电渗作用下固体吸湿剂内部水分迁移特性研究

利用电渗原理将固体吸湿剂从空气吸取的水分去除，为小型除湿、中小型热湿独立处理空调、空气制水、海水淡化等应用探索一种结构简单、节能环保的新方法。采用热脉冲微流量检测方法观测吸湿剂材料内部的水份迁移，吸湿材料内部添加颜色指示剂检测水分分布，实验研究不同材料含水率吸湿剂电渗除水性能和影响因素，得出提高固体吸湿剂电渗除水速率的方法和措施；根据电渗理论和热质传递理论基本方程，建立固体吸湿剂内部水分迁移数学模型，分析电渗作用下固体吸湿剂内部水分迁移机理和规律，丰富了多孔介质内部热质传递理论。在此基础上，通过固体吸湿/电渗除水耦合性能的实验研究和理论分析，建立固体吸湿/电渗除水耦合数学模型，研究固体吸湿和电渗除水相互影响、相互耦合和优化匹配关系，得出适用于不同温湿度范围内的固体吸湿/电渗除水耦合过程中水分迁移规律，发展一种新型的固体吸湿/电渗除水一体化技术。

固体吸湿剂在空气湿度控制领域应用广泛，在空气取水和海水淡化中亦有一定的应用前景，其吸湿特性及再生方式影响整个过程性能的优劣。目前多采用加热再生。加热方式因能耗较高、结构复杂，需要进一步的优化和改进。电渗再生利用可水分以液态形式直接从固体吸湿剂中分离，因其结构简单、能耗低，在固体除湿剂再生领域具有潜在的应用前景。.本课题首先从实验和理论系统地研究了电渗多孔介质除水特性、影响因素和提升措施。采用离散格子波尔兹曼方法计算了电渗除水过程中不同因素的影响。影响因素主要有三个：多孔介质材料温度、电极材料和外加电压。提升措施同样主要有三个：防腐电极、间断电源及负极处布置含水层。并将该效应创新地应用到固体除湿剂再生上。结合固体除湿剂吸湿、电渗效应机理及多孔介质内水分存在形式和除去方法，分析固体除湿剂电渗再生理论可行性。沸石、微孔硅胶孔径小于2nm，水分子以结合水、表面水存在，与固体分子作用力较大，无法通过电渗除去；孔径大于5nm的硅胶，水分以结合水、表面水、间隙水存在。其中间隙水可通过电渗效应除去，实现一定程度的再生，且处理的空气湿度越高，再生程度越大。.选择平均孔径为17.6nm的大孔硅胶，进行不同含水率不同电压时的电渗效应实验。结果显示：大孔硅胶在105%、110%含水率，电压为40-60V时均存在电渗效应，低于其最高含水率114.2%。同时进行27℃，95%相对湿度下吸湿电渗再生耦合性能测试。通过实验测试了耦合过程中水分在大孔硅胶内部的迁移特性及电渗效应对大孔硅胶吸湿性能的影响。电渗效应可以加快水分从处理空气经过大孔硅胶到再生空气侧的传质速率，但是对正极侧大孔硅胶的吸湿性能造成一定程度的破坏，经过两次耦合后，该处的吸湿性能分别降低1.71%和2.76%，该现象可以通过采用间歇电源和转换正负极来避免。同时水分迁移量与输运电荷量成线性关系，系数为0.0536g/C。且发生水分迁移存在最低电荷输运量，该最小值与固体除湿剂厚度、外加电压大小、正负极两侧空气相对湿度有关。