硅胶孔径对吸附剂吸湿性能及制冷特性的影响

　　吸附式制冷系统不使用氟里昂工质，结构简单、 不消耗高品位能源，具有节能减排的优点，成为近年来各国学者竞相研究的课题^[1-2].目前吸附制冷常用的吸附工质对有活性炭-甲醇、沸石分子筛-水、硅胶-水、金属氢化物-氢和氯化钙-氨等^[3].但从实用化的成果来看，吸附制冷技术还存在着单位吸附剂的制冷功率低、循环吸附量小和吸附速率较慢等问题^[4-5]，这些问题的本质即传热传质问题. 解决上述问题的关键是研制出一种再生温度低并具有高传热传质性能的吸附制冷工质对. 高性能吸附制冷工质对的核心是高效吸附剂的研制开发.

　　硅胶与水组成的吸附工质对具有再生温度低的优点，但是硅胶的吸水量一般只有10%～20%，而且吸附速率慢，导致吸附制冷系统体积庞大，造价高. 氯化钙对水的吸附量达到50%～60%，但是氯化钙吸附剂在使用过程中容易出现膨胀结块、传质阻力增大等问题^[6-7].针对上述问题，如果能利用硅胶丰富的微孔结构和巨大的比表面积，将氯化钙嵌入硅胶的微孔内，应该可以提高吸附量，同时能够防止氯化钙的膨胀结块^[8-9].目前国际上对这种复合型吸附剂的研究比较热门^[10-13]，如氯化钙和硅胶复合、氯化锶和硅胶复合、氯化锂和分子筛复合等，并已经开发出了一些高性能的吸附剂，比如氯化钙嵌入中孔硅胶所制备的复合吸附剂SWS-1L.目前商业化的硅胶有多种，其孔径、比表面积和微孔容积各不相同.在制备硅胶基复合吸附剂时，到底选用哪一种硅胶制备的复合吸附剂吸附性能较高，目前国内外对这方面的研究较少.Aristov等^[14]研究了孔径对SBA(纳米结构的中孔硅胶)复合吸附剂性能的影响，所选SBA的孔径分别为8.1nm和11.8nm.为开发出一种适用于中低温余热吸附制冷的高性能吸附剂，本文利用浸泡的方法将氯化钙嵌入3种不同孔径的硅胶微孔内来制备复合吸附剂，通过测试并比较复合吸附剂的吸附量和吸附速率，优选出最佳的制备制冷用复合吸附剂的硅胶，并对利用复合吸附剂制作的小型吸附制冷机进行了简单的性能测试.

　　1 吸附剂制备及性能测试

　　1.1 原材料

　　所用原材料主要包括硅胶、氯化钙和去离子水.硅胶为球型颗粒，由山东美高集团提供，为常用的商用硅胶，具体参数见表1. 氯化钙为粉末状无水氯化钙，分析纯. 所需仪器和设备为真空泵、恒温恒湿箱、精密电子天平和恒温水浴等.

　　1.2 硅胶/氯化钙复合吸附剂的制备

　　本文采用将硅胶浸泡在氯化钙溶液中的方法制备复合吸附剂，具体制备步骤如下: