论文部分内容阅读
旋转吸附除湿技术以其低温低湿度干燥性能及显著的节能优势在冶金、军工、制药和食品等领域得到广泛应用。水蒸气吸附剂是吸附除湿技术的核心材料，高性能吸附剂的研制对提高除湿效率以及降低再生能耗具有重要意义。为获得性能更优的吸附材料，本文开展改性SiO2的制备及其水蒸气吸附性能的研究。多孔材料的设计改性过程中，主要采用了两种改性方法：（1）表面磺酸化；（2）骨架钛掺杂。并通过溶胶凝胶和水热法实现上述改性。采用多种测试方法对所制备的吸附剂进行结构性质表征：N2-吸附脱附、TEM、XPS和XRD等，同时采用DVS等温吸附和TPD测定吸附剂的水蒸气吸附和脱附性能，并通过FHH模型对吸附材料进行理论分析。在多孔SiO2材料表面改性工艺中，采用溶胶凝胶法，以PVP为模板剂，TEOS为硅源，在硫酸环境中制备了表面磺酸化介孔SiO2。该材料表征结果显示，其比表面积介于326.0～607.3m2·g-1，平均孔径介于4.6～15.2nm，根据吸附要求通过改变制备工艺调控材料结构来实现。吸附性能测定结果显示，磺酸化介孔SiO2在相对湿度小于10%和大于40%同时拥有良好的水蒸气吸附性能，且87℃下可实现完全脱附。另一方面，采用溶胶凝胶法，以P123为模板剂，TEOS和TIPO为硅源和钛源，在无水乙醇溶剂中制备了骨架钛掺杂多孔SiO2吸附剂。表征和测定结果表明：所制钛掺杂SiO2具有非晶介孔特性，比表面积和孔径尺寸受钛掺杂量的影响，低湿度下的水蒸气吸附性能比一般纯介孔SiO2有较大程度提高，且有良好的热稳定性。研究结果还发现Ti-O的出现会使水分子在吸附剂上的脱附活化能增加，随着钛掺杂量增加会致使原有骨架易坍塌。此外，采用水热法制备了孔壁晶化的钛硅分子筛以进一步提高吸附剂在低湿度下的吸附性能。研究结果显示，所制备的钛硅分子筛在低湿度环境下，具有更好的的水蒸气吸附性能。通过上述研究可知：表面磺酸化介孔SiO2具有良好的水蒸气吸附性能，其水热稳定性有待改善；非晶态钛掺杂介孔SiO2展现出良好的水蒸气吸附性能，并且水热稳定性较好；孔壁晶化且孔表面亲水的微孔钛硅分子筛，在低湿度环境下，具有更好的水蒸气吸附性能。