固态胺内嵌通孔泡沫铝结构内二氧化碳可再生净化传热传质耦合机理研究

密闭空间二氧化碳净化对载人航天座舱、潜艇舱中人员生命保障以及地铁等地下建筑公共安全具有重要意义。本项目突破传统的固态胺吸附二氧化碳、水蒸气解吸再生的方法，提出了带有微孔的固体胺颗粒封装在通孔泡沫铝中的自适应吸附和解吸的一体化二氧化碳可再生净化结构，利用通孔泡沫铝骨架将气体显热和吸附层化学吸附反应热传递给解吸层以提供热真空解吸所需要的热量。本项目拟揭示固态胺内化学吸附传质与其表面对流共同作用下的内部导热和内热源产生机制，固态胺颗粒内嵌在通孔泡沫铝连续骨架中不同孔隙形貌复合多孔介质内的传热机理以及吸附和解吸动态耦合约束过程中结构和运行参数对系统吸附/解吸性能、能量分配、吸附/解吸周期的影响规律，并发展适用此类带有非稳态移动内热源、以及被固体间壁隔开的吸附/解吸层多孔结构内传热传质问题的数值模拟方法。研究内容体现传热传质、热化学和材料的交叉，研究成果有望为密闭舱体新型空气净化装置提供设计指导。

本项目通过对二氧化碳吸附微观机理、对流传质耦合模型、吸附与解吸的动态平衡、吸附床层特性数值模拟的研究，在吸附过程宏观性能表征及其微观机制的联系以及 吸附数值模拟模型和方法取得了若干进展。主要成果体现如下:（1）在微观吸附机理方面，实现了多种吸附质材料（固态胺、MOFs类金属骨架有机材料）吸附热和吸附量的同步测量，提出了遗传算法和人工神经网络相结合的吸附量和吸附热的预测方法，解决传统的吸附模型在低压下预测精度低的问题。（2）开发了预测吸附量和吸附热的微观巨正则-蒙特卡洛方法（GCMC），获得了吸附位的分布，并从微观机制解释了静电力和势能力对应发生在吸附剂分子的位置及对吸附量主导性的贡献。（3）建立了对流传质和气体吸附过程并存的格子玻尔兹曼方法预测模型，实现了吸附质在体相浓度分布和吸附质颗粒内的吸附量分布的预测。（4）建立了内嵌吸附剂多孔介质有效导热系数预测模型，基于此模型，提出了吸附床层工作过程中宏观和介观方法相结合的对流传质动态模型，为吸附床层的设计提供指导。. 项目共发表学术论文35篇，其中国际期刊论文27篇（SCI已检索25篇），国内核心期刊4篇（EI检索4篇），国际会议论文7篇，授权发明专利6项。.