海泡石基吸附剂作为湿度控制器外文翻译资料

 2022-08-30 14:46:09

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海泡石基吸附剂作为湿度控制器

摘要：为了提高海泡石作为湿度控制器在相对湿度中的应用范围，一系列的海泡石活性碳靶已经产生了。在高的相对湿度环境下，对于变化的相对湿度环境，海泡石在吸水率方面显示出了很大的变化，而对于活性炭这种变化发生在中等相对湿度。当海泡石与活性炭混合在一起，就能得到一种有更好控制能力的材料，即使相对湿度的变化范围很大（例如，89-39%）。这种行为是海泡石的亲水和纤维性质与活性炭的疏水性和多孔结构混合的结果。

当海泡石浸渍在含有大量水分的氯化钙中时，氯化钙吧它的吸收能力传递给海泡石，使海泡石的吸湿率能够得到充分的提高。同时也提高了海泡石控制湿度的能力。

关键字：海泡石；水吸附；活性炭；湿度控制

1.前言

海泡石是纤维状形态的硅酸镁，有平行于纤维的长度延伸方向的尺寸为0.37times;1.06纳米的细微孔通道（Jones and Galan, 1988）。纤维的尺寸范围很大，但是大多数情况下为：长度在10-5000纳米，宽度在10-30纳米，厚度在5-10纳米。海泡石的结构特点，它的纤维结构和小渠道负责其吸收和吸附性能并得到应用（Galan, 1996; Mur-ray, 1999）。

海泡石的水吸附等温线（Grillet et al., 1988; Caturla et al., 1999）显示：在高的相对湿度情况下，海泡石的摄取水分能力有一个很大的提升。因此，在一些相对湿度要求较高的环境，例如要求在95%，但是通常会降到65%，在这种情况下，这种材料作为环境湿度控制器将会非常有用，像以前显示的那样（Caturla et al., 1999）。

在相对湿度为100%的情况下，海泡石保存的水蒸气量在0.3-0.5立方厘米/克。如果液态水添加到海泡石中，就会存在通过毛细管的吸水；结块针状结构构成海泡石颗粒束，分散在水中，形成纤维的随机结合吸水网络（Alvarez, 1984）。如果继续加入水，海泡石的悬浮液形成，具有充当其它材料粘合剂的性能。

本文的目的是寻找方法加强海泡石作为湿度控制器的性能。在第一种方法中，海泡石与活性炭混合来拓宽海泡石的相对湿度应用范围。在第二种方法中，海泡石与一种潮解干燥器（氯化钙）混合来提高它的湿度吸附能力。

活性炭表现出V型的水吸附等温线活性炭表现出V型的水吸附等温线窗体底端

活性炭表现出V型的水吸附等温线，在相对湿度为40-90%范围内都含有大量的水。这个范围比上面提到的海泡石（65-95%）低，因此这两种材料的混合物将拓宽海泡石作为湿度控制器的相对湿度范围。然而，这里不是这两种材料的物理混合，而是海泡石作为粘合剂制备海泡石活性炭颗粒的方法。

在工业中，氯化钙作为一种干燥剂已被广泛应用（Ausikaitis, 1979），但是因为它容易转变成液相，所以很少作为湿度控制器。如果溶液与多孔材料混合，例如海泡石，这种不方便的地方就能避免。以这种方式，通过氯化钙保持的湿度可以被转移到海泡石中，其随后能够通过吸附或者吸收保留了大量的水。由两种材料的混合物中保留的水是附加的，从而增加海泡石充当湿度控制器的能力。

  1. 试验

2.1.吸附剂

在这项工作中所用的吸附剂在表1中列出。S是从伊温克利略斯（西班牙）产的海泡石，破碎和过筛得到1毫米的粒度。TOLSA公司使用海泡石来以生产Pangel，其由海泡石的湿法微粒化得到。Pangel已混有水的最小量，以产生可挤出物质。挤压材料在1108C的烘箱中干燥一夜。所得材料为SP。

两个活性炭已被使用，从橄榄石中得到（粒度，2.8-3.5mm)：通过与蒸汽物理活化得到碳C，和通过用KOH化学活化得到碳P。

表一

吸附剂命名

吸附剂 命名

粒状海泡石 S

pangel海泡石颗粒 Sp

物理活性炭 P

化学活性炭 C

颗粒pangel /碳磷 Sp/P

颗粒pangel /碳颗粒 Sp/C

海泡石浸入氯化钙 （80:20） SCa 80:20

海泡石浸入氯化钙 （70:30） SCa 70:30

粒料SP / P和SP / C组与两个活性炭制备，预先压碎并筛分至100微米粒度。Pangel在这两种情况下作为海泡石使用，以海泡石/碳30:70的比例下与活性炭混合，并且加入水的最小量，以形成可挤出物质。该粒料在110℃干燥一夜。

粒状海泡石S用氯化钙浸渍如下：6立方公分的溶液，含有2或3克无水氯化钙，混合物在不断搅拌下滴加到8或7克海泡石得到均匀的浸渍物。在浸渍海泡石的端部具有一个干的外观。该材料在110℃干燥一夜。得到的样品分别被设计SCa80:20和SCa70:30。

2.2吸附性能

所有的吸附剂的孔隙率由N2在77K时的吸附等温线推导出。样品先前在110℃和残余10^-3 Pa的压力下脱气4 h.

用3L的干燥器装已经在110℃下干燥24h的2g样品得到水蒸气在23℃时的吸附/解吸等温线。相对湿度是由硫酸与水的混合控制的，吸附/脱附的量是由重量决定。相同的系统被用来确定水蒸汽的吸附动力学。

为了研究湿度控制器的特性，监测样品的重量变化约为2克。吸附剂置于一个以530ml/min的流量不断通入湿空气的32L透明箱。该箱具有温度和湿度控制器。在为了模拟材料作为湿度控制器的实际应用，工作周期为24小时，保持恒定的绝对湿度，并根据下面的方案改变温度：白天温度为34℃保持10小时，并在夜间温度为23℃保持14小时。这个循环重复多次。由于相对湿度和温度的相互依存的，吸附发生在23℃的14小时内，而解吸过程在34℃的10小时期间发生。

进行两种类型的实验来评价材料控制湿度的能力。第一个用样本SP，P，C，SP / P和SP /C进行。吸附剂被预润湿（100％RH下19天），然后进行4次吸附/解吸循环，相对湿度从93％至52％变化。在此之后，进行三次吸附/解吸循环，相对湿度在89％〜39％变化中进行。在第二种类型的实验，将样品S和SCa 80:20预润湿（80％RH）几天;之后，进行五次吸附/解吸循环，相对湿度在80％和60％之间变化。循环结束后，启动一个新的系列周期之前，将样品再次放入80％的相对湿度环境中几天。这个完整的操作重复四次。

3.结果和讨论

3.1.海泡石和活性炭

图。1包括颗粒状海泡石（S），造粒海泡石（SP）和活性炭P和C在77 K时对氮气的吸附等温线.海泡石的等温线的形状表明可观的微孔（但不是非常高）和相对高的非微孔是由于小尺寸的纤维而存在的（Inagaki等人，1990）。海泡石S在所有范围的相对湿度下表现出比SP更大的吸水性能，除了接近饱和。这意味着，海泡石纤维的位置和大小，在湿微粉化过程，以产生Pangel和随后的造粒已经改变。

图一.海泡石和活性炭在77K时对氮气的吸附等温线

对于两个活性炭的氮吸附等温线是I型，微孔的吸附剂的特性（Rouquerol等人，1999年）。通过化学活化制备的碳C的等温线，相对于通过物理活化制备的碳P的等温线，显示：（i）在由于微孔的较大的发展在相对较低的压力下有较大的吸收;（ⅱ）在低的相对压力，有一个更开放的弯曲，这表明更广泛和更均相微孔;和（iii）孔隙贡献更小，因为它显示出在较高的相对压力几乎平坦直线部分。

在23℃时空气中的水蒸汽的吸附 - 解吸等温线显示于图2中的a和b。海泡石的化学性质和活性炭是非常不一样。由图2a所示，粒状海泡石S表现出亲水性的行为，与大量的吸附水活性中心（Grillet et al., 1992; Molina-Sabio et al., 2001）,而对于活性炭的吸附型为V，（Rodracute;ıguez-Reinoso et al., 1992; Rouquerol et al., 1999）典型在低相对湿度下碳表面与水分子之间的弱相互作用的。等温线的吸附分支是典型海泡石和活性炭。

图二. a.海泡石和活性炭在77K是对水蒸气的等温吸附线

b.颗粒Sp/P和Sp/C在77K是对水蒸气的等温吸附线

在中等RH下，RH的增加不会导致海泡石吸附量的大幅增加，因为水已填满微孔通道和覆盖所述外表面的相对大的比例。在高RHS时，毛细管冷凝发生在纤维的内部空间（Caturla et al., 1999），从而增加了水的吸附量。对于活性炭，吸收中增幅最大发生在中RHS的范围内，微孔开始的填充，然后在更高RHS时由毛细管冷凝。因此，两个活性炭的等温线的形状可以在上述孔隙率的差异来解释。因此，碳原子C的吸水量比碳P大，因为它具有更大的孔隙体积，且在RHgt;80％没有进一步的水吸附，因为孔隙几乎为零。碳上P上的吸附持续到非常高的相对湿度，这是由于孔在该碳中的重要比例的存在。

3.2 海泡石活性炭粒料

海泡石和活性炭在中 - 高湿度的水吸附等温线的不同形状，表明这两种材料的混合物，将扩大海泡石作为湿度调节装置的应用范围。为了保证在该混合物的粒径的均匀性，海泡石活性炭粒料已经制备，其中海泡石将作为粘合剂。

关于粒料Sp/P和Sp / C中的水吸附等温线被包括在图2b中，它们的形状在SP和P或C的之间的中间。此外，可以看出，在每一种相对湿度下，水的摄取是两种组分湿度吸附的累积的结果（图。2a），与每一个在混合物中的比例有关。

为了评估海泡石活性炭粒料作为湿度控制器的性能，进行如下实验设计：将样品在100％RH下的空气中加湿，然后进行4个24小时的工作循环，其中相对湿度保持恒定93％时14小时（吸附工序），并在52％时10小时（解吸工序）;这些周期后，进行三个附加的吸附/解吸循环，其中相对湿度从89％变到39％。 图3示出的为不同的吸附剂水含量的变化。

第一个周期（93-52％RH）中保留的水的量降低，因为它们是在100％RH下加湿器中预处理过。这个初始减少是为粒料（SP，SP / C和SP / P）的比对活性炭更大，因为可以从水吸附等温线中的高相对湿度（图2）的形状来预期。在一个周期中水的释放量与第二周期一样。第四个周期后，相对湿度的范围内进行了修改（从89％至39％），并存在所有的吸附剂在循环过程中水的释放量的增加，特别是对样品C和SP /C。

图三.在若干吸附/解吸循环保留水量的变化

表2包括循环过程中释放的量。当相对湿度从93％变为52％，在颗粒中的海泡石（SP）是更有效的吸附剂，即使它显示出比碳较低的水吸收量（图2）。然而，对于周期从89％至39％RH时，碳℃和颗粒SP / C出现更显著改善，与水等温线的形状相符（图 2）。

在同一个相对湿度下，由周期推导出的水的释放量比从等温吸附曲线分支中计算出来的要低（表2中列等温线）。这是由于相对湿度保持在周期为一个周期的10或14小时，较对于吸附平衡需要更短的时间达到，约100小时，如示于图4。然而，在释放的量，从第二循环中登记，表明有一个释放量值的吸附 - 解吸伪平衡，从逻辑上讲，比达到均衡（等温线）低。所有的吸附剂，表2中,对应于碳C和混合物Sp / C,“等温线”的值和“循环”列之间的较大的不同，两种吸附剂具有较慢吸附率（解吸的行为是类似）。

表二

在RH变化时水的释放量（g / g）

吸附剂 RH=93→52% RH=89→39%

等温线 周期 等温线 周期

Sp 0.30 0.08 0.19 0.10

P 0.20 0.03 0.26 0.08

C 0.68 0.04 0.75 0.21

Sp/P 0.27 0.05 0.24 0.08

Sp/C 0.53 0.07 0.55 0.26

图四.在23℃和60％RH空气中的水蒸气吸附动力学。

3.3. 海泡石浸渍氯化钙

为了提高吸附潜力和作为湿度控制器的能力，海泡石浸渍入氯化钙（SCa80:20）中。图5示出了样品S和SCa 80:20在23℃对空气中的水蒸气吸附（60％和80％RH）-脱附（从80％至60％RH动力学）。如该图所示，氯化钙浸渍增大了海泡石的保湿能力，达到平衡的时间也增加了。一旦在80％RH下达到平衡，将相对湿度降低至60％和解吸分支监测（图5），并发现SCa 80:20比试样S吸收更多的水。另一方面，解吸的动力学比吸附的更快。因此，对于很短的时间，即50小时，水的解吸后保留的量（80％至60％RH）接近处于60％RH平衡时的量，

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