Nature.com saytına daxil olduğunuz üçün təşəkkür edirik.İstifadə etdiyiniz brauzer versiyasında məhdud CSS dəstəyi var.Ən yaxşı təcrübə üçün sizə yenilənmiş brauzerdən istifadə etməyi tövsiyə edirik (və ya Internet Explorer-də Uyğunluq rejimini söndürün).Bu arada, davamlı dəstəyi təmin etmək üçün biz saytı üslub və JavaScript olmadan təqdim edəcəyik.
Adsorbsiya soyuducu sistemlərinin və istilik nasoslarının bazar payı ənənəvi kompressor sistemləri ilə müqayisədə hələ də nisbətən kiçikdir.Ucuz istilikdən istifadənin böyük üstünlüyünə baxmayaraq (bahalı elektrik işlərinin yerinə), adsorbsiya prinsiplərinə əsaslanan sistemlərin tətbiqi hələ də bir neçə xüsusi tətbiq ilə məhdudlaşır.Aradan qaldırılmalı olan əsas çatışmazlıq, aşağı istilik keçiriciliyi və adsorbentin aşağı sabitliyi səbəbindən xüsusi gücün azalmasıdır.Müasir kommersiya adsorbsiya soyuducu sistemləri soyutma qabiliyyətini optimallaşdırmaq üçün örtülmüş lövhəli istilik dəyişdiricilərinə əsaslanan adsorberlərə əsaslanır.Nəticələr yaxşı məlumdur ki, örtüyün qalınlığının azaldılması kütlə ötürülməsi empedansının azalmasına gətirib çıxarır və keçirici strukturların səthinin həcminə nisbətinin artırılması səmərəliliyi itirmədən gücü artırır.Bu işdə istifadə edilən metal liflər 2500-50.000 m2/m3 aralığında xüsusi səth sahəsi təmin edə bilər.Kaplamaların istehsalı üçün metal səthlər, o cümlədən metal liflər də daxil olmaqla, duz hidratlarının çox nazik, lakin sabit örtüklərinin alınması üçün üç üsul ilk dəfə yüksək güclü sıxlıqlı istilik dəyişdiricisini nümayiş etdirir.Alüminium anodizasiyaya əsaslanan səth müalicəsi örtük və substrat arasında daha güclü bir əlaqə yaratmaq üçün seçilir.Nəticədə səthin mikro strukturu skan edən elektron mikroskopiyadan istifadə edərək təhlil edilmişdir.Azaldılmış ümumi əksetmə Fourier transform infraqırmızı spektroskopiya və enerji dispersiv rentgen spektroskopiyası analizdə istənilən növlərin mövcudluğunu yoxlamaq üçün istifadə edilmişdir.Onların hidratlar yaratmaq qabiliyyəti kombinə edilmiş termogravimetrik analiz (TGA)/diferensial termogravimetrik analiz (DTG) ilə təsdiq edilmişdir.MgSO4 örtüyündə 0,07 q (su)/q (kompozit) üzərində aşağı keyfiyyət aşkar edildi, təxminən 60 °C-də susuzlaşdırma əlamətləri göstərdi və rehidratasiyadan sonra təkrarlana bilər.100 °C-dən aşağı təxminən 0,02 q/q kütlə fərqi ilə SrCl2 və ZnSO4 ilə də müsbət nəticələr əldə edilmişdir.Kaplamanın dayanıqlığını və yapışmasını artırmaq üçün əlavə olaraq hidroksietilselüloz seçilmişdir.Məhsulların adsorbsiya xüsusiyyətləri eyni vaxtda TGA-DTG ilə qiymətləndirilmiş və onların yapışması ISO2409-da təsvir edilən testlərə əsaslanan üsulla xarakterizə edilmişdir.CaCl2 örtüyünün tutarlılığı və yapışması 100 °C-dən aşağı temperaturda təxminən 0,1 q/q çəki fərqi ilə adsorbsiya qabiliyyətini qoruyarkən əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılır.Bundan əlavə, MgSO4 hidratlar yaratmaq qabiliyyətini saxlayır, 100 ° C-dən aşağı temperaturda 0,04 q/q-dan çox kütlə fərqi göstərir.Nəhayət, örtülmüş metal liflər yoxlanılır.Nəticələr göstərir ki, Al2(SO4)3 ilə örtülmüş lif strukturunun effektiv istilik keçiriciliyi təmiz Al2(SO4)3 həcmi ilə müqayisədə 4,7 dəfə yüksək ola bilər.Tədqiq olunan örtüklərin örtüyü vizual olaraq yoxlanılmış və en kəsiklərin mikroskopik təsvirindən istifadə edərək daxili strukturu qiymətləndirilmişdir.Təxminən 50 µm qalınlığında Al2(SO4)3 örtüyü əldə edildi, lakin daha vahid paylanma əldə etmək üçün ümumi proses optimallaşdırılmalıdır.
Adsorbsiya sistemləri, ənənəvi sıxılma istilik nasoslarına və ya soyuducu sistemlərə ekoloji cəhətdən səmərəli alternativ təmin etdikləri üçün son bir neçə onillikdə böyük diqqət qazanmışdır.Artan rahatlıq standartları və qlobal orta temperatur ilə adsorbsiya sistemləri yaxın gələcəkdə qalıq yanacaqlardan asılılığı azalda bilər.Bundan əlavə, adsorbsiya soyuducu və ya istilik nasoslarında hər hansı təkmilləşdirmələr istilik enerjisi anbarına köçürülə bilər ki, bu da ilkin enerjidən səmərəli istifadə potensialının əlavə artımını təmsil edir.Adsorbsiya istilik nasoslarının və soyuducu sistemlərin əsas üstünlüyü onların aşağı istilik kütləsi ilə işləyə bilməsidir.Bu, onları günəş enerjisi və ya tullantı istilik kimi aşağı temperatur mənbələri üçün uyğun edir.Enerji saxlama tətbiqləri baxımından, adsorbsiya həssas və ya gizli istilik saxlama ilə müqayisədə daha yüksək enerji sıxlığı və daha az enerji yayılması üstünlüyünə malikdir.
Adsorbsiya istilik nasosları və soyuducu sistemləri buxar sıxılma həmkarları ilə eyni termodinamik dövrü izləyir.Əsas fərq kompressor komponentlərinin adsorberlərlə əvəz edilməsidir.Element orta temperaturda aşağı təzyiqli soyuducu buxarını adsorbsiya edə bilir, hətta maye soyuq olduqda belə daha çox soyuducu buxarlanır.Adsorbsiya entalpiyasını (ekzotermiya) istisna etmək üçün adsorberin daimi soyumasını təmin etmək lazımdır.Adsorber yüksək temperaturda bərpa olunur və soyuducu buxarının desorbasiyasına səbəb olur.Desorbsiya entalpiyasını (endotermik) təmin etmək üçün isitmə davam etməlidir.Adsorbsiya prosesləri temperaturun dəyişməsi ilə xarakterizə olunduğundan yüksək güc sıxlığı yüksək istilik keçiriciliyi tələb edir.Bununla belə, aşağı istilik keçiriciliyi əksər tətbiqlərdə əsas çatışmazlıqdır.
Keçiriciliyin əsas problemi adsorbsiya/desorbsiya buxarlarının axını təmin edən nəqliyyat yolunu saxlamaqla onun orta qiymətini artırmaqdır.Buna nail olmaq üçün adətən iki yanaşma istifadə olunur: kompozit istilik dəyişdiriciləri və örtülmüş istilik dəyişdiriciləri.Ən populyar və uğurlu kompozit materiallar karbon əsaslı əlavələrdən, yəni genişlənmiş qrafitdən, aktivləşdirilmiş karbondan və ya karbon liflərindən istifadə edənlərdir.Oliveira və başqaları.Xüsusi soyutma qabiliyyəti (SCP) 306 Vt/kq-a qədər və performans əmsalı (COP) 0,46-a qədər olan adsorber istehsal etmək üçün kalsium xlorid ilə 2 hopdurulmuş genişləndirilmiş qrafit tozu.Zajaczkowski və b.3 ümumi keçiriciliyi 15 Vt/mK olan genişlənmiş qrafit, karbon lifi və kalsium xlorid birləşməsini təklif etdi.Jian et al4 iki mərhələli adsorbsiya soyutma dövründə substrat kimi genişlənmiş təbii qrafiti (ENG-TSA) işlənmiş sulfat turşusu ilə kompozitləri sınaqdan keçirdi.Model ÇNL-ni 0,215-dən 0,285-ə qədər və SCP-ni 161,4-dən 260,74 Vt/kq-a qədər proqnozlaşdırmışdı.
Bu günə qədər ən uyğun həll örtüklü istilik dəyişdiricisidir.Bu istilik dəyişdiricilərinin örtük mexanizmləri iki kateqoriyaya bölünə bilər: birbaşa sintez və yapışdırıcılar.Ən uğurlu üsul, uyğun reagentlərdən birbaşa istilik dəyişdiricilərinin səthində adsorbsiya materiallarının əmələ gəlməsini nəzərdə tutan birbaşa sintezdir.Sotech5, Fahrenheit GmbH tərəfindən istehsal olunan bir sıra soyuducularda istifadə üçün örtülmüş seolitin sintezi metodunu patentləşdirdi.Schnabel və digərləri6 paslanmayan polad üzərində örtülmüş iki seolitin performansını sınaqdan keçirdilər.Bununla belə, bu üsul yalnız xüsusi adsorbentlərlə işləyir, bu da yapışqanlarla örtülməni maraqlı alternativ edir.Bağlayıcılar sorbentin yapışmasını və/və ya kütlə ötürülməsini dəstəkləmək üçün seçilmiş passiv maddələrdir, lakin adsorbsiya və ya keçiriciliyin artırılmasında heç bir rol oynamır.Freni və başqaları.Gil əsaslı bağlayıcı ilə sabitləşdirilmiş AQSOA-Z02 seoliti ilə örtülmüş 7 alüminium istilik dəyişdiricisi.Calabrese et al.8 polimer bağlayıcılarla seolit ​​örtüklərinin hazırlanmasını tədqiq etmişlər.Ammann və digərləri9 polivinil spirtinin maqnit qarışıqlarından məsaməli seolit ​​örtüklərinin hazırlanması üsulunu təklif etmişlər.Alüminium oksidi (alüminium oksidi) adsorberdə bağlayıcı 10 kimi də istifadə olunur.Bildiyimiz kimi, sellüloza və hidroksietilselüloz yalnız fiziki adsorbentlərlə birlikdə istifadə olunur11,12.Bəzən yapışqan boya üçün istifadə edilmir, lakin strukturu 13 öz başına qurmaq üçün istifadə olunur.Alginat polimer matrislərinin çoxsaylı duz hidratları ilə birləşməsi qurutma zamanı sızmanın qarşısını alan və adekvat kütlə ötürülməsini təmin edən çevik kompozit muncuq strukturları əmələ gətirir.Bentonit və attapulgit kimi gillərdən kompozitlərin hazırlanması üçün bağlayıcı kimi istifadə edilmişdir15,16,17.Etilselüloz kalsium xlorid18 və ya natrium sulfid19 mikrokapsulyasiya etmək üçün istifadə edilmişdir.
Məsaməli metal konstruksiyaya malik kompozitlər əlavə istilik dəyişdiricilərinə və örtülmüş istilik dəyişdiricilərinə bölünə bilər.Bu strukturların üstünlüyü yüksək xüsusi səth sahəsidir.Bu, inert kütlə əlavə edilmədən adsorbent və metal arasında daha böyük təmas səthinə səbəb olur ki, bu da soyuducu dövrünün ümumi səmərəliliyini azaldır.Lang və başqaları.20 alüminium pətək strukturu ilə seolit ​​adsorberinin ümumi keçiriciliyini yaxşılaşdırmışdır.Gillerminot et al.21 mis və nikel köpüyü ilə NaX seolit ​​təbəqələrinin istilik keçiriciliyini yaxşılaşdırdı.Kompozitlər faza dəyişikliyi materialları (PCM) kimi istifadə olunsa da, Li et al.22 və Zhao et al.23 kimyosorbsiya üçün də maraq doğurur.Onlar genişlənmiş qrafit və metal köpüyün işini müqayisə etdilər və sonuncunun yalnız korroziya problemi olmadığı təqdirdə üstünlük təşkil etdiyi qənaətinə gəldilər.Palomba və başqaları.bu yaxınlarda digər metal məsaməli strukturları müqayisə etmişlər24.Van der Pal və başqaları.25 köpüklərə daxil edilmiş metal duzlarını tədqiq etmişlər.Bütün əvvəlki nümunələr hissəcik adsorbentlərinin sıx təbəqələrinə uyğundur.Metal məsaməli strukturlar adsorberləri örtmək üçün praktiki olaraq istifadə edilmir, bu daha optimal həlldir.Seolitlərə bağlanma nümunəsinə Wittstadt et al.26, lakin daha yüksək enerji sıxlığına baxmayaraq, duz hidratlarını bağlamaq üçün heç bir cəhd edilməmişdir 27 .
Beləliklə, bu məqalədə adsorbent örtüklərin hazırlanması üçün üç üsul araşdırılacaq: (1) bağlayıcı örtük, (2) birbaşa reaksiya və (3) səth müalicəsi.Fiziki adsorbentlərlə birlikdə daha əvvəl bildirilmiş sabitlik və yaxşı örtük yapışması səbəbindən bu işdə hidroksietilselüloz seçilən bağlayıcı idi.Bu üsul əvvəlcə düz örtüklər üçün araşdırıldı və daha sonra metal lif konstruksiyalarına tətbiq edildi.Əvvəllər adsorbent örtüklərin əmələ gəlməsi ilə kimyəvi reaksiyaların mümkünlüyünün ilkin təhlili barədə məlumat verilmişdi.Əvvəlki təcrübə indi metal lifli konstruksiyaların örtülməsinə ötürülür.Bu iş üçün seçilmiş səth müalicəsi alüminium anodizasiyaya əsaslanan bir üsuldur.Alüminium anodizasiyası estetik məqsədlər üçün metal duzları ilə uğurla birləşdirildi29.Bu hallarda çox sabit və korroziyaya davamlı örtüklər əldə edilə bilər.Lakin onlar heç bir adsorbsiya və ya desorbsiya prosesini həyata keçirə bilməzlər.Bu yazı orijinal prosesin yapışdırıcı xüsusiyyətlərindən istifadə edərək kütlənin köçürülməsinə imkan verən bu yanaşmanın variantını təqdim edir.Bildiyimiz qədər, burada təsvir edilən üsulların heç biri əvvəllər öyrənilməmişdir.Onlar çox maraqlı yeni texnologiyanı təmsil edirlər, çünki onlar tez-tez tədqiq olunan fiziki adsorbentlərlə müqayisədə bir sıra üstünlüklərə malik olan hidratlı adsorbent örtüklərin əmələ gəlməsinə imkan verir.
Bu təcrübələr üçün substrat kimi istifadə edilən möhürlənmiş alüminium lövhələr ALINVEST Břidličná, Çexiya tərəfindən təmin edilmişdir.Onların tərkibində 98,11% alüminium, 1,3622% dəmir, 0,3618% manqan və mis, maqnezium, silisium, titan, sink, xrom və nikel izləri var.
Kompozitlərin istehsalı üçün seçilən materiallar termodinamik xassələrinə uyğun olaraq, yəni 120°C-dən aşağı temperaturda adsorbsiya/desorbsiya edə bildiyi suyun miqdarından asılı olaraq seçilir.
Maqnezium sulfat (MgSO4) ən maraqlı və öyrənilmiş hidratlı duzlardan biridir30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Termodinamik xassələr sistematik olaraq ölçülmüş və adsorbsiya soyuducu, istilik nasosları və enerji saxlama sahələrində tətbiqlər üçün uyğun olduğu müəyyən edilmişdir.Quru maqnezium sulfat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Kalsium xlorid (CaCl2) (H319) başqa yaxşı öyrənilmiş duzdur, çünki onun hidratı maraqlı termodinamik xüsusiyyətlərə malikdir41,42,43,44.Kalsium xlorid heksahidrat CAS-No.7774-34-7 97% istifadə edilmişdir (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya).
Sink sulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) və onun hidratları aşağı temperaturlu adsorbsiya prosesləri üçün uyğun termodinamik xüsusiyyətlərə malikdir45,46.Sink sulfat heptahidrat CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Stronsium xlorid (SrCl2) (H318) də maraqlı termodinamik xüsusiyyətlərə malikdir4,45,47, baxmayaraq ki, adsorbsiya istilik nasosunda və ya enerji saxlama tədqiqatlarında tez-tez ammonyak ilə birləşdirilir.Sintez üçün stronsium xlorid heksahidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, Missuri, ABŞ) istifadə edilmişdir.
Mis sulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) peşəkar ədəbiyyatda tez-tez rast gəlinən hidratlar arasında deyil, baxmayaraq ki, onun termodinamik xüsusiyyətləri aşağı temperatur tətbiqləri üçün maraq doğurur48,49.Sintez üçün mis sulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, ABŞ) istifadə edilmişdir.
Maqnezium xlorid (MgCl2) son zamanlar istilik enerjisinin saxlanması sahəsində daha çox diqqət çəkən hidratlı duzlardan biridir50,51.Təcrübələr üçün maqnezium xlorid heksahidrat CAS-Nr.7791-18-6 təmiz əczaçılıq dərəcəli (Applichem GmbH., Darmstadt, Almaniya) istifadə edilmişdir.
Yuxarıda qeyd edildiyi kimi, oxşar tətbiqlərdə müsbət nəticələr əldə edildiyi üçün hidroksietilselüloz seçildi.Sintezimizdə istifadə olunan material hidroksietil selülozdur CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, ABŞ).
Metal liflər sıxılma və sinterləmə yolu ilə bir-birinə bağlanmış qısa tellərdən hazırlanır, bu proses pota əriməsinin çıxarılması (CME)52 kimi tanınır.Bu o deməkdir ki, onların istilik keçiriciliyi yalnız istehsalda istifadə olunan metalların kütləvi keçiriciliyindən və son strukturun məsaməliliyindən deyil, həm də iplər arasındakı bağların keyfiyyətindən asılıdır.Liflər izotrop deyil və istehsal zamanı müəyyən bir istiqamətdə paylanmağa meyllidir, bu da eninə istiqamətdə istilik keçiriciliyini xeyli aşağı edir.
Su udma xassələri vakuum paketində (Netzsch TG 209 F1 Tərəzi) eyni vaxtda termoqravimetrik analiz (TGA)/diferensial termoqravimetrik analiz (DTG) istifadə edərək tədqiq edilmişdir.Ölçmələr axan azot atmosferində 10 ml/dəq axın sürətində və 25-150°C temperatur diapazonunda alüminium oksid tigelərdə aparılmışdır.İstilik dərəcəsi 1 °C/dəq, nümunənin çəkisi 10-20 mq arasında dəyişdi, həlli 0,1 μg idi.Bu işdə qeyd etmək lazımdır ki, vahid səthə düşən kütlə fərqi böyük qeyri-müəyyənliyə malikdir.TGA-DTG-də istifadə edilən nümunələr çox kiçikdir və qeyri-müntəzəm şəkildə kəsilir, bu da onların sahəsinin təyin edilməsini qeyri-dəqiq edir.Bu dəyərlər yalnız böyük sapmalar nəzərə alınarsa, daha böyük bir sahəyə ekstrapolyasiya edilə bilər.
ATR platin aksesuarından (Bruker Optik GmbH, Almaniya) istifadə edərək Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometrində (Bruker Optik GmbH, Leypsiq, Almaniya) zəiflədilmiş ümumi əksetmə Fourier transform infraqırmızı (ATR-FTIR) spektrləri əldə edilmişdir.Nümunələrdən eksperimental ölçmələr üçün fon kimi istifadə etməzdən əvvəl təmiz quru almaz kristallarının spektrləri birbaşa vakuumda ölçüldü.Nümunələr vakuumda 2 sm-1 spektral ayırdetmə və 32 taramaların orta sayından istifadə etməklə ölçüldü. Dalğa sayı 8000 ilə 500 sm-1 arasında dəyişir.Spektral analiz OPUS proqramı ilə aparılmışdır.
SEM analizi 2 və 5 kV-lik sürətləndirici gərginliklərdə Zeiss-dən DSM 982 Gemini istifadə edərək həyata keçirilmişdir.Enerji dispersiyalı rentgen spektroskopiyası (EDX) Peltier soyudulmuş silikon sürüşmə detektoru (SSD) ilə Thermo Fischer System 7 istifadə edərək həyata keçirilmişdir.
Metal plitələrin hazırlanması 53-cü maddədə təsvir edilənə bənzər prosedura uyğun olaraq həyata keçirilir. Əvvəlcə lövhəni 50% sulfat turşusuna batırın.15 dəqiqə.Sonra onlar təxminən 10 saniyə ərzində 1 M natrium hidroksid məhluluna daxil edilmişdir.Sonra nümunələr çox miqdarda distillə edilmiş su ilə yuyulur və sonra 30 dəqiqə distillə edilmiş suda isladılır.İlkin səth müalicəsindən sonra nümunələr 3% doymuş məhlula batırılır.HEC və hədəf duz.Nəhayət, onları çıxarın və 60 ° C-də qurudun.
Anodizasiya üsulu passiv metal üzərində təbii oksid təbəqəsini gücləndirir və gücləndirir.Alüminium panellər bərkimiş vəziyyətdə sulfat turşusu ilə anodlaşdırılmış və sonra isti suda möhürlənmişdir.Anodizasiya 1 mol/l NaOH (600 s) ilə ilkin aşındırmadan sonra 1 mol/l HNO3 (60 s) ilə neytrallaşdırmadan sonra aparıldı.Elektrolit məhlulu 2,3 ​​M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 və 1 M MgSO4 + 7H2O qarışığıdır.Anodizasiya (40 ± 1)°C, 30 mA/sm2-də 1200 saniyə ərzində aparılmışdır.Möhürləmə prosesi materiallarda (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) təsvir edildiyi kimi müxtəlif duzlu məhlullarda aparılmışdır.Nümunə orada 1800 saniyə qaynadılır.
Kompozitlərin istehsalı üçün üç müxtəlif üsul tədqiq edilmişdir: yapışan örtük, birbaşa reaksiya və səth müalicəsi.Hər bir təlim metodunun üstünlükləri və çatışmazlıqları sistemli şəkildə təhlil edilir və müzakirə edilir.Nəticələri qiymətləndirmək üçün birbaşa müşahidə, nano görüntüləmə və kimyəvi/element analizindən istifadə edilmişdir.
Duz hidratlarının yapışmasını artırmaq üçün konversiya səthinin təmizlənməsi üsulu kimi anodizasiya seçilmişdir.Bu səth müalicəsi birbaşa alüminium səthində alüminium oksidinin (alüminium oksidinin) məsaməli bir quruluşunu yaradır.Ənənəvi olaraq, bu üsul iki mərhələdən ibarətdir: birinci mərhələdə alüminium oksidin məsaməli strukturu yaradılır, ikinci mərhələdə isə məsamələri bağlayan alüminium hidroksid örtüyü yaradılır.Aşağıdakılar qaz fazasına girişi maneə törətmədən duzun qarşısını almaq üçün iki üsuldur.Birincisi, adsorbent kristalları tutmaq və onun metal səthlərə yapışmasını artırmaq üçün birinci mərhələdə əldə edilmiş kiçik alüminium oksid (Al2O3) borularından istifadə edən pətək sistemindən ibarətdir.Yaranan pətəklərin diametri təxminən 50 nm və uzunluğu 200 nm-dir (şəkil 1a).Daha əvvəl qeyd edildiyi kimi, bu boşluqlar adətən alüminium borusu qaynatma prosesi ilə dəstəklənən nazik bir Al2O(OH)2 boehmit təbəqəsi ilə ikinci addımda bağlanır.İkinci üsulda, bu möhürləmə prosesi elə modifikasiya edilir ki, duz kristalları bu halda möhürlənmə üçün istifadə edilməyən, bərabər şəkildə örtülmüş boehmit təbəqəsində (Al2O(OH)) tutulur.İkinci mərhələ müvafiq duzun doymuş bir həllində aparılır.Təsvir edilən nümunələr 50-100 nm diapazonunda ölçülərə malikdir və sıçrayan damcılara bənzəyir (Şəkil 1b).Sızdırmazlıq prosesi nəticəsində əldə edilən səth artan təmas sahəsi ilə aydın bir məkan quruluşuna malikdir.Bu səth nümunəsi, onların bir çox birləşmə konfiqurasiyası ilə birlikdə, duz kristallarını daşımaq və saxlamaq üçün idealdır.Təsvir edilən hər iki struktur həqiqətən məsaməli görünür və adsorberin işləməsi zamanı duz hidratlarını saxlamaq və buxarları duza adsorbsiya etmək üçün yaxşı uyğun görünən kiçik boşluqlara malikdir.Bununla belə, EDX istifadə edərək bu səthlərin elementar təhlili alüminium səthi vəziyyətində aşkar edilməyən maqnezium və kükürdün iz miqdarını boehmitin səthində aşkar edə bilər.
Nümunənin ATR-FTIR göstəricisi elementin maqnezium sulfat olduğunu təsdiqlədi (bax Şəkil 2b).Spektr 610–680 və 1080–1130 sm–1-də xarakterik sulfat ionunun zirvələrini və 1600–1700 sm–1 və 3200–3800 sm–1-də xarakterik şəbəkəli su piklərini göstərir (bax. Şəkil 2a, c).).Maqnezium ionlarının mövcudluğu spektri demək olar ki, dəyişmir54.
(a) Boehmitlə örtülmüş MgSO4 alüminium lövhəsinin EDX, (b) boehmit və MgSO4 örtüklərinin ATR-FTIR spektrləri, (c) saf MgSO4-ün ATR-FTIR spektrləri.
Adsorbsiya səmərəliliyinin saxlanılması TGA tərəfindən təsdiq edilmişdir.Əncirdə.3b təqribən bir desorbsiya pikini göstərir.60°C.Bu zirvə təmiz duzun TGA-da müşahidə olunan iki zirvənin temperaturuna uyğun gəlmir (şəkil 3a).Adsorbsiya-desorbsiya dövrünün təkrarlanma qabiliyyəti qiymətləndirilmiş və nümunələri rütubətli atmosferdə yerləşdirdikdən sonra eyni əyri müşahidə edilmişdir (şək. 3c).Desorbsiyanın ikinci mərhələsində müşahidə olunan fərqlər axan atmosferdə susuzlaşdırmanın nəticəsi ola bilər, çünki bu, çox vaxt natamam dehidrasiyaya gətirib çıxarır.Bu dəyərlər birinci susuzlaşdırmada təxminən 17,9 q/m2 və ikinci susuzlaşdırmada 10,3 q/m2-ə uyğun gəlir.
Boehmit və MgSO4-ün TGA analizinin müqayisəsi: Saf MgSO4 (a), qarışıq (b) və rehidratasiyadan sonra (c) TGA analizi.
Eyni üsul adsorbent kimi kalsium xlorid ilə aparılmışdır.Nəticələr Şəkil 4-də təqdim olunur. Səthin vizual təftişi metal parıltısında kiçik dəyişiklikləri aşkar etdi.Kürk demək olar ki, görünmür.SEM səthdə bərabər paylanmış kiçik kristalların mövcudluğunu təsdiqlədi.Bununla belə, TGA 150°C-dən aşağı susuzlaşdırma göstərməmişdir.Bu, duzun nisbətinin TGA tərəfindən aşkarlanması üçün substratın ümumi kütləsi ilə müqayisədə çox kiçik olması ilə əlaqədar ola bilər.
Anodizasiya üsulu ilə mis sulfat örtüyünün səthinin işlənməsinin nəticələri şək.5. Bu halda CuSO4-ün Al oksid strukturuna gözlənilən daxil olması baş vermədi.Əvəzində boş iynələr müşahidə olunur, çünki onlar adətən mis hidroksid Cu(OH)2 üçün tipik firuzəyi boyalarla istifadə olunur.
Anodlaşdırılmış səth müalicəsi də stronsium xlorid ilə birlikdə sınaqdan keçirilmişdir.Nəticələr qeyri-bərabər əhatə göstərdi (bax Şəkil 6a).Duzun bütün səthi əhatə edib-etmədiyini müəyyən etmək üçün EDX analizi aparılmışdır.Boz sahədə bir nöqtə üçün əyri (Şəkil 6b-də 1-ci nöqtə) az stronsium və çoxlu alüminium göstərir.Bu, ölçülmüş zonada stronsiumun aşağı məzmununu göstərir ki, bu da öz növbəsində stronsium xloridin aşağı örtülməsini göstərir.Əksinə, ağ ərazilərdə yüksək stronsium və aşağı alüminium var (Şəkil 6b-də 2-6 nöqtələri).Ağ sahənin EDX təhlili daha tünd nöqtələri göstərir (Şəkil 6b-də 2 və 4-cü nöqtələr), az xlor və yüksək kükürd.Bu, stronsium sulfatın əmələ gəlməsini göstərə bilər.Daha parlaq nöqtələr yüksək xlor və aşağı kükürd tərkibini əks etdirir (Şəkil 6b-də 3, 5 və 6-cı nöqtələr).Bu, ağ örtüyün əsas hissəsinin gözlənilən stronsium xloriddən ibarət olması ilə izah edilə bilər.Nümunənin TGA təmiz stronsium xlorid (Şəkil. 6c) xarakterik temperaturda bir pik ilə təhlilin şərhini təsdiq etdi.Onların kiçik dəyəri metal dəstəyin kütləsi ilə müqayisədə duzun kiçik bir hissəsi ilə əsaslandırıla bilər.Təcrübələrdə müəyyən edilmiş desorbsiya kütləsi 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsinə verilən 7,3 q/m2 miqdarına uyğundur.
Eloksalla işlənmiş sink sulfat örtükləri də sınaqdan keçirilmişdir.Makroskopik olaraq, örtük çox nazik və vahid təbəqədir (şəkil 7a).Bununla belə, SEM boş sahələrlə ayrılmış kiçik kristallarla örtülmüş səth sahəsini aşkar etdi (Şəkil 7b).Kaplamanın və substratın TGA-sı təmiz duz ilə müqayisə edilmişdir (Şəkil 7c).Saf duzun 59,1 ° C-də bir asimmetrik zirvəsi var.Kaplanmış alüminium sink sulfat hidratının mövcudluğunu göstərən 55,5 ° C və 61,3 ° C-də iki kiçik zirvə göstərdi.Təcrübədə aşkar edilmiş kütlə fərqi 150°C susuzlaşdırma temperaturunda 10,9 q/m2-ə uyğundur.
Əvvəlki tətbiqdə53 olduğu kimi, sorbent örtüyünün yapışmasını və dayanıqlığını yaxşılaşdırmaq üçün bağlayıcı kimi hidroksietilselülozdan istifadə edilmişdir.Material uyğunluğu və adsorbsiya performansına təsiri TGA tərəfindən qiymətləndirilmişdir.Təhlil ümumi kütləyə nisbətdə aparılır, yəni nümunəyə bir örtük substratı kimi istifadə olunan bir metal plitə daxildir.Yapışma ISO2409 spesifikasiyasında müəyyən edilmiş çarpaz çentik testinə əsaslanan testlə yoxlanılır (spesifikasiyanın qalınlığı və enindən asılı olaraq çentik ayırma spesifikasiyasına cavab verə bilməz).
Panellərin kalsium xlorid (CaCl2) ilə örtülməsi (bax. Şəkil 8a) qeyri-bərabər paylanma ilə nəticələndi ki, bu da eninə çentik testi üçün istifadə edilən təmiz alüminium örtükdə müşahidə olunmadı.Təmiz CaCl2 üçün nəticələrlə müqayisədə TGA (şəkil 8b) müvafiq olaraq 40 və 20°C-dən aşağı temperaturlara doğru dəyişmiş iki xarakterik zirvəni göstərir.Kesiti sınağı obyektiv müqayisəyə imkan vermir, çünki təmiz CaCl2 nümunəsi (Şəkil 8c-də sağda olan nümunə) toz halında olan çöküntüdür və ən yuxarı hissəcikləri çıxarır.HEC nəticələri qənaətbəxş yapışma ilə çox nazik və vahid örtük göstərdi.Şəkildə göstərilən kütlə fərqi.8b 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsi üçün 51,3 q/m2-ə uyğundur.
Maqnezium sulfat (MgSO4) ilə də yapışma və vahidlik baxımından müsbət nəticələr əldə edilmişdir (bax. Şəkil 9).Kaplamanın desorbsiya prosesinin təhlili təqribən bir zirvənin olduğunu göstərdi.60°C.Bu temperatur 44°C-də başqa bir mərhələni təmsil edən təmiz duzların dehidrasiyası zamanı müşahidə olunan əsas desorbsiya mərhələsinə uyğundur.Heksahidratdan pentahidrata keçidə uyğundur və bağlayıcılarla örtülmə halında müşahidə edilmir.Kesiti testləri təmiz duzdan istifadə edilən örtüklərlə müqayisədə yaxşılaşdırılmış paylanma və yapışma göstərir.TGA-DTC-də müşahidə olunan kütlə fərqi 150°C temperaturda adsorberin vahid sahəsi üçün 18,4 q/m2-ə uyğundur.
Səth pozuntularına görə, stronsium xlorid (SrCl2) üzgəclərdə qeyri-bərabər örtüklüdür (şəkil 10a).Bununla belə, eninə çentik testinin nəticələri əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdırılmış yapışma ilə vahid paylandığını göstərdi (Şəkil 10c).TGA analizi çəkidə çox kiçik bir fərq göstərdi, bu, metal substratla müqayisədə daha az duz tərkibinə görə olmalıdır.Bununla belə, əyri üzərindəki addımlar susuzlaşdırma prosesinin mövcudluğunu göstərir, baxmayaraq ki, pik saf duzu xarakterizə edərkən əldə edilən temperaturla əlaqələndirilir.110°C və 70.2°C-də zirvələr Şek.10b də təmiz duzun analizi zamanı aşkar edilmişdir.Bununla belə, 50°C-də təmiz duzda müşahidə edilən əsas susuzlaşdırma mərhələsi bağlayıcıdan istifadə edilən əyrilərdə əks olunmamışdır.Bunun əksinə olaraq, bağlayıcı qarışığı təmiz duz üçün ölçülməyən 20,2 ° C və 94,1 ° C-də iki zirvə göstərdi (Şəkil 10b).150 °C temperaturda müşahidə olunan kütlə fərqi adsorberin vahid sahəsi üçün 7,2 q/m2-ə uyğundur.
HEC və sink sulfatın (ZnSO4) birləşməsi məqbul nəticələr vermədi (Şəkil 11).Kaplanmış metalın TGA analizi heç bir dehidrasiya prosesini aşkar etməmişdir.Kaplamanın paylanması və yapışması yaxşılaşsa da, onun xüsusiyyətləri hələ də optimaldan uzaqdır.
Metal lifləri nazik və vahid təbəqə ilə örtməyin ən sadə yolu, hədəf duzun hazırlanmasını və metal liflərin sulu məhlul ilə hopdurulmasını əhatə edən yaş emprenyedir (şəkil 12a).
Yaş emprenye hazırlayarkən iki əsas problemlə qarşılaşır.Bir tərəfdən, şoran məhlulun səthi gərginliyi mayenin məsaməli quruluşa düzgün daxil edilməsinə mane olur.Xarici səthdə kristallaşma (şək. 12d) və konstruksiya daxilində sıxışan hava qabarcıqları (şəkil 12c) yalnız səth gərginliyini azaltmaqla və nümunəni distillə edilmiş su ilə əvvəlcədən islatmaqla azalda bilər.İçəridə havanın boşaldılması və ya strukturda məhlul axını yaratmaqla nümunədə məcburi həll edilməsi strukturun tam doldurulmasını təmin etmək üçün digər effektiv üsullardır.
Hazırlıq zamanı rast gəlinən ikinci problem duzun bir hissəsindən filmin çıxarılması idi (bax. Şəkil 12b).Bu fenomen həll olunan səthdə konvektiv olaraq stimullaşdırılan qurudulmanı dayandıran və diffuziya ilə stimullaşdırılan prosesə başlayan quru örtünün meydana gəlməsi ilə xarakterizə olunur.İkinci mexanizm birincidən çox yavaşdır.Nəticədə, ağlabatan qurutma müddəti üçün yüksək temperatur tələb olunur ki, bu da nümunənin içərisində baloncukların əmələ gəlməsi riskini artırır.Bu problem konsentrasiyanın dəyişməsinə (buxarlanmaya) deyil, temperaturun dəyişməsinə əsaslanan alternativ kristallaşma metodunun tətbiqi ilə həll edilir (şəkil 13-də MgSO4 ilə nümunədə olduğu kimi).
MgSO4 istifadə edərək bərk və maye fazaların soyudulması və ayrılması zamanı kristallaşma prosesinin sxematik təsviri.
Bu üsulla doymuş duz məhlulları otaq temperaturunda (HT) və ya ondan yuxarıda hazırlana bilər.Birinci halda, kristallaşma temperaturu otaq temperaturundan aşağı salmaqla məcbur edildi.İkinci halda, nümunə otaq temperaturuna (RT) qədər soyuduqda kristallaşma baş verdi.Nəticə kristalların (B) və həll edilmiş (A) qarışığıdır, onun maye hissəsi sıxılmış hava ilə çıxarılır.Bu yanaşma təkcə bu hidratlarda filmin əmələ gəlməsinin qarşısını almaqla yanaşı, digər kompozitlərin hazırlanması üçün tələb olunan vaxtı da azaldır.Bununla belə, sıxılmış hava ilə mayenin çıxarılması duzun əlavə kristallaşmasına gətirib çıxarır, nəticədə daha qalın bir örtük yaranır.
Metal səthləri örtmək üçün istifadə edilə bilən başqa bir üsul kimyəvi reaksiyalar vasitəsilə hədəf duzların birbaşa istehsalını əhatə edir.Üzgəclərin və boruların metal səthlərində turşuların reaksiyası nəticəsində hazırlanan örtüklü istilik dəyişdiriciləri əvvəlki araşdırmamızda bildirildiyi kimi bir sıra üstünlüklərə malikdir.Bu üsulun liflərə tətbiqi reaksiya zamanı qazların əmələ gəlməsi səbəbindən çox zəif nəticələrə gətirib çıxardı.Hidrogen qazı qabarcıqlarının təzyiqi zondun daxilində əmələ gəlir və məhsul atılan kimi dəyişir (şəkil 14a).
Kaplamanın qalınlığına və paylanmasına daha yaxşı nəzarət etmək üçün örtük kimyəvi reaksiya vasitəsilə dəyişdirilib.Bu üsul nümunədən turşu dumanı axını keçirməyi nəzərdə tutur (Şəkil 14b).Bunun substrat metalı ilə reaksiya verərək vahid örtüklə nəticələnəcəyi gözlənilir.Nəticələr qənaətbəxş idi, lakin proses effektiv metod hesab oluna bilməyəcək qədər yavaş idi (şək. 14c).Yerli isitmə yolu ilə daha qısa reaksiya müddətlərinə nail olmaq olar.
Yuxarıda göstərilən üsulların çatışmazlıqlarını aradan qaldırmaq üçün yapışdırıcıların istifadəsinə əsaslanan bir örtük üsulu tədqiq edilmişdir.YÖK əvvəlki bölmədə təqdim olunan nəticələr əsasında seçilmişdir.Bütün nümunələr 3% ağırlıqda hazırlanmışdır.Bağlayıcı duz ilə qarışdırılır.Liflər qabırğalarla eyni prosedura uyğun olaraq əvvəlcədən işlənmiş, yəni 50% həcmdə isladılmışdır.15 dəqiqə ərzində.sulfat turşusu, sonra 20 saniyə natrium hidroksiddə isladılır, distillə edilmiş suda yuyulur və nəhayət, 30 dəqiqə distillə edilmiş suda isladılır.Bu halda, emprenye etmədən əvvəl əlavə bir addım əlavə edildi.Nümunəni qısa müddətə seyreltilmiş hədəf duz məhluluna batırın və təxminən 60°C-də qurudun.Proses, metalın səthini dəyişdirmək, son mərhələdə örtüyün paylanmasını yaxşılaşdıran nüvələşmə sahələri yaratmaq üçün nəzərdə tutulmuşdur.Lifli quruluşun bir tərəfi var, burada filamentlər daha incə və sıx şəkildə yığılır, əks tərəfi isə daha qalın və daha az paylanır.Bu, 52 istehsal prosesinin nəticəsidir.
Kalsium xlorid (CaCl2) üçün nəticələr ümumiləşdirilmiş və Cədvəl 1-də şəkillərlə təsvir edilmişdir. Peyvənddən sonra yaxşı əhatə.Hətta səthində görünən kristalları olmayan bu tellərin metal əksetmələrini azaldıb, bitirmə dəyişikliyini göstərirdi.Bununla belə, nümunələr CaCl2 və HEC sulu qarışığı ilə hopdurulduqdan və təxminən 60 ° C temperaturda qurudulduqdan sonra örtüklər konstruksiyaların kəsişmə yerlərində cəmləşmişdir.Bu, məhlulun səthi gərginliyindən yaranan təsirdir.Nəmləndirildikdən sonra maye səthi gərginliyinə görə nümunənin içərisində qalır.Əsasən strukturların kəsişməsində baş verir.Nümunənin ən yaxşı tərəfində duzla doldurulmuş bir neçə deşik var.Kaplamadan sonra çəki 0,06 q/sm3 artmışdır.
Maqnezium sulfat (MgSO4) ilə örtülmə vahid həcmdə daha çox duz istehsal etdi (Cədvəl 2).Bu halda ölçülmüş artım 0,09 q/sm3 təşkil edir.Toxum prosesi geniş nümunə əhatəsi ilə nəticələndi.Kaplama prosesindən sonra duz nümunənin nazik tərəfinin böyük sahələrini bloklayır.Bundan əlavə, matın bəzi sahələri bloklanır, lakin bəzi gözeneklilik saxlanılır.Bu halda, strukturların kəsişməsində asanlıqla duz əmələ gəlməsi müşahidə olunur, bu da örtük prosesinin duz və metal substratın qarşılıqlı təsirindən deyil, əsasən mayenin səthi gərginliyindən qaynaqlandığını təsdiqləyir.
Stronsium xlorid (SrCl2) və HEC birləşməsi üçün nəticələr əvvəlki nümunələrə oxşar xüsusiyyətlər göstərdi (Cədvəl 3).Bu halda nümunənin nazik tərəfi demək olar ki, tamamilə örtülür.Yalnız nümunədən buxarın çıxması nəticəsində qurutma zamanı əmələ gələn fərdi məsamələr görünür.Tutqun tərəfdə müşahidə edilən naxış əvvəlki vəziyyətə çox bənzəyir, sahə duzla bağlanır və liflər tamamilə örtülmür.
Lifli strukturun istilik dəyişdiricisinin istilik göstəricilərinə müsbət təsirini qiymətləndirmək üçün örtülmüş lifli strukturun effektiv istilik keçiriciliyi müəyyən edilmiş və təmiz örtük materialı ilə müqayisə edilmişdir.İstilik keçiriciliyi ASTM D 5470-2017-yə uyğun olaraq, istilik keçiriciliyi məlum olan istinad materialından istifadə edərək Şəkil 15a-da göstərilən düz panel cihazı ilə ölçüldü.Digər keçici ölçmə üsulları ilə müqayisədə, bu prinsip hazırkı tədqiqatda istifadə olunan məsaməli materiallar üçün əlverişlidir, çünki ölçmələr sabit vəziyyətdə və kifayət qədər nümunə ölçüsü ilə aparılır (əsas sahəsi 30 × 30 mm2, hündürlüyü təxminən 15 mm).Anizotrop istilik keçiriciliyinin təsirini qiymətləndirmək üçün lif istiqamətində və lifin istiqamətinə perpendikulyar olan ölçmələr üçün təmiz örtük materialından (istinad) və örtülmüş lif strukturundan nümunələr hazırlanmışdır.Nümunə hazırlığı ilə əlaqədar səth pürüzlülüyünün təsirini minimuma endirmək üçün nümunələr səthdə (P320 qum) üyüdülmüşdür, bu da nümunə daxilində strukturu əks etdirmir.