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发布时间:2020-02-22 00:22:02

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2015-6-20

很多事都是妙笔生花一瞬间就有灵感的,接下来我要谈的除湿机纯水收集。我喜欢思考问题,更喜欢透过与对方讨论找出解决之道,问题解决的方法可能有上百种,但我希望能从源头去解决,而不是端末处理。这个项目其实也是无心插柳来的,本来是希望利用先前提过的滤膜体系来解决,但随着找的数据越多,思绪越来越清楚,反而看得更明白。

这篇谈到吸附类应用技术的活性碳纖維複材。氯化锂是白色的晶体,易溶于水,标准状况下溶解度 67 g/100ml水。无水氯化锂吸湿后成为氯化锂水溶液呈碱性水中含锂离子对人体有害。我们找到液体吸收式除湿法的除湿机,其原理使湿气体和吸湿性之液体 (如氯化锂水溶液接触) 藉化学方法将水蒸汽吸收排除之方式。进入除湿容器的湿空气在气液接触器中与除湿液接触,然后由吸湿性液体将湿空气中水份吸收,所释放之吸收热则由冷却水带走,已除湿的空气在气液分离器中经挡板除去吸湿液滴后,方可排出。若除湿操作持续下去,则除湿液的浓度渐渐变稀,最后会失去除湿的能力,因此一般均置有再生器,除湿器中的一部份液体送往再生室,经浓缩后流回除湿室,使其浓度可经常保持一定。这些复合吸湿剂的吸湿量一般在 60-80%,不超过 100%。

原先提出这个构想的是逢甲大学的康老师考虑取得水资源缺乏的地方内陆地区,希望能回收除湿机的水变为可喝的纯水。他先以活性碳与氯化锂合成为纤维复材,希望通过直流电来吸附锂离子。当然,吸湿速度最快的是氯化锂、氯化钙等金属盐类,但却存在腐蚀性高、易潮解的问题。通常在吸收自重 90 % 左右的水气后即溶解为液态的浓溶液。虽然此浓溶液还有吸水能力,但已不方便使用和再生。活性碳虽然具有很多的比表面积和孔隙率,但他对气态水的吸附等温线是 S 型的,在低水气分压下吸附量很小,吸附速率也比较低。

这里我们出现两种选择,一是把液体吸收式除湿法的除湿机所产生的水再过滤成纯水,第二种就是提高氯化锂/活性碳纤维的高效吸湿能力,减少氯化锂的降解。过去曾有篇专利提到将活性碳纤维烘干温度 120-150 ℃,烘干时间 1-3小时﹔接着我们将金属盐吸湿剂及分散剂依质量百分比制成水溶液待用﹔取 1份烘干的活性碳纤维制品浸渍 10 份配合的吸湿剂溶液中,放置 2-12 小时取出压干剩余的溶液,再经 120-150 ℃,烘干时间 2-4 小时,得到的高效吸湿活性碳纤维复材可吸附本身重量的 500 %。而此复材吸湿饱和后通过烘干可去除所吸收的水分。据悉氯化锂重量损失率在 0.0003 %,这种从源头解决「降解」的问题,可能比我们加上滤膜系统更有效率。

该活性碳纤维具有很高的比表面积和发达的空隙结构,在潮湿的空气中可以吸收自重 50% 左右的水气,对液态的水可以吸收自重的 500% 而不会有液体流出。将金属盐吸湿剂通过浸渍法负载到活性碳纤维上,既可发挥各自的优势,金属盐吸湿剂的存在可大大提高吸湿效率和饱和吸湿量。剩下的只是把石墨烯加入活性碳纤维如何在提升吸附性的技术问题而已,基本上,活性碳与石墨烯都是碳材没有兼容问题。另外,如果只浸渍金属盐在活性碳纤维上,当吸附一定的水气后,溶解液化的金属盐浓溶液由于化学势很高,表面张力非常大,会在活性碳纤维表面形成小液滴。为解决这个问题,我们建议在金属盐浸渍液里添加少量表面活性剂作分散剂,可降低浓溶液的表面张力,使活性碳纤维复合吸湿剂在吸湿过程中不再有小液滴析出,相信这也是康老师当初可能没有注意到的一点。

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