综述：液体干燥剂材料：性能、分类、改进及下一代设计的全面综述

《Energy and Buildings》：Liquid desiccant materials: a comprehensive review of performance, classification, enhancement, and next-generation design

液态除湿剂在湿度调节中的应用及材料优化研究系统综述了液态除湿剂在性能指标、材料分类与评估、性能提升策略及下一代材料开发四方面的进展，指出无机盐腐蚀结晶、有机醇挥发粘度高、有机酸盐热稳定性不足等缺陷，提出多组分混合和添加剂优化是突破方向，并展望刺激响应离子液体和深熔盐溶剂的发展前景。

　　

陈文哲|邱凯杰|王俊|范金土|康展晓|尹永高

东南大学能源与环境学院，南京210096，中国

摘要

湿度调节在众多领域都至关重要，包括先进制造、建筑环境调节和能量存储。虽然液体干燥剂空调系统提供了一种节能的除湿方式，但研究往往更多地关注系统和组件，而忽视了核心材料——液体干燥剂本身。为了解决这一问题，本综述从四个维度系统地分析了液体干燥剂（也可用作吸收式制冷/热泵的工作流体、大气水收集、保湿等）：性能指标、材料分类/评估、改进策略以及下一代发展。主要发现表明，广泛使用的高吸湿性无机盐存在腐蚀和结晶问题；低腐蚀性的有机醇在挥发性、吸湿性和粘度方面存在局限性；有机酸盐部分结合了无机盐和有机醇的优点，但热稳定性不足；而离子液体虽然具有可调性能、低腐蚀性和强吸湿性，但成本和粘度仍然较高。多组分混合和性能增强添加剂可以缓解这些缺点，表明未来的研究应优先考虑现有材料的混合机制和先进添加剂开发。此外，本文提出了两类具有变革性的材料：（1）刺激响应型离子液体，其可切换的亲水性/疏水性可以解决吸收-再生之间的矛盾，但需要强大的可逆功能化设计；（2）深共晶溶剂，具有可调性能、低成本和简单合成工艺，可以克服现有材料的局限性，但仍需阐明分子构型与吸湿性能之间的关系。本综述为优化现有和开发下一代液体干燥剂材料（及相关工作流体，如制冷剂-吸湿剂对）提供了基础参考，从而加速可持续湿度调节技术的应用。

引言

湿度调节在建筑和工业等多个领域都至关重要[1]、[2]、[3]、[4]、[5]。在室内环境中，有效的湿度调节不仅确保了人们的舒适度，还抑制了霉菌生长、细菌繁殖和结构腐蚀[2]、[3]。特别是在精密制造（如锂电池、半导体、生物医学）等工业应用中，严格的湿度调节对于保持材料完整性和设备可靠性至关重要[4]、[5]。

传统的湿度调节方法主要包括冷凝法和固体干燥剂法[6]。尽管这些方法已经成熟，但它们存在明显的固有局限性。冷凝除湿法虽然能耗较低，但只有在露点约为-10°C或更高时才能保持稳定性能；低于这一临界值时，蒸发器上可能会形成霜冻，导致系统故障[7]。另一方面，虽然固体干燥剂技术可以实现超低露点（低于-40°C），但其缺点明显，主要需要较高的再生温度（通常使用电能或高温蒸汽），并且会有显著的热能损失（称为“热冷偏移”），这些因素都会导致高能耗[8]。

液体干燥剂除湿通过蒸汽压驱动的质量传递克服了这些缺点[9]。与冷凝法和固体干燥剂法相比，液体干燥剂方法具有内在优势：它可以通过调整溶液浓度来实现精确的湿度调节，并通过利用低品位热源（如太阳能和废热）提供出色的节能潜力[10]；液体干燥剂材料稳定、成本低廉，适用于不同的湿度目标[11]。尽管液体干燥剂系统存在腐蚀和结晶的固有风险，但这些综合特性使其成为一种有前景且节能的湿度调节解决方案[12]。

液体干燥剂是一类具有强吸湿性的材料，例如溴化锂（LiBr）、氯化锂（LiCl）和氯化钙（CaCl₂）的盐水溶液，能够从空气中吸收水分[13]。作为液体干燥剂空调系统（LDAS）的核心工作流体，它们从根本上决定了整个系统的性能和效率[14]。因此，液体干燥剂材料的设计和优化是一项关键任务。

本综述分析了1980年至2022年间Web of Science Core Collection数据库中关于“液体干燥剂空调系统”和“空调系统”的研究，揭示了多年来学术讨论的趋势。如图1所示，尽管这两个主题的论文数量都在增加，但专注于“液体干燥剂空调系统”的论文（2113篇）仅占“空调系统”总论文数（178127篇）的约1.19%。尽管液体干燥剂在能效和环境可持续性方面具有潜力，但统计分析显示，对其的研究投入不足，可能受到高技术成本、产业链惯性以及政策支持不足等多种因素的制约。将LDAS研究进一步细分为三个主要领域——“系统策略”、“除湿器/再生器设计”和“液体干燥剂选择”——尽管这些领域的文献数量持续增长，但关于液体干燥剂材料的文献比例（5.63%）仍然较低（见图2）。这种不平衡突显了研究重点与材料本身关键作用之间的显著差距。作为决定系统性能和效率的核心工作流体，液体干燥剂材料需要优化研究，以提升能效和环境可持续性。本研究回顾了2008年至2025年间使用关键词“liquid desiccant”从Web of Science、Scopus和Engineering Village等数据库中检索到的相关文献（见表1）。尽管这些综述涵盖了系统、组件、材料和性能等多个方面，但普遍缺乏对高性能液体干燥剂材料设计和优化策略的全面和系统评估。

为了解决这一问题，我们进行了1989年至2025年间液体干燥剂材料发展的系统综述。文献搜索不仅涵盖了用于湿度调节的液体干燥剂，还包括空调系统、吸收式制冷或热泵、大气水收集、海水淡化、干燥过程和保湿等领域的工作流体。与以往的研究相比，我们的贡献包括：（1）系统地回顾性能指标，并阐明物理化学性质与系统性能之间的关联；（2）提供现有干燥剂的详细比较分析，包括其分类、适用性、优势、局限性和改进策略，以指导材料选择；（3）提出下一代材料的前瞻性策略，以推动高性能液体干燥剂的发展。

液体干燥剂材料的性能指标

液体干燥剂（或吸收式工作流体）是LDAS（或吸收式制冷系统）中的工作流体。这些材料的性能指标不仅评估了材料本身，也对整个系统的效率至关重要[38]。从根本上说，这些指标受关键物理化学性质的控制。如图3所示，本节全面概述了这些性质——汽液平衡（VLE）性质、粘度等

传统液体干燥剂材料的分类和关键评估

理想的液体干燥剂材料应具备以下特性：较大的饱和吸收能力、较低的再生温度、低粘度、高效的热传递特性、非挥发性、无腐蚀性、无异味、无毒、不易燃、稳定性高且成本低[17]。现有的传统液体干燥剂种类繁多，大致可分为以下几类：无机盐水溶液、有机醇水溶液、有机酸盐

液体干燥剂材料的性能改进策略

使用上述四类中的单一组分液体干燥剂材料存在固有局限性，如高腐蚀性、较高的饱和蒸汽压、不稳定性或高成本[90]。已经提出了多种方法来提高其性能；如图7所示，本文总结了两种主要途径：多组分配方和性能增强添加剂。

下一代液体干燥剂材料的前景

尽管已经开发出了多种液体干燥剂材料和吸收溶液（包括无机盐、有机醇、有机酸盐和离子液体），并且通过多组分配方和添加剂显著提高了其性能，但仍有改进的空间。这一需求源于工业、建筑和居住环境中对湿度调节日益增长的需求

结论

本系统综述从四个维度评估了液体干燥剂（也可用于吸收式制冷/热泵、大气水收集、干燥、加湿等工作流体）：性能指标、材料分类/评估、改进策略以及下一代发展。通过为高性能干燥剂的设计提供信息，以推进高效、低碳的湿度调节系统，分析揭示了以下关键见解：

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现有的液体干燥剂

CRediT作者贡献声明

陈文哲：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、研究调查、资金获取、概念构思。邱凯杰：初稿撰写、正式分析。王俊：初稿撰写、可视化设计。范金土：指导工作。康展晓：指导工作。尹永高：指导工作、项目管理。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金 [资助编号：52406009]；江苏省自然科学基金 [资助编号：BK20241319]；以及中国博士后科学基金 [资助编号：GZC20240243]的支持。