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吸湿热敏水凝胶的垂直孔道热质传递强化方法及性能

吸湿水凝胶,热质强化,定向冷冻

室内环境湿度控制对人体健康与热舒适至关重要。传统冷凝除湿存在高能耗瓶颈，无法有效分离显热与潜热负荷。本研究旨在开发新型固体吸附材料以突破"热湿耦合"处理限制，实现建筑空调系统的低碳运行。通过材料结构设计与功能改性协同策略，构建了具有垂直定向孔道，复合吸湿、传热基元的高效吸附热敏水凝胶。研究采用冰模板法制备聚（N-异丙基丙烯酰胺）基水凝胶，通过设计温控实验系统精确调控前驱体溶液冷冻参数（冷却温度−18~−196℃，冷却速率5~10℃/min），实现了水凝胶孔径、孔隙率和孔道排列的可控制备。通过原位聚合引入聚吡咯-氯（负载量5wt%）和氧化石墨烯（2.5wt%）作为功能材料，有效提升水凝胶的吸湿容量与导热系数。实验表明，该复合水凝胶通过吸附-解吸机制能够有效分离显热负荷和潜热负荷，实现在25℃@70%RH环境下的有效、快速除湿，并能够在50℃的再生温度下，在30分钟内解吸超过60%的液态水，大大降低了再生能耗。本研究为开发新一代吸附式除湿系统提供了理论依据和技术支撑。