沸石材料及含沸石涂层的热传导特性研究

沸石广泛用于催化和吸附应用中，热传导在其中发挥着重要作用。在吸附热交换器中，吸附效率强烈依赖于吸附床的热导率，而在催化反应器中，反应速率和选择性与催化剂的热导率密切相关。尽管其技术相关性，关于沸石及基于沸石涂层的热传导特性可靠数据仍然有限，主要是由于与多孔材料和薄层系统相关的实验困难。本论文解决了使用激光脉冲法确定沸石材料热导率的挑战，并为大块材料和薄涂层开发了实验策略。在第一部分中，建立了激光脉冲测量与数学建模相结合的方法，以从对多孔沸石复合材料的测量中确定沸石的内在热导率。进行了系统实验，以量化粘合剂含量和孔隙率对有效热导率的影响。通过将实验结果拟合到多孔材料的理论模型并外推至零孔隙率和纯沸石组成，获得了内在的固相热导率。该方法应用于三种框架类型（FAU、MFI和CHA），允许根据其晶体微观结构进行比较评估。第二部分集中于层状结构中厚度低于200微米的薄沸石涂层。开发了一种适应的层状激光脉冲方法来表征涂层特性。通过外推量化并消除了样品制备中使用的石墨层的影响，并系统地检查了涂层形态和表面粗糙度的影响。比较了喷涂（外部）和化学合成（原位）涂层，结果表明，反应性原位涂层显示出更高的热导率，这归因于降低的 grain boundary 阻力和改善的界面热接触。