笼形水合物生长期特性实验研究
发布时间：2020-07-30 11:09
【摘要】：随着能源问题的日益凸显,蓄冷技术的应用越来越受到重视。理想的蓄冷介质是帮助蓄冷技术快速推广的关键。笼形水合物作为蓄冷介质的优势在于相变温度在5~12℃之间,能很好地契合常规空调系统,而不需要双工况空调系统,不会因为蓄冷工况温度过低降低空调系统的能效比(COP)。同时,气体水合物单位体积蓄冷量接近或大于冰的单位体积蓄冷量,可以有效减少蓄冷容器体积。本文基于笼形水合物工程应用中的蓄冷效率和经济性,针对各种促进剂对HCFC-141b(一氟二氯乙烷)笼形水合物生长期内生长速率的影响进行了一系列实验研究,并对HCFC-141b水合物的热物性进行测量,为笼型水合物应用于实际工程提供实验依据。首先,文章通过对比添加0.1wt%的动力学促进剂——十二烷基硫酸钠(SDS)、十二烷基苯磺酸钠和全氟烷基醚醇铵盐型阴离子Intechem-01(FC-01)和热力学促进剂——四氢呋喃(THF)和四丁基溴化铵(TBAB)在3℃静态条件下,对HCFC-141b笼形水合物生长期内的促进作用,选出促进效果最佳的动力学促进剂,使用XRD对实验生成的固体成分进行分析确定,并通过粒径测试和表面张力测试进行进一步分析。然后,对不同浓度的FC-01对HCFC-141b水合物的生长期内生长速率的影响进行了研究,得出促进水合物生长的最佳浓度,并通过表面张力测试加以分析。接着,研究对比了不同质量配比的主、客体材料对HCFC-141b笼形水合物的生长速率的影响。最后,采用差示扫描量热法(DSC)和冷却法测量HCFC-141b水合物的相变潜热,自行搭建冷却装置并通过Hot Disk对HCFC-141b水合物的导热系数进行了测量分析。研究结果表明,3℃时,添加0.1wt%的FC-01在静态制备HCFC-141b水合物实验中表现出更好的生长促进效果,并通过XRD测试分析添加FC-01的样品内的固体,确定其为Ⅱ型的HCFC-141b水合物。通过粒径分析得出添加FC-01能让HCFC-141b/H_2O的混合体系具备更好的分散效果和稳定性,且其粒径能长时间稳定在350nm左右,能为水合反应提供更多反应场所,提高蓄冷效率。对比不同浓度FC-01对HCFC-141b水合物生长期内生长速率的影响,发现在3℃当FC-01浓度为0.06wt%时,HCFC-141b笼形水合物的生长速率最快。通过对0.1wt%的SDBS、SDS和FC-01水溶液的表面张力进行测试,发现FC-01对降低水的表面张力效果最佳,对不同质量浓度的FC-01水溶液进行测试,结果表明表面张力大小随着FC-01质量浓度的增加先是出现大幅下降,然后逐渐趋于平缓,表面张力大小基本稳定在21mN/cm左右,本实验最低至19.94mN/cm。HCFC-141b/H_2O质量配比实验中,当配比大于1:2.62即HCFC-141b过量时,笼形水合物具有相对更快的生长速率,且过量的HCFC-141b更容易分离,实际工程应用中可通过过量的客体材料来提升蓄冷速率。由于HCFC-141b水合物相变点在8.4℃且容易出现分相等因素,使用常温DSC无法准确测量HCFC-141b的相变潜热,采用自己搭建的实验装置通过冷却法测得其相变潜热为174.22J/g,更贴近于实际工程应用;采用自行设计的冷却装置通过Hot Disk测得HCFC-141b笼形水合物的导热系数为0.435 W?m~(-1)?K~(-1),为蓄冷工程中设备选型提供实验依据。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB64
【图文】：
水合物的生长是一个多相、多元相互作用的过程，并且严格意义来一个反应动力学过程，而是一个由流体相向固体相转变的过程，主要个时期。如果将客体分子与水生成水合物的过程看作是一个拟化学式子来表达：( ) ( )， ( )为气体分子数， 为水合数，即水合物结构中，主体分子与物的生长是一个结晶动力学过程，在水合物体系中，当溶液处于过冷态时就会形成超过临界尺寸的稳定水合物晶核出现，在这之后水合物 1-1 为水合物生长各阶段所消耗的客体摩尔数随时间的变化图。我们生长的诱导期是指水分子围绕溶解的客体分子形成的不稳定簇到亚核的过程，影响诱导期长短的因素主要有两个，一是所形成的水合物簇的丰度（Abundance of labile clusters）差异，丰度大小决定了诱导响因素是竞争结构（Competing structures），在水合物形成过程中，定簇总装在一起时，会形成其他的竞争结构延缓水合物的生长过程
图 2-1 可视化低温恒温槽 图 2-2 KH5200DE 型数控超声波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 实验材料实验试剂采用广州盛烯德化工产纯度≥99.5%的 HCFC-141b，去离子水，产自广学试剂厂纯度≥98%的十二烷基硫酸钠（SDS），纯度≥98%的十二烷基苯磺酸钠（SDB纯度≥99%的四丁基溴化铵（TBAB），纯度≥99.9%的四氢呋喃（THF）和上海修美产的纯度≥99.9%的全氟烷基醚醇铵盐型阴离子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化铵（TBAB），纯品为白色晶体，属于季铵盐类化合物，是一种具表性的阳离子表面活性剂，TBAB 水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。四氢呋喃（THF），无色易挥发液体，高度易燃，是一种杂环有机化合物。四喃水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。十二烷基硫酸钠（SDS），是一种白色或淡黄色粉末，溶于水，亲水亲油平衡值（H为 40，属于亲水基表面活性剂，298K 时十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度（CMC）为 0.008mol·dm-3。
图 2-1 可视化低温恒温槽 图 2-2 KH5200DE 型数控超声波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 实验材料实验试剂采用广州盛烯德化工产纯度≥99.5%的 HCFC-141b，去离子水，产自广学试剂厂纯度≥98%的十二烷基硫酸钠（SDS），纯度≥98%的十二烷基苯磺酸钠（SDB纯度≥99%的四丁基溴化铵（TBAB），纯度≥99.9%的四氢呋喃（THF）和上海修美产的纯度≥99.9%的全氟烷基醚醇铵盐型阴离子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化铵（TBAB），纯品为白色晶体，属于季铵盐类化合物，是一种具表性的阳离子表面活性剂，TBAB 水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。四氢呋喃（THF），无色易挥发液体，高度易燃，是一种杂环有机化合物。四喃水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。十二烷基硫酸钠（SDS），是一种白色或淡黄色粉末，溶于水，亲水亲油平衡值（H为 40，属于亲水基表面活性剂，298K 时十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度（CMC）为 0.008mol·dm-3。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB64
【图文】：
水合物的生长是一个多相、多元相互作用的过程，并且严格意义来一个反应动力学过程，而是一个由流体相向固体相转变的过程，主要个时期。如果将客体分子与水生成水合物的过程看作是一个拟化学式子来表达：( ) ( )， ( )为气体分子数， 为水合数，即水合物结构中，主体分子与物的生长是一个结晶动力学过程，在水合物体系中，当溶液处于过冷态时就会形成超过临界尺寸的稳定水合物晶核出现，在这之后水合物 1-1 为水合物生长各阶段所消耗的客体摩尔数随时间的变化图。我们生长的诱导期是指水分子围绕溶解的客体分子形成的不稳定簇到亚核的过程，影响诱导期长短的因素主要有两个，一是所形成的水合物簇的丰度（Abundance of labile clusters）差异，丰度大小决定了诱导响因素是竞争结构（Competing structures），在水合物形成过程中，定簇总装在一起时，会形成其他的竞争结构延缓水合物的生长过程
图 2-1 可视化低温恒温槽 图 2-2 KH5200DE 型数控超声波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 实验材料实验试剂采用广州盛烯德化工产纯度≥99.5%的 HCFC-141b，去离子水，产自广学试剂厂纯度≥98%的十二烷基硫酸钠（SDS），纯度≥98%的十二烷基苯磺酸钠（SDB纯度≥99%的四丁基溴化铵（TBAB），纯度≥99.9%的四氢呋喃（THF）和上海修美产的纯度≥99.9%的全氟烷基醚醇铵盐型阴离子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化铵（TBAB），纯品为白色晶体，属于季铵盐类化合物，是一种具表性的阳离子表面活性剂，TBAB 水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。四氢呋喃（THF），无色易挥发液体，高度易燃，是一种杂环有机化合物。四喃水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。十二烷基硫酸钠（SDS），是一种白色或淡黄色粉末，溶于水，亲水亲油平衡值（H为 40，属于亲水基表面活性剂，298K 时十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度（CMC）为 0.008mol·dm-3。
图 2-1 可视化低温恒温槽 图 2-2 KH5200DE 型数控超声波清洗Fig.2-1 Visualized cryogenic bath Fig.2-2 KH5200DE digital control ultrasonic c2.2.3 实验材料实验试剂采用广州盛烯德化工产纯度≥99.5%的 HCFC-141b，去离子水，产自广学试剂厂纯度≥98%的十二烷基硫酸钠（SDS），纯度≥98%的十二烷基苯磺酸钠（SDB纯度≥99%的四丁基溴化铵（TBAB），纯度≥99.9%的四氢呋喃（THF）和上海修美产的纯度≥99.9%的全氟烷基醚醇铵盐型阴离子 Intechem-01（FC-01）。四丁基溴化铵（TBAB），纯品为白色晶体，属于季铵盐类化合物，是一种具表性的阳离子表面活性剂，TBAB 水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。四氢呋喃（THF），无色易挥发液体，高度易燃，是一种杂环有机化合物。四喃水溶液在一定条件下可形成稳定的水合物。十二烷基硫酸钠（SDS），是一种白色或淡黄色粉末，溶于水，亲水亲油平衡值（H为 40，属于亲水基表面活性剂，298K 时十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度（CMC）为 0.008mol·dm-3。
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本文编号：2775457
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