活性炭-甲醇工质对吸附制冷相关性能研究

    吸附制冷的根本在于利用多孔介质(吸附剂)对制冷剂气体(吸附质)的吸附作用,因此吸附工质对的性能研究是吸附制冷研究的基础.与吸附制冷循环相关的工质对性能主要包括吸附量、吸附速度与吸附热.

    吸附剂种类的多样性以及吸附剂本身表面性质的复杂性导致了多种吸附理论体系并存的状况,到目前为止,任何一种吸附理论都必须基于一定程度上简化的模型,而过分的简化又将与非常复杂的实际情况相差甚远.因而,现在还只能一方面依靠试验测试,另一方面再配合一定的理论分析,才能使吸附性质的理论描述与实际情况较好的吻合.

    吸附等温线是对吸附现象以及吸附剂的表面与孔进行研究的基础数据,吸附等温线测定即在确定的平衡温度下对于给定的吸附剂和吸附质,测定其与一系列相对压力对应的吸附量.本文采用静态重量法对活性炭-甲醇工质对进行吸附等温线测定,进而求得吸附量方程及吸附热;在吸附等温线平衡吸附量测定进程中记录吸附量随时间的变化关系,据此进行吸附速度方程的研究.

    1 试验

    吸附等温线的测定方法主要包括经典静态法与动态法,本文采用静态有机蒸气吸附重量法.活性炭和甲醇均选取化学纯级别标准试剂,以期获得的数据更有代表意义.试验系统如图1所示.

    试验按照以下步骤进行.

    1)样品准备.粗称10~20 mg活性炭放入电子微量天平的样品吊篮,用试管装取适量甲醇连接至系统,然后封闭整个系统.

    2)甲醇样品提纯.关断称重系统,连通甲醇样品试管,用液氮浸泡甲醇样品试管,将甲醇反复冷冻、解冻并减压蒸发数次,以脱去其中溶解的其他气体.

    3)活性炭样品脱气.关断甲醇样品试管,连通称重系统,将活性炭加热至300e,对系统抽真空,以除去活性炭中吸附的杂气.当系统压力可维持在0. 013 3 Pa以下时,开始试验测定.

    4)吸附等温线测定.将活性炭恒定至某一温度,打开甲醇试管活塞,向系统中放入适量甲醇蒸气后关闭活塞,此时活性炭开始吸附甲醇,天平自动记录活性炭的质量变化,当活性炭质量恒定时即认为达到吸附平衡.因为活性炭的量非常微小,其吸附作用对系统压力的影响几乎不可察觉,所以认为吸附过程是在恒压下进行的.逐次向系统中放入甲醇蒸气增加系统压力,便可测得活性炭相对于一系列压力的吸附量,从而获得该温度下的吸附等温线.

    5)重新对系统抽真空,测定另一温度的吸附等温线.

    2 吸附量方程

    2. 1 D-A方程

    基于Polanyi吸附势能模型[1]的D-A方程是研究微孔吸附现象中应用较广的等压吸附方程,能够较好地描述吸附制冷工质对的吸附行为. D-A方程具体形式如式(1).本文中的吸附量以吸附率来表征,吸附率即单位质量吸附剂上吸附的气体质量.