微通道内铜纳米线深度除湿实验研究
发布时间：2021-03-04 23:56
深度除湿或微量湿度调控在材料制备加工、化工及微电子等行业都有十分重要的技术需求。利用微通道快速扩散的特点,耦合铜纳米线对低湿空气进一步除湿。对铜纳米线深度除湿过程进行了红外光谱研究,证实了铜纳米线物理吸附深度除湿的微观机理,在此基础上考察了入口湿度、操作温度、流动雷诺数及停留时间对除湿效果的影响,结果表明操作温度及流动雷诺数的降低和停留时间的增加将显著提升铜纳米线的深度除湿能力。利用冷凝相变的方式初步降低气体湿度,构建了"冷凝相变-铜纳米线吸附"的深度除湿系统,通过工艺参数的控制,实现了将相对湿度降至0.1%以下的深度除湿。
【文章来源】：高校化学工程学报. 2020,34(01)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
通道参数及实物图Fig.3Parametersanddigitalpicturesofthemicrochannels140
第34卷第1期杨云峰等：微通道内铜纳米线深度除湿实验研究47将光滑铜表面冷凝相变除湿系统作为铜纳米线表面吸附除湿系统的前处理系统，二者相结合最终构成3.3节中的冷凝相变-铜纳米线吸附梯级除湿系统，全流程图如图4所示。2.3实验操作流程实验操作流程简述如下：实验开始前，先对除湿系统进行加热再生，向除湿系统中通入干燥氮气用于系统再生；利用露点检测系统测量出口气体露点，当露点测量值低于50℃时，认为系统已完全再生。实验开始时，通过温度控制系统对除湿系统进行降温，期间向除湿系统中通入干燥氮气保护，待温度降至所需操作温度时，湿空气发生系统开始向除湿系统中通入实验所需湿空气，利用露点检测系统检测除湿后气体露点，计算得到气体相对湿度。3实验结果与讨论3.1除湿过程机理研究实验利用冷凝相变-铜纳米线吸附的组合方式进行除湿；明确上述过程的微观机理，将能够对宏观的除湿过程提供指导。利用高速摄像对高湿空气流经光滑铜表面冷凝相变除湿单元及低湿空气流经铜纳米线表面吸附除湿单元的过程进行了可视化拍摄，观测到湿空气在光滑铜表面冷凝相变除湿单元入口处发图3通道参数及实物图Fig.3Parametersanddigitalpicturesofthemicrochannels3.5532140图4冷凝相变-铜纳米线吸附梯级除湿系统流程图Fig.4Schematicdiagramofcondensation-adsorptioncascadedehumidificationsystem1.glassrotameter2.valve3.lasersensor4.temperaturecontrollingmodule5.condensationdehumidificationunit6.adsorptiondehumidificationunit7.dewpointdetectionchamber8.cryogenicthe
疃瘸???讨校??肿颖煌?擅紫咚??剑?锌赡芊⑸??胶蟮拿?咐淠??上文所述的可视化研究中，并不能确定是否存在毛细冷凝现象；因此需要对铜纳米线深度除湿的微观机理进行研究，从而更好地将铜纳米线运用于低湿条件的深度除湿。水蒸汽的相变过程，需要经过团簇过渡态[13-14]，通过检测除湿过程团簇态，可以确定吸附过程中是否发生了毛细冷凝。BUCK等[15]在水分子团簇的研究中指出，随着团簇尺寸增大，(H2O)n的伸缩振动频率向低频演化，这同时也反映了团簇内部分子间相互作用和结构的变化。研究结果如图6所示：在距离过冷壁面600~800μm时，水分子发生冷凝聚集成水团簇，在3480cm1处出现了较为明显的红外振动峰，这是水分子团簇OH伸缩振动峰出现的标志；随着成核水分子数目由n=85增加到n=475，强度最大值的OH伸缩振动峰的波数位置由3400cm1红移到大约3270cm1，证明了水分子团簇的生长和演化。本研究利用衰减全反射傅里叶红外光谱法研究了低湿空气流经铜纳米线表面时，近壁面处红外吸收光谱的变化情况，结果如图7所示：对于相对湿度2%的低湿空气，当操作温度分别为20、0、10℃时，OH伸缩振动峰的位置波数分别为3259、3261、3267cm1，OH伸缩振动峰未发生红移而仅表现出峰高的增加，表明在实验过程中，近壁面处未形成团簇体，即铜纳米线的深度除湿过程，是单纯的物理吸附过程。3.2除湿性能影响因素研究在上节研究基础上，进一步研究宏观变量对除湿性能的影响，将能为实现气体的深度除湿提供指导。针对冷凝相变与吸附两种不同的除湿方式，首先构建了光滑铜表面冷凝相变除湿系统及铜纳米线表面吸附除湿系统，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-aggregation of vapor-liquid phase transition[J]. WANG Xiaodong, TIAN Yong and PENG Xiaofeng(Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China). Progress in Natural Science. 2003(06)
博士论文
[1]微通道中流体扩散和混合机理及其微混合器的研究[D]. 王瑞金.浙江大学 2005
本文编号：3064173
【文章来源】：高校化学工程学报. 2020,34(01)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
通道参数及实物图Fig.3Parametersanddigitalpicturesofthemicrochannels140
第34卷第1期杨云峰等：微通道内铜纳米线深度除湿实验研究47将光滑铜表面冷凝相变除湿系统作为铜纳米线表面吸附除湿系统的前处理系统，二者相结合最终构成3.3节中的冷凝相变-铜纳米线吸附梯级除湿系统，全流程图如图4所示。2.3实验操作流程实验操作流程简述如下：实验开始前，先对除湿系统进行加热再生，向除湿系统中通入干燥氮气用于系统再生；利用露点检测系统测量出口气体露点，当露点测量值低于50℃时，认为系统已完全再生。实验开始时，通过温度控制系统对除湿系统进行降温，期间向除湿系统中通入干燥氮气保护，待温度降至所需操作温度时，湿空气发生系统开始向除湿系统中通入实验所需湿空气，利用露点检测系统检测除湿后气体露点，计算得到气体相对湿度。3实验结果与讨论3.1除湿过程机理研究实验利用冷凝相变-铜纳米线吸附的组合方式进行除湿；明确上述过程的微观机理，将能够对宏观的除湿过程提供指导。利用高速摄像对高湿空气流经光滑铜表面冷凝相变除湿单元及低湿空气流经铜纳米线表面吸附除湿单元的过程进行了可视化拍摄，观测到湿空气在光滑铜表面冷凝相变除湿单元入口处发图3通道参数及实物图Fig.3Parametersanddigitalpicturesofthemicrochannels3.5532140图4冷凝相变-铜纳米线吸附梯级除湿系统流程图Fig.4Schematicdiagramofcondensation-adsorptioncascadedehumidificationsystem1.glassrotameter2.valve3.lasersensor4.temperaturecontrollingmodule5.condensationdehumidificationunit6.adsorptiondehumidificationunit7.dewpointdetectionchamber8.cryogenicthe
疃瘸???讨校??肿颖煌?擅紫咚??剑?锌赡芊⑸??胶蟮拿?咐淠??上文所述的可视化研究中，并不能确定是否存在毛细冷凝现象；因此需要对铜纳米线深度除湿的微观机理进行研究，从而更好地将铜纳米线运用于低湿条件的深度除湿。水蒸汽的相变过程，需要经过团簇过渡态[13-14]，通过检测除湿过程团簇态，可以确定吸附过程中是否发生了毛细冷凝。BUCK等[15]在水分子团簇的研究中指出，随着团簇尺寸增大，(H2O)n的伸缩振动频率向低频演化，这同时也反映了团簇内部分子间相互作用和结构的变化。研究结果如图6所示：在距离过冷壁面600~800μm时，水分子发生冷凝聚集成水团簇，在3480cm1处出现了较为明显的红外振动峰，这是水分子团簇OH伸缩振动峰出现的标志；随着成核水分子数目由n=85增加到n=475，强度最大值的OH伸缩振动峰的波数位置由3400cm1红移到大约3270cm1，证明了水分子团簇的生长和演化。本研究利用衰减全反射傅里叶红外光谱法研究了低湿空气流经铜纳米线表面时，近壁面处红外吸收光谱的变化情况，结果如图7所示：对于相对湿度2%的低湿空气，当操作温度分别为20、0、10℃时，OH伸缩振动峰的位置波数分别为3259、3261、3267cm1，OH伸缩振动峰未发生红移而仅表现出峰高的增加，表明在实验过程中，近壁面处未形成团簇体，即铜纳米线的深度除湿过程，是单纯的物理吸附过程。3.2除湿性能影响因素研究在上节研究基础上，进一步研究宏观变量对除湿性能的影响，将能为实现气体的深度除湿提供指导。针对冷凝相变与吸附两种不同的除湿方式，首先构建了光滑铜表面冷凝相变除湿系统及铜纳米线表面吸附除湿系统，?
【参考文献】：
期刊论文
[1]Self-aggregation of vapor-liquid phase transition[J]. WANG Xiaodong, TIAN Yong and PENG Xiaofeng(Department of Thermal Engineering, Tsinghua University, Beijing 100084, China). Progress in Natural Science. 2003(06)
博士论文
[1]微通道中流体扩散和混合机理及其微混合器的研究[D]. 王瑞金.浙江大学 2005
本文编号：3064173
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