基于13X沸石分子篩/M gCl2的復(fù)合吸附劑性能實(shí)驗(yàn)研究

趙惠忠 唐祥虎 嚴(yán)昊鑫 郝方園（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海 201306）

基于13X沸石分子篩/M gCl2的復(fù)合吸附劑性能實(shí)驗(yàn)研究

趙惠忠 唐祥虎 嚴(yán)昊鑫 郝方園
（上海海事大學(xué)商船學(xué)院 上海 201306）

復(fù)合吸附劑的吸附性能是吸附制冷循環(huán)過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù)，基于測(cè)試整體成型復(fù)合吸附劑吸附性能的需要，本文設(shè)計(jì)搭建了一種整體成型吸附劑性能測(cè)試裝置，對(duì)復(fù)合吸附劑MgCl2-13X進(jìn)行了吸附性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明:該實(shí)驗(yàn)裝置中吸附床外側(cè)底部的溫度變化速率較接近吸附床內(nèi)部底部吸附劑的溫度變化速率，二者溫度變化速率相差0.01～1.9℃/min，整個(gè)吸附和脫附過(guò)程二者溫度的平均值相差約3.24%，能夠滿足吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)的要求。吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)及電鏡下吸附劑的微觀結(jié)構(gòu)表明:浸泡法制備的復(fù)合吸附劑的吸附性能與MgCl2溶液的濃度有關(guān)，MgCl2能夠改善13X沸石分子篩的吸附性能，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)MgCl2溶液的濃度為15%時(shí)所制得復(fù)合吸附劑MX3性能最優(yōu)，其最大吸附量為0.32 g/g，最大吸附速率0.59 g/min，相比單一吸附劑13X沸石分子篩提高了20%。

吸附制冷；復(fù)合吸附劑；吸附速率；浸泡法；13X沸石分子篩

吸附式制冷具有無(wú)污染、無(wú)噪聲、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，采用了對(duì)環(huán)境友好的制冷劑（ODP 和GWP均為零）等傳統(tǒng)壓縮式制冷系統(tǒng)不具有的優(yōu)點(diǎn)，并且吸附式制冷技術(shù)在太陽(yáng)能光熱利用及余熱利用方面顯示出了巨大的應(yīng)用潛力，引起了國(guó)內(nèi)外專家和學(xué)者［1-7］的重視。

但隨著吸附式制冷技術(shù)的發(fā)展，吸附式制冷系統(tǒng)存在的問(wèn)題也越來(lái)越突出，主要表現(xiàn)在吸附劑本身的吸附性能和吸附制冷系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)性能兩方面。例如:吸附床的換熱效果不佳，吸附式制冷系統(tǒng)的循環(huán)吸附量及COP較低、吸附速率較慢、吸附劑的吸附熱較高、固體吸附劑導(dǎo)熱性能較差以及化學(xué)吸附劑存在易膨脹和結(jié)塊等問(wèn)題，其中急需解決的是吸附劑本身的吸附性能較低的問(wèn)題，簡(jiǎn)言之為吸附式制冷系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)效率較低。因此，為促進(jìn)吸附式制冷技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，需要開發(fā)研究傳熱傳質(zhì)效率較高的新型吸附劑及吸附制冷工質(zhì)對(duì)。吸附式制冷用吸附劑分為物理吸附劑和化學(xué)吸附劑，其中物理吸附劑如:沸石、硅膠、活性炭等具有微孔結(jié)構(gòu)和較大的比表面積等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)是物理吸附劑的循環(huán)吸附量較小；而化學(xué)吸附劑如:金屬氫化物、金屬氯化物、金屬氧化物等雖然循環(huán)吸附量較大但吸附過(guò)程易出現(xiàn)膨脹、結(jié)塊等現(xiàn)象導(dǎo)致其傳熱傳質(zhì)性能降低［8］。所以，為了綜合利用物理吸附劑和化學(xué)吸附劑的優(yōu)點(diǎn)，專家和學(xué)者開始研究利用物理吸附劑和化學(xué)吸附劑配制成的復(fù)合吸附劑的吸附性能。

Dellero T等［9］利用電磁位移傳感器測(cè)量蒸發(fā)/冷凝器內(nèi)的液位變化測(cè)得了三種不同復(fù)合吸附劑的吸/脫附性能；香港科技大學(xué)的Chan K C等［10］利用汽車發(fā)動(dòng)機(jī)散熱器作為吸附床測(cè)試了13X沸石分子篩、13X-CaCl2及多壁碳納米管與3X-CaCl2復(fù)合吸附劑的吸附性能和制冷性能，實(shí)驗(yàn)表明:相比單一的13X沸石分子篩，多壁碳納米管與13X-CaCl2復(fù)合吸附劑的吸附性能和導(dǎo)熱率均有較大提升；同時(shí)對(duì)比13XCaCl2，多壁碳納米管的添加使得其吸附制冷的COP 和SCP均提高了20%左右；王文等［11］利用定容式吸附性能測(cè)試裝置測(cè)試了活性炭、CaCl2和SrCl2及不同配比的活性炭-CaCl2和活性炭-SrCl2復(fù)合吸附劑的吸附性能；王國(guó)慶等［12］以13X（2～3 mm）分子篩為基材通過(guò)浸泡CaCl2和SrCl2溶液的方法制備了復(fù)合吸附劑，并在模擬制冷條件下，對(duì)以不同濃度溶液制備的復(fù)合吸附劑的吸附、解吸及制冷性能進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)得最大吸附量為51.6%，解吸率為69.3%，制冷系數(shù)為0.25，制冷功率為0.072 W/g；對(duì)于整體成型復(fù)合吸附劑的性能，趙惠忠等［13］對(duì)13X沸石原粉為主要成分添加不同配比硅溶膠配制成新型制冷復(fù)合吸附劑，并測(cè)試了各個(gè)復(fù)合吸附劑的吸附和脫附性能、最大吸附量、填充密度以及各復(fù)合吸附劑的整體成型性能；崔群等［14］采用混合法制備了用于吸附制冷過(guò)程的復(fù)合吸附劑，通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化自制復(fù)合吸附劑原料配比，并以吡啶為探針?lè)肿?，用TG-DTADTG分析法分析吸附劑的復(fù)合現(xiàn)象及吸附機(jī)制，結(jié)果表明:增加復(fù)合吸附劑弱吸附中心數(shù)，可顯著降低其脫附溫度；陸振能等［15］以氯化鈣和杉木屑為原料，通過(guò)炭化活化的方法制備具有發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的吸附劑，然后加入膨脹石墨以強(qiáng)化吸附劑的傳熱性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合吸附劑對(duì)氨氣的吸附量隨著膨脹石墨含量的增加而減小，吸附速率隨膨脹石墨含量的增加先增加后減小，而導(dǎo)熱系數(shù)隨膨脹石墨含量的增加單調(diào)增加；蔣宇等［16］利用分子篩巨大的比表面積以分子篩為載體通過(guò)浸泡 CaCl2溶液的方法制備復(fù)合吸附劑，在模擬實(shí)際使用條件下，對(duì)不同濃度CaCl2溶液制備的復(fù)合吸附劑的吸附、解吸性能進(jìn)行了測(cè)定，并將吸附解吸性能最好的復(fù)合吸附劑在自制的模擬制冷裝置上進(jìn)行了制冷實(shí)驗(yàn)。

本文在以上研究的基礎(chǔ)上，基于液位法測(cè)試吸附劑性能和測(cè)試整體成型太陽(yáng)能制冷吸附劑吸附性能的裝置及方法［17］的原理設(shè)計(jì)搭建了閉式吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)；以13X（3～5 mm）沸石分子篩顆粒為基材，通過(guò)浸泡不同質(zhì)量濃度的CaCl2溶液配制成復(fù)合吸附劑，并對(duì)制得的復(fù)合吸附劑性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

1　復(fù)合吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)的建立

1.1吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)裝置

閉式吸附劑性能測(cè)試系統(tǒng)主要由加熱/冷卻裝置、吸附/脫附裝置、數(shù)據(jù)采集裝置以及真空球閥和管路等組成，其中加熱/冷卻裝置包括:極限加熱溫度400℃的功率為3 000 W的電加熱爐、PID溫度控制器和流量為1.7 m3/min的風(fēng)機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)吸附床良好的加熱和冷卻；吸附/脫附裝置包括吸附床、蒸發(fā)/冷凝器（流量標(biāo)定管）和真空泵，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)相對(duì)真空工況下的吸/脫附循環(huán)；數(shù)據(jù)采集裝置由測(cè)量精度為10-3℃的K型熱電偶、量程0～5 kPa測(cè)量精度為10-4Pa的壓力變送器、安捷倫數(shù)據(jù)采集儀和一臺(tái)聯(lián)想一體機(jī)電腦組成，可以準(zhǔn)確地連續(xù)采集系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的溫度和壓力數(shù)據(jù)。

圖1　吸附劑性能測(cè)試裝置Fig.1 Adsorbent performance testing device

1.2吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)步驟

吸附劑的吸/脫附性能的測(cè)試過(guò)程主要由系統(tǒng)熱排空、冷卻吸附和加熱脫附幾個(gè)過(guò)程組成；

1）系統(tǒng)熱排空過(guò)程:待活化后的復(fù)合吸附劑裝填完畢并連接好管路后，打開真空球閥1和2接通壓力變送器，接通溫度控制器開關(guān)并設(shè)定溫度300℃，對(duì)吸附床進(jìn)行加熱60 min左右，隨著吸附床內(nèi)溫度的不斷升高并趨于穩(wěn)定后關(guān)閉溫度控制器停止加熱；打開真空球閥3，接通并啟動(dòng)真空泵抽出系統(tǒng)內(nèi)的熱空氣至系統(tǒng)壓力降至相對(duì)真空工況（120 Pa左右）并穩(wěn)定后關(guān)閉真空球閥1和3并斷開真空泵；對(duì)系統(tǒng)抽真空的同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)連續(xù)向加熱爐內(nèi)吹入空氣至吸附床溫度下降至150℃左右。

2）抽除冷凝/蒸發(fā)器內(nèi)多余空氣的過(guò)程:啟動(dòng)真空泵，打開真空球閥3，緩慢打開真空球閥4，接通蒸發(fā)/冷凝器和真空泵之間的管路，抽除冷凝/蒸發(fā)器（流量標(biāo)定管）內(nèi)的多余空氣至壓力達(dá)到對(duì)應(yīng)溫度下的水蒸氣飽和蒸氣壓（約2 000 Pa）并穩(wěn)定后，關(guān)閉真空球閥3和4，斷開真空泵。

3）吸附性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程:待實(shí)驗(yàn)步驟2）結(jié)束后，打開真空球閥1和4，使得吸附床、蒸發(fā)/冷凝器及壓力變送器在內(nèi)的系統(tǒng)成為一個(gè)與外界無(wú)物質(zhì)交換的閉口系統(tǒng)，吸附床中的復(fù)合吸附劑開始吸附過(guò)程，記錄蒸發(fā)/冷凝器中的初始液位及時(shí)間，之后每隔5 min記錄一次液位直至其中液位不再下降并穩(wěn)定后，吸附過(guò)程結(jié)束。

4）脫附性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程:待吸附過(guò)程完成后，記錄最終液位及對(duì)應(yīng)時(shí)間，接通溫度控制器并設(shè)定控制器溫度300℃，當(dāng)吸附床溫度上升至180℃左右時(shí)，注意觀察蒸發(fā)/冷凝器內(nèi)的液位變化，記錄其液位開始變化的時(shí)間和液位，同樣每隔5 min記錄一次蒸發(fā)/冷凝器內(nèi)的液位直至其中液位不再上升并穩(wěn)定后，脫附過(guò)程結(jié)束。

2　新型復(fù)合吸附劑的制備

2.1實(shí)驗(yàn)原材料

考慮到13X沸石分子篩為吸附式制冷中較為常用的吸附劑，無(wú)水MgCl2為化學(xué)吸附劑中較為常用且安全穩(wěn)定的吸附劑，綜合實(shí)驗(yàn)的可行性、經(jīng)濟(jì)性和安全性，本實(shí)驗(yàn)使用的原料主要為13X沸石分子篩和無(wú)水MgCl2。其中使用廊坊亞太龍興化工有限公司生產(chǎn)的粒徑為3～5 mm的人造13X沸石分子篩顆粒作為基質(zhì)，其堆積密度為0.7 g/mL，化學(xué)分子式為Na2O·Al2O3·2.45Si02·60H2O；而實(shí)驗(yàn)中用于配制復(fù)合吸附劑的化學(xué)吸附劑為北京康普匯維科技有限公司生產(chǎn)的無(wú)水MgCl2，其狀態(tài)為白色粉末，兩種原料的狀態(tài)如圖2所示。

2.2M gCl2溶液的配制

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案預(yù)先配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～50%（每次遞增5%）共10種MgCl2溶液各100 g，MgCl2粉末及蒸餾水的質(zhì)量均由精度為10-4測(cè)量范圍0～ 100 g的精密天平稱取，稱量過(guò)程中記錄MgCl2粉末及蒸餾水的質(zhì)量，實(shí)際配制溶液濃度與預(yù)配制溶液濃度存在-0.124 0%～0.230 8%的偏差，其中10種MgCl2溶液中MgCl2粉末均能全部溶解，不出現(xiàn)結(jié)晶現(xiàn)象；配置不同濃度的MgCl2溶液時(shí)實(shí)際稱取的MgCl2粉末及蒸餾水的質(zhì)量及其濃度偏差如圖3所示。

圖2　實(shí)驗(yàn)原材料Fig.2 Experimentalmaterials

根據(jù)已配制的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的MgCl2溶液的溶解情況可以選取其中全部溶解的溶液所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度，進(jìn)行復(fù)合吸附劑配制的下一步實(shí)驗(yàn)，即選用可以全部溶解的MgCl2溶液浸泡適量的13X沸石分子篩。

圖3　M gCl2溶液配制中M gCl2粉末和蒸餾水的質(zhì)量及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)偏差Fig.3 M asses of powder M gCl2and distilled water and its concentration deviation

2.3浸泡法制備MgCl2-13X復(fù)合吸附劑

在配制并篩選出能夠全部溶解的MgCl2溶液樣本后，按樣本溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)配制所有可用的溶液100 g，并按10 g的標(biāo)準(zhǔn)稱取13X沸石分子篩，使其完全浸沒(méi)在各溶液中，在室溫常壓的環(huán)境中放置24 h，觀察各濃度溶液中浸泡的13沸石分子篩的顆粒狀態(tài)并記錄觀察結(jié)果。

經(jīng)過(guò)24 h的浸泡，13X分子篩的形態(tài)已基本穩(wěn)定，其中浸泡在5%～15%三種質(zhì)量濃度MgCl2溶液中的13X分子篩顆粒完整度較高，都大于90%，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%MgCl2溶液中的13X分子篩有很少的部分表面出現(xiàn)裂痕，顆粒完整度大于80%，而質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%的MgCl2溶液中的13X分子篩較多已經(jīng)裂開，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%～50%五種MgCl2溶液中的13X分子篩已經(jīng)大量碎裂，顆粒完整度均小于30%，因?yàn)閺?fù)合吸附劑需要保持基質(zhì)較為完整的微孔結(jié)構(gòu)，所以由試樣選擇顆粒完整度較高的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20%MgCl2溶液浸泡13X沸石分子篩所得的復(fù)合吸附劑作為本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試吸附劑。不同濃度MgCl2溶液浸泡13X沸石分子篩后的復(fù)合吸附劑的顆粒狀態(tài)如圖4所示。

圖4　不同濃度MgCl2溶液浸泡24 h后的13X顆粒完整度Fig.4 Conditions of zeolite 13X after impregnating in MgCl2solutions for 24 h

2.4洗滌、活化

根據(jù)浸泡法配制MgCl2-13X復(fù)合吸附劑試樣最終的顆粒完整度情況選取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%～20% MgCl2溶液浸泡13X沸石分子篩所得的復(fù)合吸附劑作為本實(shí)驗(yàn)的測(cè)試吸附劑。

按此4種溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)各配置500 g溶液，用電子天平稱取約200 g的13X沸石分子篩并完全浸沒(méi)在此4種溶液中24 h；之后將溶液倒出，用蒸餾水清洗浸泡所得的復(fù)合吸附劑以除去分子篩表面附著的MgCl2，防止其阻塞分子篩吸附微孔而影響復(fù)合吸附劑的吸附效果；用蒸餾水反復(fù)洗滌4次之后，將其放入干燥箱中加熱以除去吸附劑本身已經(jīng)吸附的水分，設(shè)置加熱溫度為300℃，加熱時(shí)間為10 h；完成活化后的吸附劑即可及時(shí)地灌裝進(jìn)吸附床中進(jìn)行吸附劑性能測(cè)試，將在質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為5%，10%，15%和20%的4種MgCl2溶液中浸泡13X沸石分子篩所得的復(fù)合吸附劑分別命名為MX1，MX2，MX3和MX4。（下文中提到該4種復(fù)合吸附劑時(shí)均使用其命名）。

3　實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1吸附床傳熱性能分析

在閉式吸附劑性能測(cè)試系統(tǒng)中吸附床的傳熱特性對(duì)系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)起著關(guān)鍵的作用，但由于閉式吸附劑性能測(cè)試系統(tǒng)要求在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中保證系統(tǒng)的密閉性，所以實(shí)驗(yàn)中無(wú)法直接將熱電偶經(jīng)過(guò)法蘭密封放入吸附床內(nèi)部測(cè)量吸附劑的溫度，而吸附床外側(cè)的則可以較方便地測(cè)得。因此，在本實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作中，重點(diǎn)測(cè)試了吸附床的傳熱特性，并希望以此測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確地掌握吸附床內(nèi)吸附劑的溫度變化。吸附床傳熱性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)中設(shè)置6處熱電偶測(cè)點(diǎn)，分別為:吸附床外壁上側(cè)（a）、吸附床外壁中部（b）、吸附床外壁底部（c）、吸附床內(nèi)部上側(cè)（Ⅰ）、吸附床內(nèi)部中部（Ⅱ）和吸附床內(nèi)部底部（Ⅲ）。

圖5所示為吸附床外壁底部和吸附床內(nèi)部底部在加熱和冷卻過(guò)程中的溫度變化。加熱段隨著溫度的不斷升高并趨于穩(wěn)定后，吸附床外壁底部的溫度達(dá)到259.060℃，吸附床內(nèi)部底部溫度逐漸穩(wěn)定于264.724℃，用吸附床外壁底部的溫度近似估計(jì)吸附床內(nèi)固體吸附劑的溫度的誤差為2.13%；冷卻段隨著吸附床外壁底部的溫度逐漸穩(wěn)定于28.775℃時(shí)，吸附劑的溫度為28.472℃，用吸附床外壁底部的溫度近似估計(jì)吸附床內(nèi)固體吸附劑的溫度的誤差為1.06%；整個(gè)吸附脫附過(guò)程二者的平均值估值誤差為3.24%。

圖5　吸附床內(nèi)部底部與吸附床外部底部溫度變化Fig.5 Temperature variation of the bottom inside and outside adsorption bed

圖6中（a）、（b）、（c）所示分別為吸附床外壁上、中、下三處與吸附床內(nèi)部上、中、下三處在加熱和冷卻過(guò)程中的溫度變化速率隨時(shí)間的變化。由圖6可以較明顯地觀察出圖6（c）中所示吸附床外側(cè)底部的溫度變化速率較為接近吸附床內(nèi)部吸附劑的溫度，尤其是吸附床內(nèi)部底部，二者最大相差1.9℃/min，最小相差僅0.01℃/min。因此可以使用吸附床外壁底部的溫度近似表示吸附劑的溫度 （下文所提到的吸附床溫度均指吸附床外壁底部的溫度即吸附劑溫度）。

3.2復(fù)合吸附劑吸附率隨時(shí)間的變化

圖7所示為吸附劑吸附率隨時(shí)間的變化曲線。由圖7可知:復(fù)合吸附劑MX1和13X具有較相似的變化趨勢(shì)，而MX2和MX3兩種復(fù)合吸附劑的吸附率隨時(shí)間變化的趨勢(shì)較相近，而且二者的平均吸附率高于13X，復(fù)合吸附劑MX1和MX4；復(fù)合吸附劑MX3的性能則更優(yōu)于復(fù)合吸附劑MX2，復(fù)合吸附劑MX3的最大吸附量達(dá)0.32 g/g。

圖6　吸附床外部與吸附床內(nèi)部溫度變化Fig.6 Temperature variation of inside and outside adsorption bed

圖7　吸附率隨時(shí)間變化Fig.7 Adsorption ratio changesw ith time

3.3復(fù)合吸附劑吸附速率隨吸附床溫度變化

圖8所示為吸附速率隨溫度變化曲線。由于吸附過(guò)程主要集中在吸附床溫度低于100℃的過(guò)程中，而在吸附床溫度低于100℃時(shí)，復(fù)合吸附劑MX1，復(fù)合吸附劑MX4和13X的吸附速率隨溫度的變化曲線具有較相似的變化趨勢(shì)，而MX2和MX3兩種復(fù)合吸附劑的吸附速率較相近，而且二者的吸附速率高于13X，復(fù)合吸附劑MX1和復(fù)合吸附劑MX4；并且復(fù)合吸附劑MX3的性能則更優(yōu)于復(fù)合吸附劑MX2，復(fù)合吸附劑MX3的最大吸附速率為0.59 g/min，相比13X提高了20%。

圖8　吸附速率隨溫度變化Fig.8 Adsorption rate changes w ith temperature

3.4復(fù)合吸附劑電鏡掃描照片

圖9所示為13X沸石分子篩及4種復(fù)合吸附劑MX1，MX2，MX3和MX4在電鏡下的微觀圖像。（a）圖中為純13X分子篩結(jié)構(gòu)，晶體直接有較大的縫隙；相比（a）圖中的13X的電鏡照片，（b）圖中有少量的MgCl2晶體零散地附著在13X中；（c）圖中則出現(xiàn)較多的MgCl2晶體零散的分布在13X中，少量MgCl2晶體粘連在一起；（d）圖中出現(xiàn)更多的MgCl2晶體，較多MgCl2晶體粘連在一起附著在13X微孔中；（e）圖中出現(xiàn)大量的MgCl2晶體，大量MgCl2晶體粘連在一起并附著在13X微孔中。

結(jié)合復(fù)合吸附劑的電鏡照片，復(fù)合吸附劑MX1 中13X的微孔通道中只有少量的MgCl2晶體，所以吸附性能較接近純13X分子篩吸附劑；復(fù)合吸附劑MX2和MX3中有較多的MgCl2晶體零散的分布在13X微孔中，在使復(fù)合吸附劑具有13X的完整的微孔通道的同時(shí)又使復(fù)合吸附劑具備了MgCl2晶體的良好的吸附能力；而復(fù)合吸附劑MX4中出現(xiàn)大量的MgCl2晶體并粘連在一起，雖然有較多量的MgCl2晶體但卻破壞了13X的微孔結(jié)構(gòu)，因此，MX2和MX3兩種復(fù)合吸附劑的吸附率和吸附速率較相近，而且二者的吸附率和吸附速率高于13X，復(fù)合吸附劑MX1和復(fù)合吸附劑MX4，并且復(fù)合吸附劑MX3的性能較優(yōu)于復(fù)合吸附劑MX2。

圖9　復(fù)合吸附劑電鏡掃描照片F(xiàn)ig.9 SEM images of com posite adsorbents

4　結(jié)論

本文設(shè)計(jì)搭建了用以測(cè)試吸附式制冷用整體成型吸附劑性能的閉式吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)，在測(cè)得本實(shí)驗(yàn)臺(tái)能夠達(dá)到吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)要求的條件下對(duì)用浸泡法制得的新型復(fù)合吸附劑MgCl2-13X進(jìn)行了吸附性能測(cè)試，并結(jié)合電鏡照片中吸附劑的微觀結(jié)構(gòu)對(duì)其性能提高的機(jī)制進(jìn)行了分析。

在閉式吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)臺(tái)可行性測(cè)試中:閉式吸附劑性能測(cè)試系統(tǒng)中吸附床的傳熱特性對(duì)系統(tǒng)的傳熱傳質(zhì)起關(guān)鍵作用，經(jīng)測(cè)試:吸附床外側(cè)底部的溫度變化速率較接近吸附床內(nèi)部吸附劑的溫度，尤其是吸附床內(nèi)部底部，二者最大相差1.9℃/min，最小相差僅0.01℃/min；加熱段用吸附床外壁底部的溫度近似估計(jì)吸附床內(nèi)固體吸附劑的溫度的誤差為2.13%；冷卻段用吸附床外壁底部的溫度近似估計(jì)吸附床內(nèi)固體吸附劑的溫度的誤差為1.06%；整個(gè)吸附脫附過(guò)程二者的平均值估值誤差為3.24%，能夠滿足吸附劑性能測(cè)試的要求。

復(fù)合吸附劑的電鏡照片顯示:復(fù)合吸附劑MX1 中13X的微孔通道中只有少量的MgCl2晶體，所以吸附性能較接近純13X分子篩吸附劑；復(fù)合吸附劑MX2和MX3中有較多的MgCl2晶體零散的分布在13X微孔中；而復(fù)合吸附劑MX4中出現(xiàn)大量的MgCl2晶體并粘連在一起破壞了13X的微孔結(jié)構(gòu)。

綜合吸附劑性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及吸附劑的微觀結(jié)構(gòu)，有如下結(jié)論:MgCl2與13X沸石分子篩的結(jié)合可以改變13X沸石分子篩的吸附性能，結(jié)合所得復(fù)合吸附劑的吸附性能與浸泡法制備復(fù)合吸附劑中MgCl2溶液的濃度有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得當(dāng)MgCl2溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%時(shí)所制得復(fù)合吸附劑MX3性能最優(yōu)，其最大吸附量達(dá)0.32g/g，最大吸附速率0.59 g/min，相比單一吸附劑13X沸石分子篩提高了20%。

本文受上海市教育委員會(huì)科研創(chuàng)新重點(diǎn)項(xiàng)目（13ZZ121）資助。（The projectwas supported by the Scientific Research Innovation Key Projectof ShanghaiMunicipal Education Commission （No.13ZZ121）.）

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Zhao Huizhong，male，associate professor，MerchantMarine College，Shanghai Maritime University，+86 13651666597，E-mail: hzzhao@shmtu.edu.cn.Research fields:solar adsorption refrigeration and extractwater from air.

Experimental Study on Com posite Adsorbent Performance of Zeolite 13X/M gCl2

Zhao Huizhong Tang Xianghu Yan Haoxin Hao Fangyuan
（Merchant Marine College，Shanghai Maritime University，Shanghai，201306，China）

The adsorption performance of composite adsorbent is a significant parameter for adsorption refrigeration cycle.An integral adsorbent performance testing device is designed and built to test performance of the adsorbent in this experiment.The feasibility of the device and the performance of composite adsorbentMgCl2-13X are investigated with the testing device.The result shows that the temperature change rate of bottom outside the adsorbentbed is highly near thatof the adsorbentat the bottom inside the adsorbentbed.And the deviation of the temperature change rate of the two ranges from 0.01-1.9℃/min，and the deviation of average of the temperatures of the two is 3.24%during the processes of adsorption and desorption，which canmeet the requirements of the experiment.The experimental results and the SEM images show that the performance of composite adsorbentprepared by immersionmethod relates to the concentration ofMgCl2solution.MgCl2can improve the performance of zeolite 13X.And the experimental result shows that the composite adsorbent has the best performance when the concentration of MgCl2solution is15%.Themaximum adsorption ratio of MX3 is0.32 g/g.Thewater uptake rate of MX3 is 0.59 g/min，improving 20%compared to that of pure zeolite 13X.

adsorption refrigeration；composite adsorbents；adsorption rate；immersionmethod；zeolite 13X

About the

TB61+1；TK124

A

0253-4339（2016）05-0050-07

10.3969/j.issn.0253-4339.2016.05.050

國(guó)家自然科學(xué)基金（50976073）資助項(xiàng)目。（The projectwas supported by the National Natural Science Foundation of China（No. 50976073）.）

2016年1月25日

簡(jiǎn)介

趙惠忠，男，副教授，上海海事大學(xué)商船學(xué)院，13651666597，E-mail:hzzhao@shmtu.edu.cn。研究方向:太陽(yáng)能吸附制冷以及空氣取水。