低品位热能驱动的高效热化学吸附式制冷研究

热化学吸附式制冷是一种以低品位热能驱动的节能环保型绿色制冷技术, 利用吸附剂与制冷剂之间可逆化学反应的热效应实现制冷效果. 主要介绍了热化学吸附式制冷循环技术的国内外研究现状, 在传统单效热化学吸附制冷循环的基础上, 评述了回质回热型热化学吸附制冷循环、双效热化学吸附制冷循环、多效热化学吸附制冷循环、双重热化学吸附制冷循环及基于内部回热技术的双效双重热化学吸附制冷循环等几种典型的高效吸附制冷循环技术, 并对热化学吸附式制冷技术的主要发展方向进行了阐述.     

吸附式空气取水物理吸附材料研究进展

吸附式空气取水技术是解决干旱地区水资源短缺的有效技术手段.吸附材料的设计和选取直接决定吸附式空气取水的性能,物理吸附材料因其具有易于再生等诸多优越的性能得到了学者的广泛研究.本文简要介绍了基于吸附-脱附循环吸附式空气取水技术的工作原理和物理吸附材料3种不同的吸附机制,进一步提出了理想物理吸附材料的设计目标.通过对近些年来吸附式空气取水物理吸附材料的研究进展进行总结和分析,综述了硅胶、沸石、磷酸铝、有序介孔材料、金属有机骨架材料和共价有机骨架材料等不同物理吸附材料的特点和研究现状,总结对比了不同材料的吸附性能,最后着重分析了目前物理吸附材料在吸附量、动力学、循环稳定性和规模化应用等方面存在的问题,并提出了引入离子交换法、采用多孔基质、引入疏水性官能团和取消溶剂等技术路径,对新一代物理吸附材料的研发具有一定的借鉴意义.     

基于(火积)守恒方程的可逆热力循环(火积)分析及其应用

将(火积)分析应用于热力循环性能的分析和优化中.首先在可逆热力过程和热力循环的分析中提出了热(火积)流和功热(火积)流的概念,并建立了相应的(火积)守恒方程.其次通过对可逆热机热泵联合循环中(火积)守恒的分析表明,与通常的热泵循环不同,热机-热泵联合循环的功能类似于电学中的变压器(电压变换器),因此可把此类联合循环称之为变温器或温度变换器.此外,取决于联合循环热源的温度,在某些条件下联合循环必须向环境输出功热(火积)流,从而降低联合循环的性能;而在另外一些条件下则可以从环境吸收功热(火积)流,从而提高联合循环的性能.最后,基于热质理论指出了热(火积)实际上是热质能的简化表达式,因而热(火积)流和功热(火积)流则分别是热质能流和功热质能流的简化表达式,它们实际上都是相对性能量.因此,类似于电压变换器中电能与磁能满足能量守恒定律,热机热泵联合循环中不仅热量和功量满足能量守恒定律,热(火积)流和功热(火积)流还满足相对性能量守恒定律,从而(火积)分析方法可用于分析可逆热力循环的性能,而熵分析及?分析方法则无法分析可逆热力循环的性能.最后,本文以两种典型的热机-热泵联合循环为例分析了联合循环的性能评价方法.     

多壳层空心MOFs材料对水体中抗生素的高效吸附

通过多步生长及刻蚀的策略构筑了不同壳层空心结构的金属-有机框架材料(MOFs),研究了实心MIL-101、单层空心MIL-101(SSHM)、双层空心MIL-101(DSHM)和三层空心MIL-101(TSHM)对水体中抗生素的吸附行为.吸附数据表明壳层数的增加有利于土霉素和四环素吸附,其中三层空心MIL-101对土霉素和四环素的吸附量分别达到76和95 mg/g,吸附效率达到76%和48%,达到实心材料3倍吸附效率.循环测试表明TSHM对水体中抗生素吸附效率比较稳定,经过4次吸脱附后仍然具有良好的结晶性和形貌稳定性.研究表明MOFs中暴露更多的活性位点和多壳层结构有利于提高客体分子的吸附和存储,对多壳层MOFs材料拓展吸附应用方面具有指导意义.     

NPAN分子在Au(111)电极上吸附结构的电化学STM研究

用电化学循环伏安法和电化学扫描隧道显微镜(STM)研究了0.1 mol/L HClO₄溶液中偶氮分子4-(4-硝基苯基偶氮)-1-萘酚(NPAN)在Au(111)电极上的吸附. 结果表明, 相对于基底NPAN分子在电极上可以形成稳定的(6×4)单分子结构, 吸附的分子平面与基底相平行. 另一方面, NPAN分子的吸附也可以阻止发生在电极表面上的氧化还原反应. 根据实验结果提出了分子的吸附模型, 解释了分子的STM图像.     

电动汽车热泵全生命周期气候性能评估模型与环保制冷剂减排分析

为满足我国“双碳”(碳达峰、碳中和)目标和《<蒙特利尔议定书>基加利修正案》的要求,采用低全球变暖潜能值(global warming potential, GWP)的热泵系统有助于从直接和间接两个方面全面减少新能源汽车碳排放.然而,目前对于采用何种低GWP工质尚无定论,几乎所有研究仅仅采用GWP值来衡量制冷剂的环保性能,对低GWP工质热泵系统全生命周期气候性能(life cycle climate performance, LCCP)的认识明显不足,同时也缺少适用于新能源汽车热泵的LCCP评估模型.为此,本文基于7个城市的气候数据、当地供电特性、真实世界驾驶循环、乘员舱冷热负荷与舒适性、热泵系统台架测试等,新开发了适用于电动汽车热泵的完整LCCP模型.基于该模型,对传统高GWP工质R134a和R410A、低GWP工质CO₂,以及先前开发的新型高效环保工质CO₂/R41(GWP为49)、M2(非共沸混合物, GWP为137)在电动汽车热泵中的全生命周期环境影响作了评估.结果表明,建立的LCCP模型对热泵系统性能系数(coeffic...     

热功转换循环规律的另一半:逆循环的定理、定律和核心物理量

在回顾卡诺定理、热力学第二定律(正循环等价定律)以及核心物理量熵时,发现它们主要讨论的都是热量通过可逆循环转换为功量的规律.即使对于热泵或制冷逆循环,仍然应用正循环的概念和分析方法讨论它们的性能.然后以逆卡诺循环为例,分析和证明了两温限下逆卡诺循环的性能系数不是最大而是最小.随之提出了一个新的逆循环,它是由两个等压和两个等容过程组成,可称之为逆压容(p-V)循环.在净功量给定和两温限条件下,逆压容(p-V)循环的性能系数远大于逆卡诺循环的性能系数.此结果表明,逆循环中功量是有品位的,压力就是功量的品位.最后建立了逆循环的等价定律和逆循环等式,并引入了功熵的概念.基于逆循环的原理、定理、定律、核心物理量和循环性能等,可望形成热功转换循环规律的另一半.     

磁性碳纳米管吸附/微波再生处理水中五氯苯酚

利用热分解法制备了磁性碳纳米管,采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射分析仪(XRD)、比表面积分析仪(BET)进行了表征.研究表明,磁性碳纳米管纯度高且孔隙均匀,外径约为50 nm,比表面积为146.7 m2/g;同时加外磁场可以快速其分离.磁性碳纳米管应用于吸附/微波再生处理水中五氯苯酚,结果表明,磁性碳纳米管对五氯苯酚的吸附动力学符合Langergren模型,其平衡吸附量为30.5 mg/g;吸附等温线符合Freundlich模型.吸附饱和磁性碳纳米管经微波再生循环使用5次,再生率均高于100%,且磁性良好.     

R1234yf,R1234ze(z),R32及其混合工质在Co-MOF-74中吸附储能的分子模拟

利用流体分子在纳米多孔材料固体表面吸附分离过程中热能与表面能的相互转化,可以提高工质循环吸热量进行储能.采用分子模拟(分子动力学和巨正则蒙特卡罗)方法开展了制冷剂R1234yf, R1234ze(z), R32及其混合工质在金属有机骨架材料Co-MOF-74中的吸附储能特性研究.研究发现,纯工质吸附时,受分子尺寸影响, R32在MOF中的吸附量高于R1234yf和R1234ze(z).而饱和吸附时, R32的解吸附热低于R1234yf和R1234ze(z).在制冷剂中添加Co-MOF-74纳米颗粒形成纳米流体,可以改良纯工质的储能特性,且R1234yf和R1234ze(z)纳米流体的改良效果强于R32纳米流体.在混合工质吸附中, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量低于R32,但随着温度上升,由于不同种类工质竞争吸附, R1234ze(z)和R1234yf的吸附量呈现逐步上升的趋势,而R32的吸附量则逐渐减少.     

基于三维圆锥设计的空气取水性能强化

吸附剂材料和系统结构是影响吸附式空气取水效果的两大关键因素.目前,已开发的水凝胶、金属有机框架材料以及高吸湿复合物等吸附剂已具有非常优越的取水潜力,而传统的依靠材料堆积的系统结构,导致整体的吸附动力学特性较差,制约了系统的取水性能.为了解决这一问题,本文采用活性炭纤维浸渍氯化锂作为吸附剂,通过三维圆锥形结构设计,在不牺牲材料性能的前提下,优化了系统的传热传质性能,进而在吸附和解吸方面分别实现了1.6和1.3倍的性能提升.     

混合热阻条件下正、反卡诺循环的最优性能与面积比

自有限时间热力学创立以来,国内外对受热阻影响的二源卡诺循环已有许多深入的研究。其中又以线性或非线性传热的活塞式模型居多,本文则要研究两种线性与非线性混合传热热阻条件下,定常态能量转换热机、制冷与热泵循环的热力性能,得到了一组重要的性能优化公式及相应的最佳面积比的统一表达式。     

硫化铁矿物处理水体砷污染

以铁的硫化物矿折黄铁矿和磁黄铁矿为吸附材料,在实验室条件下研究了它们对模型水体中的砷的吸附作用。在实验观测基础上讨论了这些矿物材料对砷的吸附速率和效率,吸附砷的稳定性以及稳定条件,提出这些矿物去除水体中砷的有效吸附材料,对于缺乏水质处理设备条件的地区有直接的实用价值。     

纳米Ni薄膜的电化学制备及其异常红外效应

通过循环伏安电沉积方法在玻碳基底上制备纳米级厚度Ni薄膜(nm-Ni/GC), 以CO吸附为探针反应, 运用电化学原位傅里叶变换红外(FTIR)反射光谱研究其性能, 将所发现的异常红外效应的研究拓宽到铁系Ni金属纳米薄膜.     

Cl与H2O在Fe (100)表面共吸附的稳定结构与电子特性

采用基于密度泛函理论的第一性原理研究了Cl与H₂O共同吸附于Fe(100)晶面上的稳定几何结构与电子特性, 得出了Cl与H₂O在Fe(100)晶面上的最稳定吸附位置、相应的能量关系及表面电子结构特性. 研究结果表明, Cl与H₂O在Fe(100)晶面上的最稳定吸附位置为Cl在桥位, H₂O在顶位; Cl的存在使Fe(100)/(H₂O+Cl)共吸附体系能量升高, 表面功函数减小, H₂O与Fe(100)表面夹角增大, 基底表层Fe原子有明显的弛豫与再构现象发生, O 2p轨道在-5 eV附近有明显肩峰, Fe 3d轨道在费米能级附近电子态密度显著改变. 研究从几何结构和表面电子特性两方面说明了有Cl存在时表层Fe原子更趋于不稳定而易于失去电子.     

黄孢原毛平革菌菌球对多环芳烃的生物吸附和生物降解作用

以黄孢原毛平革菌(Phanerochaete chrysosporium,Pc)为代表,研究了死体和活体Pc菌球对水中菲、芘等多环芳烃(PAHs)的生物吸附和生物降解作用及其相对贡献,探讨了碳源、氮源浓度和共存Cu2+的影响,考察了连续多次输入下菲的生物吸附和生物降解作用,试图为准确掌握微生物作用下PAHs的迁移转化行为及其调控作用提供理论指导.结果表明,死体Pc菌球对水中菲、芘的去除机制为生物吸附,分配系数分别为4040和17500L/kg.活体Pc菌球的去除机制包括生物吸附和生物降解,3d时生物吸附对水中菲、芘的去除率分别为19.71%和52.21%;随着作用时间延长(3～40d),生物降解对菲、芘的去除作用逐渐增大(20.40%～60.62%和15.55%～49.21%),且菌体中PAHs残留量不断下降.富碳限氮营养条件下,活体Pc菌球对PAHs的去除作用和降解效果最优,在60d时分别为99.55%和92.77%(菲),99.47%和83.97%(芘),主要源于富碳增加Pc菌体生物量而增强生物吸附、限氮则触发Pc对PAHs的生物降解作用.活体Pc菌球在富碳限氮强化条件下可连续多次去除和降解新输入的PAHs,其中单次生物降解率随循环次数(6d/次)增加而增大,循环3次后菲的生物降解率高达90%.     

自溶液中的吸附 Ⅲ.糖炭自水和四氯化碳溶液中吸附脂肪酸

同系物的分离常应用吸附法,分离的效率当然与各物的吸附性能有关。虽然这类研究很多,但主要仍凭经验。这主要是因为现时还没有满意的溶液理论。为避免此种困难,可借助于气体吸附的理论。本文就是沿着这个方向的一个尝试。     

多姿多彩的空调器

富氧空调器 日本三菱公司开发出一种既可调节室温又可调节氧气含量的新型富氧空调器。它的氧气发生器采用了工业制氧压力摇动技术,并依靠灵敏的传感器测定室内氧气含量。当氧气含量低于一定值时,氧气发生器会自动启动,使室内氧气含量始终维持在25％～30％的水平,使室内空气富含氧气有益于人体健康。 绿色空调器 日本三洋电机公司成功地开发了代替氟利昂液的冷却媒介物——氦气,并使用于冷、暖气设备两用的热交换器(热泵)。供暖设备的效率与过去相比提高了50％。     

电厂余热利用的分析与探讨

文章通过分析国内外大型火电厂水冷机组循环水的余热利用情况,提出由水源热泵提高温度后的循环水为农业日光大棚供热.目前,由于在冬季北方日光大棚的农业生产效益受到环境气候条件的限制,其生产效率比较低,影响了市场的农产品供应.通过这种方式,既能减少对供热系统的投资,又可以减少供热系统的热量损失.     

玉米秸秆油污吸附剂的制备及其在油水分离中的应用

以玉米秸秆为原料,粉碎后浸涂ZnO溶胶并经辛基三甲氧基硅烷(OTS)修饰后呈超疏水性和超亲油性,水滴在其表面的接触角为158.6°,滚动角小于5°,而油滴在其表面则完全铺开.利用玉米秸秆粉表面的超疏水性和超亲油性,可将其用于水面油污的过滤、吸附、分离及循环利用,其对油水混合物中油、水的分离效率分别为98.0%和99.6%.相关研究有望为玉米秸秆的加工、利用及油污吸附剂的制备提供新的思路.     

吸附法碳捕集技术的规模化应用和挑战

实现2030年碳达峰和2060年碳中和是能源领域的当前决策和长远愿景,为此必须更加紧密结合全球能源发展趋势及国家能源策略,在碳捕集与封存领域投入研发力量.近几十年来,吸附法作为一种极具应用潜力的碳捕集技术得到了快速发展.例如,对高性能吸附剂的开发进行了大量探索;适用于碳捕集的吸附循环过程得到了显著的发展;先进的吸附剂结构和装置不断被提出;将吸附过程与其他分离和/或反应过程进行耦合的复合吸附技术得到了广泛关注;吸附法碳捕集技术的应用领域也得到了拓展.为此,本文介绍了各种吸附法碳捕集循环过程,归纳总结了目前超出实验室级别装置(技术成熟度TRL5～7)的技术特点、分离性能、运行能耗和成本,应用场合包括了燃烧后碳捕集、燃烧前碳捕集和直接空气碳捕集.对吸附法碳捕集技术作了评述,指出了其在未来发展中面临的机遇和挑战.