纳米流体的制备及其对CO2的吸收强化

• 作 者: 田一哲
• 出 处: 天津工业大学
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 纳米流体 分散稳定 气液传质 增强因子 TiO2 ATO

纳米流体指的是将纳米级别颗粒添加到液相中形成的固液稳定体系,Choi等人在1995年提出纳米流体概念,打开了纳米流体相关研究的大门。根据研究发现,纳米流体在导热方面展现出了良好的强化性能,由于气液两相间传热与传质的相似性,纳米流体强化气液传质成为可能。加速气液传质,可以在原有的传质设备基础上减小设备尺寸与能耗;纳米流体加速对CO₂的吸收,为缓解全球气候变暖提供新思路与方法,故具有极大的研究价值。本文选用TiO₂纳米颗粒和新型功能材料ATO（氧化锡锑）纳米颗粒制备纳米流体,首先探讨了颗粒粒径及浓度、超声时间、分散剂种类及添加量等因素对纳米流体稳定性的影响。根据实验结果,5 nm的TiO₂-H₂O纳米流体在不添加分散剂的情况下就很稳定,最佳超声时间为0.5 h;10 nm和20 nm的TiO₂-H₂O纳米流体颗粒浓度越大稳定性越差,对于10 nm的TiO₂纳米流体,最佳的分散剂添加量为0.05%,超声震动2 h可达到稳定悬浮效果;对于20 nm的TiO₂-H₂O纳米流体,最佳分散剂添加量为0.1%,最佳超声时间为2。三种粒径的ATO-H₂O纳米流体都随颗粒浓度增大稳定性会变差,分散剂CTMAB添加量为0.05%,超声2 h达稳定状态。以纳米流体进行气液传质,吸收CO₂气体,并与蒸馏水吸收CO₂的效率进行对比,计算纳米流体吸收强化因子E。改变颗粒添加量、分散剂种类及浓度、超声时间、搅拌速度等因素,探究其对吸收强化因子E的影响。发现5 nm的TiO₂-H₂O纳米流体颗粒质量分数为0.2%,超声0.5 h,其吸收增强因子E达到最高为1.457;10 nm的TiO₂-H₂O纳米流体在颗粒质量分数为0.2%,分散剂CTMAB添加0.05%,超声2 h时,其吸收增强因子E最高为1.426;20 nm的TiO₂-H₂O纳米流体颗粒质量分数为0.1%,分散剂CTMAB添加0.05%,超声2 h,转速为200 r/min的状态下其吸收增强因子E最高为1.37。对于ATO-H₂O纳米流体来说分散剂CTMAB浓度为0.05%、超声2 h,转速为200 r/min时,10 nm的ATO颗粒添加量为0.15%,吸收增强因子最高为1.3;30 nm的ATO颗粒添加量为0.15%时,吸收增强因子最高为1.27;50 nm的ATO颗粒添加量为0.1%时,吸收增强因子最高为1.23。