8环境替代材料解析PPT课件
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固体吸附制冷剂种类：
工业上采用的物理吸附剂大致有沸石、活性炭和 硅胶、活性氧化铝和活性炭纤维等一些多孔性物质。
工业上采用的化学吸附剂:以氯化钙、氯化锶为最佳。
2020年9月28日
11
吸附式制冷/热泵系统中的常用工质对有: 分子筛（沸石）-水 活性炭-甲醇 活性炭-氨 硅胶-水 氯化钙-氨 氯化锶-氨
而且它是一种高压制冷剂，系统的压力比现有的制冷剂
2020高年9月很28多日 ，在技术上尚有许多待解决的问题。
10
磁制冷、超声波制冷、固体吸附制冷
（3）固体吸附式制冷 传统的制冷为吸收式制冷，吸附式制冷原理与其十
分相近。但吸收式制冷的吸收剂一般为流动性良好的液 体介质，而吸附式制冷需用组成吸附剂-吸附质（在制 冷系统称为制冷剂）工质对，才能发挥作用。
2020年9月28日
8
（2）天然制冷剂
表8-3 常用天然制冷剂的物理性能
制冷剂名 化学式 称
氨 水 甲醇 乙醇 乙胺 甲醛
NH3 H2O CH3OH C2H5OH C2H5N HCHO
二氧化硫 SO2
氯
Cl2
三氧化硫 SO3
二氧化氮 NO2
甲胺
CH3NH2
溴
Br2
R-22
2020年9月28日
CHClF2
03的生成反应： 03的消耗反应：
2020年9月28日
O2 h v， 2 4 n1mOO OO2 O3
O3 h v， 2 0~03 2 n0mOO2 OO3 2O2
太阳紫外线辐射的天然屏障
4
图8-1 氟氯烃在紫外线作用下释放氯原子
图8-2 氯原子对臭氧层的破坏机理
2020年9月28日
5
氟氯烃除了耗损臭氧外，还是一种“温室气体”
标态密度/ （kg/m3）
681 2163 872 665 621 815 883 1563 1780 1447 703 3119 1409
9
CO2制冷剂被重新研究，具有优点：
（1）无毒，不会分解产生有毒物质，不破坏臭
氧层，不需要回收或再处理。
（2）不燃烧、爆炸。
（3）极佳的热力学性质。较高的热导率与等压
2020年9月28日
12
沸石-水太阳能冰箱
利用性能：沸石具有的脱水-吸水作用： 当干燥的沸石从环境中吸附水分子时，释 放出热量，而当吸附了水的沸石被加热时释 放其中的水分的同时吸收热量，并使沸石变 得干燥。
沸石再吸水会再次释放出热量，因此可 利用沸石的脱水-吸水反应来储存和释放热能。
2020年9月28日
图8-4 温室效应示意图
2020年9月28日
6
氟氯烃的排放量远不及CO2（CO2每年排 放量约为260亿t）多，但由于氟氯烃的大气 寿命长（CFC-12在大气中的寿命达100年以 上 ），它对全球气候变暖的贡献值仍然是 可观的。根据测算，在20世纪80年代，大气 中CO2和氟氯烃对全球变暖的贡献值分别为 70%与30%。
标准沸点 /℃
-34 100 65 79 57 -19 -10 -34 45 21 -7 59 14
分子量
17 18 32 46 43 30 46 71 80 46 31 160 86
汽化潜热/ （kJ.kg）
1368 958 791 789 833 768 605 288 508 415 836 189 235
传统制冷剂：氟氯烃（CFCs）及其相 关化学物质
应用：化工、制冷、家用电器、汽车空调、消 防、医药、化妆品、清洗等行业。
危害：20世纪70年代，人们发现氟氯 烃是破坏大气臭氧层的“元凶”，并预期 对全球生态环境将产生严重影响。
2020年9月28日
3
在地球上，离地面15～50km的大气平流层中， 集中了地球上90%的臭氧气体，臭氧层是由氧分子吸 收了太阳及宇宙射线中的紫外线而产生的。
物降解
10.5g/100g
性较差
柠檬酸钠
具有一定的螯合能力，但相对较低。 对钙的螯合能力0.2g/100g。去污力 优于三聚磷酸钠，易溶于水，无毒， 易生物降解
13
H 2 O ( H 2 S O ( l) )H 2 O ( g )
太阳沸石板 贮藏桶-蒸发器
太阳沸石板 贮藏桶-蒸发器
贮藏桶-蒸发器
贮藏桶-蒸发器
图8-5 美国Zeopower公司沸石太阳能冰箱示意图
2020年9月28日
容积9L的蒸发器能产生3kg冰
14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8.2洗涤剂助剂代用品
合成洗涤剂配方的必要组分是表面活性 剂。表面活性剂成分中以烷基苯磺酸钠为主， 其耐硬水性能差，若不配合使水软化的助剂， 则其去污能力很低。传统的助剂大多采用三 聚磷酸钠（Na5P3O10，简称STPP）。
2020年9月28日
7
在氟里昂中，CFCs、哈龙和四氯化碳对臭氧破 坏力最强，HCFCs的破坏力较弱，而HFCs类物质对臭 氧层则无破坏作用，因此被用作CFCs的替代物。
目前替代CFC的物质（新型环保制冷剂）
（1）目前替代CFC的物质主要有HCFC（含氢氯氟 烃）和HFC（氢氟烃）两大类。
由于氢原子的存在，HFC和HCFC将在大气中被氧 化，生成含氧产物，这些产物进一步降解，大部分 成为水溶性物质，它们将随降雨而消失。一般认为 降解过程是在对流层进行，HCFC和HFC很难到达平流 层，所以与CFC相比，对臭氧层破坏的可能性较小。
8环境替代材料
2020年9月28日
1
目前逐渐使用的环境替代材料 （1) 新型环保型制冷剂材料:替代氟里昂
(2)无磷洗涤剂:代替三聚磷酸钠 （3）石墨：代替工业石棉 （4）竹、木等天然材料：替代环境负荷 较大的结构材料等。 （5）能源的新材料：太阳能材料、燃料 电池等。
2020年9月28日
2
8.1新型环保制冷剂材料
比热（Cp）、较小的动力黏度、较高的蒸汽密度、较小
的密度比、较小的表面张力系数。
（4）气体密度高，单位容积制冷量高，是HCFC22的5倍，因此可降低使用的管道与压缩机尺寸，而使 系统质量减轻、结构紧凑、体积小。
（5）来源广泛，成本极低。
但由于CO2具有跨临界的热力学特性，在设计上还
存在许多技术问题，主要是临界温度低，因此能效较低，
目前市场上出现的比较成熟的磷酸盐替代物， 分为无机替代助剂和有机替代助剂。
2020年9月28日
15
表8-4 几种有机替代磷助剂的性能比较
有机替代磷助 剂
优点
缺点
螯 乙二胺四 对pH值适应面宽；良好的螯合金属离 价格太
合 乙酸二钠 子的能力，对镁离子的螯合能力
高，生
型
6.4g/100g，对钙的螯合能力
工业上采用的物理吸附剂大致有沸石、活性炭和 硅胶、活性氧化铝和活性炭纤维等一些多孔性物质。
工业上采用的化学吸附剂:以氯化钙、氯化锶为最佳。
2020年9月28日
11
吸附式制冷/热泵系统中的常用工质对有: 分子筛（沸石）-水 活性炭-甲醇 活性炭-氨 硅胶-水 氯化钙-氨 氯化锶-氨
而且它是一种高压制冷剂，系统的压力比现有的制冷剂
2020高年9月很28多日 ，在技术上尚有许多待解决的问题。
10
磁制冷、超声波制冷、固体吸附制冷
（3）固体吸附式制冷 传统的制冷为吸收式制冷，吸附式制冷原理与其十
分相近。但吸收式制冷的吸收剂一般为流动性良好的液 体介质，而吸附式制冷需用组成吸附剂-吸附质（在制 冷系统称为制冷剂）工质对，才能发挥作用。
2020年9月28日
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（2）天然制冷剂
表8-3 常用天然制冷剂的物理性能
制冷剂名 化学式 称
氨 水 甲醇 乙醇 乙胺 甲醛
NH3 H2O CH3OH C2H5OH C2H5N HCHO
二氧化硫 SO2
氯
Cl2
三氧化硫 SO3
二氧化氮 NO2
甲胺
CH3NH2
溴
Br2
R-22
2020年9月28日
CHClF2
03的生成反应： 03的消耗反应：
2020年9月28日
O2 h v， 2 4 n1mOO OO2 O3
O3 h v， 2 0~03 2 n0mOO2 OO3 2O2
太阳紫外线辐射的天然屏障
4
图8-1 氟氯烃在紫外线作用下释放氯原子
图8-2 氯原子对臭氧层的破坏机理
2020年9月28日
5
氟氯烃除了耗损臭氧外，还是一种“温室气体”
标态密度/ （kg/m3）
681 2163 872 665 621 815 883 1563 1780 1447 703 3119 1409
9
CO2制冷剂被重新研究，具有优点：
（1）无毒，不会分解产生有毒物质，不破坏臭
氧层，不需要回收或再处理。
（2）不燃烧、爆炸。
（3）极佳的热力学性质。较高的热导率与等压
2020年9月28日
12
沸石-水太阳能冰箱
利用性能：沸石具有的脱水-吸水作用： 当干燥的沸石从环境中吸附水分子时，释 放出热量，而当吸附了水的沸石被加热时释 放其中的水分的同时吸收热量，并使沸石变 得干燥。
沸石再吸水会再次释放出热量，因此可 利用沸石的脱水-吸水反应来储存和释放热能。
2020年9月28日
图8-4 温室效应示意图
2020年9月28日
6
氟氯烃的排放量远不及CO2（CO2每年排 放量约为260亿t）多，但由于氟氯烃的大气 寿命长（CFC-12在大气中的寿命达100年以 上 ），它对全球气候变暖的贡献值仍然是 可观的。根据测算，在20世纪80年代，大气 中CO2和氟氯烃对全球变暖的贡献值分别为 70%与30%。
标准沸点 /℃
-34 100 65 79 57 -19 -10 -34 45 21 -7 59 14
分子量
17 18 32 46 43 30 46 71 80 46 31 160 86
汽化潜热/ （kJ.kg）
1368 958 791 789 833 768 605 288 508 415 836 189 235
传统制冷剂：氟氯烃（CFCs）及其相 关化学物质
应用：化工、制冷、家用电器、汽车空调、消 防、医药、化妆品、清洗等行业。
危害：20世纪70年代，人们发现氟氯 烃是破坏大气臭氧层的“元凶”，并预期 对全球生态环境将产生严重影响。
2020年9月28日
3
在地球上，离地面15～50km的大气平流层中， 集中了地球上90%的臭氧气体，臭氧层是由氧分子吸 收了太阳及宇宙射线中的紫外线而产生的。
物降解
10.5g/100g
性较差
柠檬酸钠
具有一定的螯合能力，但相对较低。 对钙的螯合能力0.2g/100g。去污力 优于三聚磷酸钠，易溶于水，无毒， 易生物降解
13
H 2 O ( H 2 S O ( l) )H 2 O ( g )
太阳沸石板 贮藏桶-蒸发器
太阳沸石板 贮藏桶-蒸发器
贮藏桶-蒸发器
贮藏桶-蒸发器
图8-5 美国Zeopower公司沸石太阳能冰箱示意图
2020年9月28日
容积9L的蒸发器能产生3kg冰
14
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
8.2洗涤剂助剂代用品
合成洗涤剂配方的必要组分是表面活性 剂。表面活性剂成分中以烷基苯磺酸钠为主， 其耐硬水性能差，若不配合使水软化的助剂， 则其去污能力很低。传统的助剂大多采用三 聚磷酸钠（Na5P3O10，简称STPP）。
2020年9月28日
7
在氟里昂中，CFCs、哈龙和四氯化碳对臭氧破 坏力最强，HCFCs的破坏力较弱，而HFCs类物质对臭 氧层则无破坏作用，因此被用作CFCs的替代物。
目前替代CFC的物质（新型环保制冷剂）
（1）目前替代CFC的物质主要有HCFC（含氢氯氟 烃）和HFC（氢氟烃）两大类。
由于氢原子的存在，HFC和HCFC将在大气中被氧 化，生成含氧产物，这些产物进一步降解，大部分 成为水溶性物质，它们将随降雨而消失。一般认为 降解过程是在对流层进行，HCFC和HFC很难到达平流 层，所以与CFC相比，对臭氧层破坏的可能性较小。
8环境替代材料
2020年9月28日
1
目前逐渐使用的环境替代材料 （1) 新型环保型制冷剂材料:替代氟里昂
(2)无磷洗涤剂:代替三聚磷酸钠 （3）石墨：代替工业石棉 （4）竹、木等天然材料：替代环境负荷 较大的结构材料等。 （5）能源的新材料：太阳能材料、燃料 电池等。
2020年9月28日
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8.1新型环保制冷剂材料
比热（Cp）、较小的动力黏度、较高的蒸汽密度、较小
的密度比、较小的表面张力系数。
（4）气体密度高，单位容积制冷量高，是HCFC22的5倍，因此可降低使用的管道与压缩机尺寸，而使 系统质量减轻、结构紧凑、体积小。
（5）来源广泛，成本极低。
但由于CO2具有跨临界的热力学特性，在设计上还
存在许多技术问题，主要是临界温度低，因此能效较低，
目前市场上出现的比较成熟的磷酸盐替代物， 分为无机替代助剂和有机替代助剂。
2020年9月28日
15
表8-4 几种有机替代磷助剂的性能比较
有机替代磷助 剂
优点
缺点
螯 乙二胺四 对pH值适应面宽；良好的螯合金属离 价格太
合 乙酸二钠 子的能力，对镁离子的螯合能力
高，生
型
6.4g/100g，对钙的螯合能力