陳康，朱燕，鄭旭

（浙江理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江杭州310018）

濕度作為空氣調(diào)節(jié)的“五度”之一，是營造室內(nèi)空氣環(huán)境的一個重要指標(biāo)。為滿足人體的舒適性和工業(yè)生產(chǎn)中的工藝性要求，需要通過除濕和加濕手段對空氣中的濕度進(jìn)行控制。相對于較容易實現(xiàn)的加濕而言，除濕要困難得多，目前普遍采用的除濕方式有冷卻除濕、溶液除濕、轉(zhuǎn)輪除濕等[1]。冷卻除濕雖然設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是空氣經(jīng)冷卻除濕之后通常需要再熱才能滿足送風(fēng)要求，這種先冷卻再加熱的過程大大增大了設(shè)備的能耗。此外，這類除濕器在低溫下運(yùn)行時需要考慮除霜問題，而且由于換熱器盤管長期處于濕工況下，其表面容易滋生病菌，進(jìn)而污染空氣[2]。溶液除濕可采用低品位熱能再生使其具有良好的節(jié)能性，而且吸濕性溶液具有殺菌和除雜等功能。雖然溶液除濕機(jī)在較低溫度下運(yùn)行仍能保持一定的除濕能力，但是設(shè)備龐大，并且當(dāng)氣流量較大時，除濕機(jī)中容易產(chǎn)生液體飛沫，腐蝕設(shè)備[3]。轉(zhuǎn)輪除濕具有設(shè)備構(gòu)造簡單，除濕可調(diào)節(jié)范圍大，能連續(xù)提供低露點、低溫度的干燥空氣等優(yōu)點，但存在設(shè)備熱質(zhì)傳遞系數(shù)小、能源利用效率低等缺點[4]。

近些年來，一種基于新型除濕部件——干燥劑換熱器的固體除濕空調(diào)系統(tǒng)頗受國內(nèi)外學(xué)者的青睞[5-7]，圖1展示了干燥劑換熱器的實物圖和基于干燥劑換熱器系統(tǒng)的原理圖。干燥劑換熱器通過在換熱器翅片表面涂覆具有吸濕性的固體除濕材料制得，在處理空氣流經(jīng)換熱器表面進(jìn)行除濕的過程中，換熱器管內(nèi)通入低溫冷卻水、冷卻干燥劑和處理空氣，實現(xiàn)非升溫除濕過程；再生過程通過管內(nèi)流動的熱水提供附著在換熱器金屬基表面干燥劑所需的解吸熱，實現(xiàn)再生。通過水閥和風(fēng)閥的切換，可以實現(xiàn)連續(xù)的除濕和降溫。低溫冷卻水可以由冷卻塔設(shè)備提供，再生熱水可以利用太陽能或工業(yè)廢熱得到。干燥劑換熱器除濕設(shè)備不僅克服了干燥劑吸水升溫導(dǎo)致吸濕能力下降的不足，還能實現(xiàn)太陽能、工業(yè)廢熱等低品位熱能的利用，是一種高效、節(jié)能、緊湊的除濕設(shè)備。

干燥劑的特性對干燥劑換熱器的除濕性能起著關(guān)鍵作用。固體干燥劑是指能從空氣中吸附水蒸氣，還能在較高溫度下再生的材料[8]，主要分為兩類: ①物理干燥劑，如活性氧化鋁、硅膠和沸石等，通過干燥劑材料內(nèi)部孔隙與周圍空氣之間的水蒸氣壓差來實現(xiàn)吸附；②化學(xué)干燥劑，如氯化鋰、氯化鈣和硫酸鎂等，通過與水結(jié)合生成水合物實現(xiàn)干燥。硅膠、磷鋁酸鹽分子篩等多孔物理干燥劑[9-10]常被用于干燥劑換熱器系統(tǒng)中，但存在吸濕量低或再生溫度高等不足。向硅膠、多孔巖石等多孔干燥劑中添加吸濕性無機(jī)鹽制得的復(fù)合干燥劑具有高吸濕性能，被廣泛應(yīng)用于干燥劑換熱器系統(tǒng)中[11]。

隨著材料科學(xué)的快速發(fā)展，具有吸水量大、吸附速率快和再生溫度低等優(yōu)勢的吸濕性聚合物受到了持續(xù)關(guān)注，且在干燥劑換熱器系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越多。本文詳細(xì)介紹了近年來吸濕性聚合物在干燥劑換熱器系統(tǒng)中的研究進(jìn)展，包括天然聚合物干燥劑、合成聚合物以及聚合物基復(fù)合干燥劑。此外，還對干燥劑換熱器中的黏結(jié)劑進(jìn)行分析和總結(jié)。最后，對聚合物干燥劑和黏結(jié)劑的未來研究發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

1 理想干燥劑特性

圖1 干燥劑換熱器

干燥劑換熱器是通過表面涂覆的干燥劑實現(xiàn)濕度處理，因而干燥劑吸附和再生性能的好壞是干燥劑換熱器能否有效除濕的關(guān)鍵。吸附等溫線可用于評估干燥劑的除濕和再生能力。它表征了干燥劑在不同溫度和水蒸氣分壓力下對水蒸氣的親合性。干燥劑的水蒸氣吸附等溫線表征了其在不同相對壓力（干燥劑工作壓力與標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的比值，又可表示為P/P0）下對水蒸氣的親和度，可用來評價干燥劑的吸附和脫附性能。

國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會將吸附等溫線分成六大類[12]，如圖2所示。其中，Ⅰ型代表超親水材料，這類材料即使在極低相對壓力下仍有著很大的吸水量。具有Ⅱ型、Ⅳ型和不常見的Ⅵ型吸附等溫線的干燥劑在低、中段相對壓力區(qū)間也擁有較大的吸濕量，同樣可視為親水材料。Ⅲ型通常被認(rèn)為是疏水的或低親水材料的代表，這類材料在相對壓力接近1時吸水量才突增。和Ⅲ型類似，Ⅴ型等溫線對應(yīng)的材料在低相對壓力區(qū)間吸水量也很低，不同的是，Ⅴ型在中段相對壓力區(qū)間有著明顯的S形曲線，表明該類材料的吸水量能在較窄相對壓力區(qū)間內(nèi)突增。

圖2 國際理論與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會歸納的六種吸附等溫線類型

可以發(fā)現(xiàn)，Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ或Ⅵ型等溫線對應(yīng)的干燥劑在較低的相對壓力下也具有較大的吸濕量，因而較難再生。而具有Ⅲ型吸附等溫線的干燥劑通常在相對壓力接近1時，吸濕量才會有較顯著的提升。綜合吸附和再生性能，應(yīng)選擇具有Ⅴ型吸附等溫線的干燥劑應(yīng)用于干燥劑換熱器中。此外，理想干燥劑還應(yīng)具備較好的吸附動力學(xué)特性，較小的吸附熱，吸附穩(wěn)定性，無毒性，合適的價格等其他性能。

2 吸濕性聚合物干燥劑

吸濕性聚合物干燥劑是一類含有親水基團(tuán)和三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子，具有吸濕量大、吸濕速率快等優(yōu)點。之所以擁有這些優(yōu)點，主要有以下3點原因[13]。①其內(nèi)部具有豐富的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)在與水接觸時發(fā)生的毛細(xì)現(xiàn)象促使水分快速擴(kuò)散；②其主鏈或接枝側(cè)鏈上含有的羥基、羧基、酰銨基等親水性基團(tuán)與極性水分子之間能夠形成氫鍵，使得水分子不斷地滲入到聚合物的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之中；③聚合物吸水電離產(chǎn)生大量離子，使得聚合物內(nèi)外形成一定的離子濃度差，進(jìn)而在其內(nèi)外溶液中形成電勢差，進(jìn)一步促使水從外部向聚合物內(nèi)聚集。

吸濕性聚合物干燥劑的吸濕量是硅膠、沸石等常規(guī)干燥劑的2～6倍，因而受到了眾多研究者[14-15]的關(guān)注，并逐漸在除濕、空氣取水、空調(diào)等領(lǐng)域得到應(yīng)用研究。根據(jù)原材料來源的不同，可以分為天然和合成兩大類。下文將對近年來報道的各類聚合物干燥劑進(jìn)行歸納和總結(jié)。

2.1 天然聚合物干燥劑

天然聚合物干燥劑是以淀粉、纖維素等天然有機(jī)物為主要原料，通過共聚、接枝、交聯(lián)或共混等手段對其進(jìn)行改性而得到的一類高分子聚合物[13]。其原材料取自天然，節(jié)能環(huán)保，價格實惠，但自身的吸附性能稍有不足。如玉米淀粉作吸附劑時吸附能力有限，纖維素在吸水速率、耐熱性和再生性等方面的表現(xiàn)也差強(qiáng)人意。因此，國內(nèi)外學(xué)者對天然聚合物干燥劑的研究主要集中于通過添加硅膠、丙烯酸、無機(jī)礦物、氯化鋰等各類改性材料來提升天然有機(jī)物原料的吸附性能。

韓月云等[16]以玉米淀粉、羧甲基淀粉鈉、丙烯酸和活性高嶺土為原料，采用水溶液共聚法制備出復(fù)合高吸水聚合物干燥劑，1g 該干燥劑能吸收高達(dá)1195.4g 的去離子水，表現(xiàn)出極高的吸水性能。Kazeminejadfard 等[17]以木薯淀粉為原料，丙烯酸為載體，用斜發(fā)沸石分子篩負(fù)載羥丙基二淀粉磷酸酯進(jìn)行接枝共聚得到聚合物干燥劑，其中，加入的斜發(fā)沸石分子篩能讓聚合物干燥劑的表面形貌得到改善，從而使干燥劑的吸水性能得以提升。馮曉琦等[18]以羧甲基纖維素、丙烯酸、2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸為原料，制備出聚合物干燥劑后，再向其中混入分子篩，使聚合物干燥劑的吸水速率、再生性和耐熱性均有顯著提高。

Entezari 等[19]經(jīng)氯化鋰和氯化鈣改性海藻酸鈉得到二元聚合物鹽（Bina），并將之與碳納米管（FCNTs）復(fù)合制得Bina/FCNTs 復(fù)合干燥劑。在70%RH 條件下， Bina/FCNTs 的吸濕量可達(dá)5.6gH2O/gAds（gH2O/gAds 指單位質(zhì)量干燥劑吸附的水蒸氣質(zhì)量，下同），而且FCNTs 的存在使其具有良好的水熱穩(wěn)定性。最近，Zheng 等[20]對海藻酸鈉/硅膠復(fù)合干燥劑的動態(tài)吸附特性和吸附等溫線進(jìn)行了分析，并用數(shù)學(xué)模型對該復(fù)合干燥劑涂覆的干燥劑換熱器的除濕性能進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明，該復(fù)合干燥劑的吸水量可達(dá)硅膠的兩倍，用其制成的涂層換熱器的除濕量理論上可比硅膠涂層換熱器高出34%～60%。

盡管目前有關(guān)天然聚合物干燥劑應(yīng)用在干燥劑換熱器上的報道不多，但隨著對環(huán)保要求的提高，這類干燥劑將受到更多的關(guān)注。

2.2 合成聚合物干燥劑

合成聚合物干燥劑是以人工合成材料為原料而制得的聚合物干燥劑，主要包括聚合物電解質(zhì)、金屬-有機(jī)骨架化合物（MOFs）和聚合物基復(fù)合干燥劑。近年來，越來越多學(xué)者加入到合成聚合物干燥劑在轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、干燥劑換熱器等固體除濕系統(tǒng)的應(yīng)用研究中。

2.2.1 聚合物電解質(zhì)

聚合物電解質(zhì)指的是多數(shù)鏈節(jié)單元上帶有離子基團(tuán)的高分子聚合物，具有高吸水性。Sultan 等[21]用磁懸浮吸附測量裝置測試了兩種聚苯乙烯類聚合物PS-Ⅰ和PS-Ⅱ的等溫吸附性能，發(fā)現(xiàn)二者的吸水量分別為硅膠的2倍和2.5倍。Toribio等[22]研究表明聚苯乙烯磺酸鈉的吸水量可達(dá)到沸石分子篩LiX的2.35倍。

吸水樹脂、聚丙烯酸、聚丙烯酸鈉等聚合物電解質(zhì)以其高吸水性和無腐蝕性，在轉(zhuǎn)輪除濕機(jī)、干燥劑換熱器等固體除濕系統(tǒng)中逐漸得到應(yīng)用[23-25]。White 等[23]通過對聚丙烯酸進(jìn)行離子改性，制得了具有高吸水性的聚合物干燥劑SAP。在較低再生溫度（50℃）和較高相對壓力工況（P/P0＞0.6）下，SAP 轉(zhuǎn)輪的除濕性能較硅膠轉(zhuǎn)輪高出10%～20%。隨后，Lee 等[26]通過在鏈節(jié)單元中引入親水性官能團(tuán)，合成了一種名為SDP的離子改性聚丙烯酸鈉聚合物。研究表明，當(dāng)相對壓力P/P0=0.67 時，SDP的吸濕量最高可達(dá)128%。而且其再生溫度可降至60℃，這意味著若將這類聚合物電解質(zhì)應(yīng)用于干燥劑換熱器系統(tǒng)時，完全可以采用太陽能、廢熱等低品位熱源實現(xiàn)再生。

在干燥劑換熱器系統(tǒng)的研究方面，Ge 等[27]較早對分別涂有硅膠和T50吸水樹脂的翅片管式換熱器除濕系統(tǒng)進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果顯示，當(dāng)空氣含濕量較低時，吸水樹脂換熱器的除濕性能稍遜于硅膠換熱器。Fang等[24]用氯化鋰和氯化鎂對離子交換樹脂IR100Na改性，改性后的樹脂的平衡吸濕量和吸附速率均有較大的提升。將改性前后的離子交換樹脂涂覆在換熱器上反復(fù)進(jìn)行50次吸附-脫附實驗后發(fā)現(xiàn)，改性后的樹脂換熱器的飽和吸濕量分別可比未改性的樹脂換熱器高出5.39%和9.62%。

Chang 等[15]對分別涂有硅膠和聚丙烯酸鈉的翅片管式換熱器進(jìn)行的實驗表明，在高濕度（≥70%RH）的情況下，聚丙烯酸鈉換熱器的除濕性能優(yōu)于硅膠換熱器，相比60%RH時的吸附性能可提高20%～50%。Higashi等[28]以聚丙烯酸鈉作為干燥劑制得干燥劑換熱器，并用實驗驗證了其吸附-脫附動態(tài)理論模型，結(jié)果表明，其實驗數(shù)據(jù)與理論計算所得的數(shù)據(jù)吻合較好。最近，于博等[29]對經(jīng)Na+和部分K+改性的聚丙烯酸型聚合物干燥劑的研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)Na+改性的聚丙烯酸干燥劑在整個相對壓力區(qū)間的吸濕量均優(yōu)于硅膠，而經(jīng)部分K+改性的聚丙烯酸干燥劑的吸濕量僅在中低壓力區(qū)間上略高于硅膠。而且，經(jīng)Na+改性的聚丙烯酸換熱器的除濕量較硅膠換熱器可提升49%～118%。

表1列出了上述聚合物電解質(zhì)在干燥劑換熱器系統(tǒng)中應(yīng)用時的吸附和再生性能參數(shù)?？梢钥闯觯m然氯化鋰和氯化鎂改性的離子交換樹脂IR100Na的吸濕量相對較低，但相比改性前有明顯提升。而聚丙烯酸鈉聚合物電解質(zhì)有著高吸濕量和低再生溫度，在應(yīng)用于干燥劑換熱器系統(tǒng)時，有著良好的除濕效果和節(jié)能潛力，有望成為替代硅膠、沸石分子篩等常規(guī)干燥劑的適宜選擇。

表1 聚合物電解質(zhì)的吸附和再生性能參數(shù)

2.2.2 金屬-有機(jī)骨架化合物

金屬-有機(jī)骨架化合物是由無機(jī)金屬中心與有機(jī)配體通過自組裝相互連接，形成的具有周期性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料，也稱配位聚合物[30]，具有高吸水性、高孔容率和比表面積等特點。據(jù)統(tǒng)計，文獻(xiàn)公開報道的MOFs已超過了六萬種[31]。

Henninger 等[32]指出，大多數(shù)MOFs 只在相對壓力較高的情況下保證其高吸水性，而吸附式熱泵系統(tǒng)常在較低相對壓力條件下運(yùn)行，因此很多MOFs在吸附式熱泵系統(tǒng)中應(yīng)用的效果不佳。但值得注意的是，這些MOFs 在吸附式熱泵系統(tǒng)中應(yīng)用的不足，卻是在干燥劑換熱器等固體除濕系統(tǒng)中應(yīng)用的一大優(yōu)勢，因為除濕通常發(fā)生在相對壓力較高的區(qū)間。Kummer 等[33]設(shè)計了一種由富馬酸鋁作為固體吸附劑的新型全熱交換器，其比制冷功率最高可達(dá)5880W/kg，平均比制冷功率為1394W/kg，動態(tài)吸濕量為0.28gH2O/gAds。Al-Dadah 等[34]分別將MIL-100(Fe)和富馬酸鋁涂覆在翅片管式換熱器上，經(jīng)實驗測試兩者的性能發(fā)現(xiàn)，雖然MIL-100(Fe)換熱器的性能系數(shù)（COP）不如富馬酸鋁換熱器，但其制冷量比富馬酸鋁換熱器的高出66%。

除了在較高相對壓力下有著優(yōu)異的吸水性能，MOFs 的另一個突出特點是具有很高的可調(diào)性[35]，即通過改變MOFs中有機(jī)配位體或金屬團(tuán)簇，就可以改變其吸水能力、比表面積等特性。部分MIL類金屬-有機(jī)骨架化合物性能參數(shù)如表2 所示，可以發(fā)現(xiàn)，未經(jīng)改性的MIL-101與經(jīng)氨基、硝基和磺酸基改性的MIL-101相比，吸水性更好；MIL-101的吸濕量普遍高于MIL-100。雖然MIL類金屬有機(jī)骨架化合物目前仍屬于實驗室少量研制階段，還未能實現(xiàn)規(guī)?；虡I(yè)生產(chǎn)，但其優(yōu)異的吸附性能在干燥劑換熱器系統(tǒng)中有著很大的應(yīng)用潛力。

2.2.3 聚合物基復(fù)合干燥劑

聚合物基復(fù)合干燥劑是以聚合物為基本原料，與硅膠、吸濕性無機(jī)鹽等干燥劑通過直接合成或物理混合而得到的一類復(fù)合干燥劑。這類材料克服了合成聚合物干燥劑或水熱穩(wěn)定性差、或中低段相對壓力區(qū)間吸濕量較低、或價格昂貴等不足，適用面更廣，功能性更強(qiáng)。

硅膠具有價格低廉、孔隙率高、吸附穩(wěn)定等優(yōu)點，常被用于合成硅膠/聚合物復(fù)合干燥劑。Chen等[41]制備了硅膠/聚丙烯酸/聚丙烯酸鈉復(fù)合干燥劑，在25℃和70%RH條件下，其吸濕量可高出硅膠約41%，且在40℃下即可再生。Cao 等[42]提出了一種以硅膠/MIL-101(Cr)復(fù)合干燥劑制成的新型透濕面板，通過對面板進(jìn)行單側(cè)日光照射就可以將其一側(cè)空氣中的水分轉(zhuǎn)移到另一側(cè)，無需額外供能便能達(dá)到除濕效果。

吸濕性無機(jī)鹽特別是鹵化鹽，具有很強(qiáng)的吸水性，常用于溶液除濕空調(diào)系統(tǒng)中，也經(jīng)常被用來與硅膠、沸石分子篩等多孔材料制成多孔介質(zhì)/鹵化鹽復(fù)合干燥劑[3,43]。近年來，一些關(guān)于鹵化鹽改性聚合物的研究相繼得到了報道。例如，Yang等[14]用聚丙烯酸鈉浸漬氯化鋰溶液制得的聚丙烯酸鈉/氯化鋰復(fù)合干燥劑，其在25℃和99%RH 條件下的吸濕量可高達(dá)2.96gH2O/gAds，優(yōu)于硅膠、活性氧化鋁等常規(guī)固體干燥劑，是純聚丙烯酸鈉的兩倍。Elsayed 等[44]將MIL-101(Cr)粉末浸漬在CaCl2溶液中，制得MIL-101(Cr)/CaCl2復(fù)合吸附劑，CaCl2的存在改善了MIL-101(Cr)在低相對壓力下的吸濕能力，使其即使在P/P0=0.3 時的吸濕量仍可達(dá)到0.75gH2O/gAds。

此外，有關(guān)鹵化鹽改性聚合物在干燥劑換熱器系統(tǒng)中的應(yīng)用研究也陸續(xù)得以開展。Vivekh等[45]研制的聚乙烯醇/氯化鋰復(fù)合干燥劑在30℃和80%RH條件下的吸濕量為177.2%，是硅膠的6.3倍，且吸附速率可達(dá)硅膠的2倍。用該復(fù)合干燥劑制得的干燥劑換熱器的除濕能力和COP 可提高約20%～60%，能節(jié)省54%的功耗，而且即使在較低的再生溫度下也能具備較高的除濕率。隨后，Vivekh等[46]用聚丙烯酸鈉替換上述復(fù)合干燥劑中的聚乙烯醇，制得聚丙烯酸鈉/氯化鋰復(fù)合干燥劑，其吸濕量更是高達(dá)硅膠的12 倍，吸附速率提升為硅膠的2.1倍。

表2 常見MIL類金屬有機(jī)骨架化合物性能參數(shù)

所涂覆聚合物的性能對聚合物干燥劑換熱器系統(tǒng)的運(yùn)行效果起著決定性的作用，表3總結(jié)了某些聚合物基復(fù)合干燥劑的吸濕量、再生溫度及其性能改善點?？梢园l(fā)現(xiàn)，聚合物性能的改善與所摻混材料的種類及含量密切相關(guān)。例如，鹵化鹽能極大地提升聚合物的吸濕性能，氧化石墨可改善其導(dǎo)熱性能等。因此，在改善聚合物相應(yīng)性能時，需要選擇合適的改性材料。

3 黏結(jié)劑

黏結(jié)劑占據(jù)著換熱器與干燥劑間的空隙，確保了換熱器表面與干燥劑之間緊密接觸[5]，其理化特性對換熱器的傳熱傳質(zhì)效果有著一定的影響。因此，在選用黏結(jié)劑時，需要對黏結(jié)劑的基本特性進(jìn)行綜合考量，以此來評價黏結(jié)劑在干燥劑換熱器系統(tǒng)中的適用性。評價的標(biāo)準(zhǔn)可概括為以下5點[48]。

（1）黏結(jié)劑必須具有良好的黏結(jié)性能。良好的黏附能力是黏結(jié)劑選擇的基礎(chǔ)，它能保證固體干燥劑材料在換熱器上進(jìn)行吸附和脫附時不發(fā)生脫落，能持續(xù)、穩(wěn)定地工作。

（2）黏結(jié)劑需對干燥劑的吸附作用有積極影響。由于干燥劑的吸水能力的來源是其多孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)作用和擴(kuò)散作用，黏結(jié)劑的存在勢必會對干燥劑表面的傳質(zhì)過程產(chǎn)生影響，因此評價黏結(jié)劑的適用性必須考量其對干燥劑吸附作用的影響效果。

（3）黏結(jié)劑應(yīng)當(dāng)具有良好的導(dǎo)熱能力。黏結(jié)劑涂覆在換熱器和干燥劑之間，其材料本身存在熱阻，將弱化換熱器的換熱效果，因而在選用黏結(jié)劑是必須選擇熱導(dǎo)率大的黏結(jié)劑材料，盡可能減小對換熱器換熱效果的影響。

（4）黏結(jié)劑應(yīng)具有化學(xué)惰性。即其不能與水和空氣中的其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

（5）黏結(jié)劑需要具備高耐久性。因為干燥劑在換熱器上需要持續(xù)、反復(fù)地進(jìn)行吸附-脫附過程，這就對干燥劑的耐久性提出了考驗，同時，高耐久性也是對干燥劑經(jīng)濟(jì)性的一種考量。

表4總結(jié)了公開文獻(xiàn)報道的、用于干燥劑換熱器系統(tǒng)的黏結(jié)劑材料[33,48-56]。這些黏結(jié)劑的存在不僅將干燥劑與金屬表面緊密地黏結(jié)在一起，部分有機(jī)黏結(jié)劑還可以使涂層整體表現(xiàn)出更好的導(dǎo)熱性能。Li等[50]通過測定羥乙基纖維素、聚乙烯醇、環(huán)氧樹脂和膨潤土等黏結(jié)劑的BET 表面積和黏結(jié)性能發(fā)現(xiàn)，有機(jī)黏結(jié)劑不但BET 表面積大于無機(jī)黏結(jié)劑，這意味著有機(jī)黏結(jié)劑具有比無機(jī)黏結(jié)劑更高的孔隙率，而且其黏結(jié)強(qiáng)度也比無機(jī)黏結(jié)劑高。

為了研究不同填充密度、黏結(jié)劑種類和用量對干燥劑材料多孔性和導(dǎo)熱性的影響，Younes等[55]分別用羥乙基纖維素、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和明膠這4種黏結(jié)劑與硅膠直接合成復(fù)合干燥劑。通過對這些固結(jié)材料進(jìn)行表征并測定其熱導(dǎo)率發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料的填充密度對硅膠的多孔性沒有任何消極影響，其熱導(dǎo)率相比于硅膠反而有了很大的提升，而且黏結(jié)劑的摻混比例影響著復(fù)合材料的比表面積、孔容積和熱導(dǎo)率。Gu 等[57]將水性黏結(jié)劑（聚乙烯醇和聚乙烯吡咯烷酮）與石墨烯納米點制成復(fù)合薄膜并均勻涂覆在銅箔、棉布和濾紙3 種基材上，與裸石墨烯和還原氧化石墨烯相比，經(jīng)熱處理的復(fù)合材料具有良好的導(dǎo)熱性。

表3 聚合物基干燥劑的吸附和再生性能

表4 黏結(jié)劑對干燥劑換熱器性能的影響

此外，Kummer 等[33]用聚硅氧烷基黏結(jié)劑在翅片上涂覆富馬酸鋁吸附劑制成換熱器，在循環(huán)進(jìn)行360 次吸附-脫附過程后，涂層還能保持95%吸附容量。Calabrese 等[56]用3 種不同的硅烷類黏結(jié)劑在鋁翅片上黏結(jié)SAPO-34 沸石分子篩，對硅烷/SAPO-34 涂層的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和機(jī)械強(qiáng)度等進(jìn)行的表征結(jié)果表明，所研究的硅烷類黏結(jié)劑的存在不會影響吸附劑材料的孔隙率，而且此類涂層具有良好的機(jī)械穩(wěn)定性。

選擇了合適的黏結(jié)劑后，需要選用金屬基涂覆工藝進(jìn)行干燥劑換熱器的制備。目前，常見的金屬基涂覆法主要有原位自生法、噴涂法和浸漬涂覆法[48,58]。

原位自生法，也稱合成法，是通過選擇適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)劑，在一定條件進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，在基體金屬或合金內(nèi)原位生成顆粒細(xì)小、分布均勻的增強(qiáng)相。該方法對結(jié)晶合成條件非?？量?，通常需要在高溫高壓下進(jìn)行，此外該方法生成的涂層厚度很薄，通常在10～50μm，極大地限制了工業(yè)化生產(chǎn)。

噴涂法通過噴槍或霧化器等專用設(shè)備待涂覆材料分散成均勻而微細(xì)的霧滴，施涂于金屬基表面。采用噴涂法制得的干燥劑涂層均勻無裂紋，但需要配備專用設(shè)備，并且噴涂過程中揮發(fā)出的霧滴，既污染環(huán)境又浪費(fèi)涂料。

浸漬涂覆法通過將金屬基表面浸沒在制備好的干燥劑/黏結(jié)劑混合液中，使金屬表面形成一定厚度的干燥劑涂層。浸漬涂覆法價格低廉、易于上手，在干燥劑換熱器系統(tǒng)中得到廣泛使用。但受限簡單的工藝流程，存在干燥劑涂層分布不均、堵塞換熱器翅片間隙等不足。

4 結(jié)語與展望

相比于硅膠、沸石分子篩等常規(guī)干燥劑，聚合物在吸水量上有著巨大的優(yōu)勢。此外，還可在較低的溫度下實現(xiàn)再生，意味著制成的聚合物干燥劑換熱器系統(tǒng)可以有效地利用太陽能、工業(yè)廢熱等低品位能作為再生熱源。通過對聚合物的改性可以極大地改善其功能性和適用性，例如向聚合物中接枝親水基團(tuán)、或?qū)ζ溥M(jìn)行離子改性，或是向其中摻混有序介孔二氧化硅等。未來仍需要在以下幾個方面加強(qiáng)研究。

（1）由于干燥劑換熱器的干燥劑側(cè)直接與處理空氣相接觸，在空氣污染較嚴(yán)重地區(qū)，換熱器上可能會粘有病菌，現(xiàn)今所追求的低再生溫度以及干燥劑換熱器長期處于濕潤工況也有利于病菌的繁殖，這些細(xì)菌可隨送風(fēng)氣流進(jìn)入室內(nèi)，以致對人體健康產(chǎn)生威脅。因此，在聚合物干燥劑中加入抗菌性吸濕材料可能是未來聚合物干燥劑材料研究發(fā)展的另一個方向，如文獻(xiàn)[59]報道了殼聚糖這種既具有抑菌性又具有吸濕性的天然材料，并用之制備出了高吸水性樹脂。

（2）LiCl、LiBr、CaCl2等鹵化鹽在高濕工況下可能出現(xiàn)過量吸濕液解，存在腐蝕換熱器系統(tǒng)的隱患，而有機(jī)弱酸鹽具有良好的吸附能力和低腐蝕性、低揮發(fā)性等優(yōu)點。近年來，已有一些研究者選擇有機(jī)弱酸鹽替代鹵化鹽用于硅膠的改性。如Ge等[60]制得的硅膠/甲酸鉀復(fù)合干燥劑，Valarezo 等[61]制得的硅膠/乙酸鈉復(fù)合干燥劑，都表現(xiàn)出比硅膠更高的吸附性能，制成的干燥劑換熱器也具有更高的除濕量、制冷量和COP。這在今后聚合物干燥劑的研究中也會是一種趨勢。

（3）聚合物干燥劑吸水后將產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，致使吸水后聚合物的體積迅速增大，應(yīng)用在干燥劑換熱器中時將會增大換熱器的局部阻力，影響其傳熱效果。隨著材料科技的不斷進(jìn)步，溶脹問題將得到有效解決。如Kim 等[62]研制出的聚合物干燥劑CRIM 在吸水過程中體積變化很小，表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

（4）有機(jī)黏結(jié)劑在干燥劑換熱器中的黏附性普遍比無機(jī)黏結(jié)劑好，且比無機(jī)黏結(jié)劑更能保證涂層的孔隙率，還能提高涂層的導(dǎo)熱性。因此，有機(jī)黏結(jié)劑將是未來干燥劑換熱器系統(tǒng)中黏結(jié)劑的研究焦點。此外，鑒于復(fù)合材料性能常優(yōu)于單一材料，復(fù)合型黏結(jié)劑（如有機(jī)-無機(jī)黏結(jié)劑）也將會是未來研究的關(guān)注點之一。