖維炭基與氯化鈣的質(zhì)量比為5 23，浸泡時(shí)間為M小時(shí)，浸泡條件為常溫25°C，隔絕空氣。將浸泡后的固體混合物進(jìn)行過(guò)濾，放入恒溫干燥箱中干燥M小時(shí)，干燥條件為140°C。由此制得不同氯化鈣含量的復(fù)合吸濕劑材料。將恒溫恒濕試驗(yàn)箱的溫度定為20°C，相對(duì)濕度依次為30%、40%、50%、60%、 70^^80^^90 ^用稱重法測(cè)得活性炭纖維與-氯化鈣復(fù)合吸濕材料在各相對(duì)濕度下的平衡吸濕量，得20°C時(shí)的等溫吸濕線，如圖6所示。由圖6可以看出，在30% -90%相對(duì)濕度范圍內(nèi)，ACF-20% CaCl2復(fù)合吸濕劑的平衡吸濕量最大，其平衡吸濕量可以達(dá)到0. 94g水/g吸濕劑。其后依次是ACF-30% CaCl2, ACF-10 % CaCl2, ACF-40% CaCl2。
權(quán)利要求
1.一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料，其特征在于包括炭基材料和氯化鈣，炭基為活性炭顆?；蚧钚蕴坷w維；其中，活性炭顆粒和氯化鈣的質(zhì)量比為36 31 15 1， 活性炭纖維和氯化鈣的質(zhì)量比為13 40 5 23。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料，其特征在于所述活性炭顆粒比表面積為500-600m2/g，堆積密度為0. 5-0. 6g/cm3，粒度為4_10目。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料，其特征在于所述活性炭纖維比表面積為1000-1200m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料，其特征在于所述復(fù)合吸濕材料工作環(huán)境溫度為20°C _50°C，環(huán)境相對(duì)濕度為30% -99%。
5.一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料的制備方法，包括通過(guò)浸漬法將活性炭顆粒或活性炭纖維在真空常溫下浸泡于質(zhì)量百分比濃度為 10% -40%的氯化鈣水溶液中12 M小時(shí)，然后在120 140°C下干燥12 M小時(shí)即得。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于炭基與氯化鈣的復(fù)合吸濕材料及其制備方法，包括炭基材料和氯化鈣，炭基為活性炭顆?；蚧钚蕴坷w維；其中，活性炭顆粒和氯化鈣的質(zhì)量比為36∶31～15∶1，活性炭纖維和氯化鈣的質(zhì)量比為13∶40～5∶23。制備方法包括通過(guò)浸漬法將活性炭顆粒或活性炭纖維在真空常溫下浸泡于質(zhì)量百分比濃度為10％-40％的氯化鈣水溶液中12～24小時(shí)，然后在120～140℃下干燥12～24小時(shí)即得。本發(fā)明具備較高的吸濕能力，物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，實(shí)用性強(qiáng)；本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，成本低，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)B01J20/32GK102211016SQ20111015656
公開(kāi)日2011年10月12日 申請(qǐng)日期2011年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月10日
發(fā)明者石成君, 耿浩清, 蘇亞欣 申請(qǐng)人:東華大學(xué)