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A quota di u mercatu di sistemi di refrigerazione adsorbimentu è pompe di calore hè sempre relativamente chjuca cumparatu cù i sistemi di compressori tradiziunali.Malgradu l'immensu vantaghju di usà u calore economicu (invece di u travagliu elettricu caru), l'implementazione di sistemi basati nantu à i principii di adsorption hè sempre limitata à uni pochi di applicazioni specifiche.U principale svantaghju chì deve esse eliminatu hè a diminuzione di a putenza specifica per via di a bassa conductività termale è a bassa stabilità di l'adsorbente.I sistemi di refrigerazione di l'adsorzione cummerciale di l'attuali avanzati sò basati in adsorbers basati in scambiatori di calore à piastre rivestiti per ottimisà a capacità di raffreddamentu.I risultati sò ben cunnisciuti chì a diminuzione di u gruixu di u revestimentu porta à una diminuzione di l'impedenza di trasferimentu di massa, è l'aumentu di a superficia à u rapportu di u voluminu di e strutture conduttive aumenta a putenza senza compromette l'efficienza.I fibri di metallu utilizati in questu travagliu ponu furnisce una superficia specifica in a gamma di 2500-50 000 m2 / m3.Trè metudi per ottene revestimenti sottili ma stabili di sali idrati nantu à superfici metalliche, cumprese fibre metalliche, per a produzzione di rivestimenti dimostranu per a prima volta un scambiatore di calore di alta densità di putenza.U trattamentu di a superficia basatu annantu à l'anodizazione d'aluminiu hè sceltu per creà un ligame più forte trà u revestimentu è u sustrato.A microstruttura di a superficia risultante hè stata analizata cù a microscopia elettronica di scanning.Spettroscopia infrared di trasformazione di Fourier à riflessione totale ridotta è spettroscopia di raghji X dispersiva d'energia sò state aduprate per verificà a presenza di e spezie desiderate in l'analisi.A so capacità di furmà l'idrati hè stata cunfirmata da l'analisi termogravimetrica cumminata (TGA) / analisi termogravimetricu differenziale (DTG).Una qualità povera sopra 0,07 g (acqua) / g (composite) hè stata trovata in u revestimentu di MgSO4, chì mostra segni di desidratazione à circa 60 ° C è riproducibile dopu a reidratazione.I risultati pusitivi sò stati ancu ottenuti cù SrCl2 è ZnSO4 cù una diferenza di massa di circa 0,02 g / g sottu 100 ° C.Hydroxyethylcellulose hè stata scelta com'è additivu per aumentà a stabilità è l'aderenza di u revestimentu.E proprietà adsorbenti di i prudutti sò stati valutati da TGA-DTG simultanea è a so aderenza hè carattarizatu da un metudu basatu annantu à e teste descritte in ISO2409.A cunsistenza è l'aderenza di u revestimentu CaCl2 hè significativamente migliuratu mentre mantene a so capacità di adsorption cù una diferenza di pesu di circa 0,1 g / g à temperature sottu 100 ° C.Inoltre, MgSO4 conserva a capacità di furmà idrati, chì mostra una diferenza di massa di più di 0,04 g / g à temperature sottu 100 ° C.Infine, fibri di metallu rivestiti sò esaminati.I risultati mostranu chì a conduttività termale efficace di a struttura di fibra rivestita di Al2(SO4)3 pò esse 4,7 volte più altu cumparatu cù u voluminu di Al2(SO4)3 puru.U revestimentu di i revestimenti studiati hè statu esaminatu visualmente, è a struttura interna hè stata evaluata cù una maghjina microscòpica di e sezioni trasversali.Un revestimentu di Al2(SO4)3 cù un spessore di circa 50 µm hè statu ottenutu, ma u prucessu generale deve esse ottimizatu per ottene una distribuzione più uniforme.
I sistemi di adsorzione anu guadagnatu assai attenzione in l'ultime decennii perchè furniscenu una alternativa ecologica à e pompe di calore di compressione tradiziunali o sistemi di refrigerazione.Cù l'aumentu di i standard di cunfortu è a temperatura media globale, i sistemi di adsorzione ponu riduce a dipendenza da i combustibili fossili in un futuru vicinu.Inoltre, ogni migliuramentu in a refrigerazione adsorbente o pompe di calore pò esse trasferitu à l'almacenamiento d'energia termale, chì rapprisenta un aumentu supplementu di u putenziale per l'usu efficiente di l'energia primaria.U vantaghju principali di e pompe di calore di adsorption è i sistemi di refrigerazione hè chì ponu operare cù massa di calore bassu.Questu li face adattati per e fonti di bassa temperatura, cum'è l'energia solare o u calore residuale.In quantu à l'applicazioni di almacenamiento d'energia, l'adsorption hà u vantaghju di una densità d'energia più alta è una dissipazione di menu energia paragunata à u almacenamentu di calore sensibile o latente.
E pompe di calore di adsorzione è i sistemi di refrigerazione seguenu u stessu ciculu termodinamicu cum'è i so contraparti di compressione di vapore.A principal diferenza hè a sustituzione di cumpunenti di compressori cù adsorbers.L'elementu hè capaci di adsorbe u vapore di refrigerante di bassa pressione à a temperatura moderata, evaporating più refrigerant ancu quandu u liquidu hè friddu.Hè necessariu di assicurà un rinfrescante constante di l'adsorber per escludiri l'entalpia di adsorption (exoterma).L'adsorbitore hè rigeneratu à alta temperatura, facendu chì u vapore di refrigerante si desorbe.U riscaldamentu deve cuntinuà à furnisce l'entalpia di desorption (endotermica).Perchè i prucessi di adsorption sò carattarizati da cambiamenti di temperatura, a densità di alta putenza necessita una alta conductività termale.Tuttavia, a bassa conductività termale hè di granu u principale svantaghju in a maiò parte di l'applicazioni.
U prublema principali di a conduttività hè di aumentà u so valore mediu mentre mantene a strada di trasportu chì furnisce u flussu di vapori di adsorption / desorption.Dui approcci sò cumunimenti usati per ottene questu: scambiatori di calore compositi è scambiatori di calore rivestiti.I materiali cumposti più populari è riesciuti sò quelli chì utilizanu additivi basati in carbonu, vale à dì grafite expanditu, carbone attivatu, o fibre di carbone.Oliveira et al.2 polvere di grafite espansa impregnata cù cloruru di calciu per pruduce un adsorbitore cù una capacità di rinfrescante specifica (SCP) finu à 306 W / kg è un coefficiente di prestazione (COP) finu à 0,46.Zajaczkowski et al.3 prupone una cumminazione di grafite espansu, fibra di carbonu è cloru di calciu cù una conductività tutale di 15 W/mK.Jian et al4 anu testatu compositi cù grafite naturali espansu (ENG-TSA) trattatu à l'acidu sulfuricu cum'è sustrato in un ciculu di rinfrescamentu di adsorbimentu in dui fasi.U mudellu hà previstu COP da 0,215 à 0,285 è SCP da 161,4 à 260,74 W/kg.
Di granu, a suluzione più viable hè u scambiatore di calore rivestitu.I miccanismi di revestimentu di sti scambiatori di calore pò esse divisu in duie categurie: sintesi diretta è adesivi.U metudu più successu hè a sintesi diretta, chì implica a furmazione di materiali adsorbenti direttamente nantu à a superficia di scambiatori di calore da i reagenti adattati.Sotech5 hà patentatu un metudu per sintetizà a zeolite rivestita per l'usu in una serie di coolers fabbricati da Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 anu pruvatu a prestazione di dui zeoliti rivestiti in acciaio inox.Tuttavia, stu metudu travaglia solu cù adsorbenti specifichi, chì face u revestimentu cù adesivi una alternativa interessante.I leganti sò sustanzi passivi scelti per sustene l'aderenza di sorbenti è / o u trasferimentu di massa, ma ùn anu micca un rolu in l'adsorzione o l'aumentu di a conduttività.Freni et al.7 scambiatori di calore in aluminiu rivestitu cù zeolite AQSOA-Z02 stabilizatu cù un legante à base di argilla.Calabrese et al.8 hà studiatu a preparazione di revestimenti di zeolite cù l'aglutinanti polimerici.Ammann et al.9 pruposti un metudu per a preparazione di revestimenti di zeolite porosa da mischi magnetichi di alcolu polivinilico.L'alumina (alumina) hè ancu usata cum'è legante 10 in l'adsorber.À a nostra cunniscenza, a cellulosa è l'hydroxyethyl cellulosa sò solu aduprate in cumbinazioni cù adsorbenti fisici11,12.A volte, a cola ùn hè micca usata per a pintura, ma hè usata per custruisce a struttura 13 per sè stessu.A cumminazzioni di matrici di polimeri d'alginate cù idratati di sali multipli forma strutture di perle composite flessibili chì impediscenu a fuga durante l'asciugatura è furnisce un trasferimentu di massa adattatu.L'argilla, cum'è a bentonite è l'attapulgite, sò state aduprate cum'è leganti per a preparazione di composti15,16,17.L'etilcellulose hè stata aduprata per microincapsulate chloride di calcium18 o sulfuru di sodium19.
I cumposti cù una struttura metallica porosa ponu esse divisi in scambiatori di calore additivi è scambiatori di calore rivestiti.U vantaghju di sti strutture hè a superficia specifica alta.Questu risultatu in una superficia di cuntattu più grande trà l'adsorbente è u metale senza l'aghjunzione di una massa inerte, chì reduce l'efficienza generale di u ciculu di refrigerazione.Lang et al.20 anu migliuratu a conduttività generale di un adsorbitore di zeolite cù una struttura di favo d'aluminiu.Gillerminot et al.21 hà migliuratu a conduttività termale di i strati di zeolite NaX cù spuma di cobre è nichel.Ancu se i composti sò usati cum'è materiali di cambiamentu di fase (PCM), i risultati di Li et al.22 è Zhao et al.23 sò ancu d'interessu per a chimisorption.Cumparanu a prestazione di grafite dilatatu è spuma di metallu è cunclusu chì l'ultime era preferibile solu se a corrosione ùn era micca un prublema.Palomba et al.anu recentemente paragunatu altre strutture porose metalliche24.Van der Pal et al.anu studiatu i sali di metalli incrustati in schiume 25 .Tutti l'esempii previ currispondenu à strati densi di adsorbenti particulati.Strutture porose metalliche sò praticamenti micca aduprate per rivesti l'adsorbers, chì hè una suluzione più ottima.Un esempiu di ligame à zeoliti pò esse truvatu in Wittstadt et al.26 ma ùn hè statu fattu nisun tentativu di ligà l'idrati di sali malgradu a so densità energetica più alta 27 .
Cusì, trè metudi per a preparazione di rivestimenti adsorbenti seranu esplorati in questu articulu: (1) revestimentu di ligatu, (2) reazione diretta, è (3) trattamentu di superficia.L'idrossietilcellulosa era u legante di scelta in stu travagliu per via di a stabilità rappurtata prima è di una bona aderenza di u revestimentu in combinazione cù adsorbenti fisici.Stu metudu hè statu inizialmente investigatu per i rivestimenti piani è dopu appiicatu à strutture di fibra metallica.Nanzu, un analisi preliminariu di a pussibilità di reazzione chimica cù a furmazione di revestimenti adsorbenti hè statu informatu.L'esperienza precedente hè avà trasferita à u revestimentu di strutture di fibre metalliche.U trattamentu di a superficia scelta per stu travagliu hè un metudu basatu annantu à l'anodizazione d'aluminiu.L'anodizazione d'aluminiu hè stata cumminata cun successu cù sali di metalli per scopi estetici29.In questi casi, ponu esse ottenuti rivestimenti assai stabili è resistenti à a corrosione.Tuttavia, ùn ponu esse realizatu alcun prucessu di adsorption o desorption.Stu documentu presenta una variante di questu approcciu chì permette di trasfurmà a massa cù e proprietà adesive di u prucessu originale.À u megliu di a nostra cunniscenza, nimu di i metudi descritti quì hè statu studiatu prima.Rappresentanu una nova tecnulugia assai interessante perchè permettenu a furmazione di revestimenti adsorbenti idratati, chì anu una quantità di vantaghji annantu à l'adsorbenti fisichi spessu studiati.
I platti d'aluminiu stampati utilizati com'è sustrati per questi esperimenti sò stati furniti da ALINVEST Břidličná, Repubblica Ceca.Cuntene 98,11% aluminium, 1,3622% ferru, 0,3618% manganese è tracce di cobre, magnesiu, siliciu, titaniu, zincu, cromu è nichel.
I materiali scelti per a fabricazione di cumposti sò scelti in cunfurmità cù e so proprietà termodinamiche, vale à dì, secondu a quantità d'acqua chì ponu adsorbe / desorbe à a temperatura sottu à 120 ° C.
U sulfate di magnesiu (MgSO4) hè unu di i sali idratati più interessanti è studiati30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.E proprietà termodinamiche sò state sistematicamente misurate è truvate adattate per l'applicazioni in i campi di refrigerazione adsorbente, pompe di calore è almacenamiento d'energia.Sulfatu di magnesiu seccu CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germania) hè stata utilizata.
Calcium chloride (CaCl2) (H319) hè un altru sali ben studiatu perchè u so idratatu hà proprietà termodinamica interessanti41,42,43,44.Chlorure de calcium hexahydraté CAS-No.7774-34-7 97% usatu (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germania).
U sulfate di zincu (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) è i so idrati anu proprietà termodinamiche adattati per i prucessi di adsorption à bassa temperatura45,46.Zinc sulfate heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany) hè stata utilizata.
Strontium chloride (SrCl2) (H318) hà ancu interessanti proprietà termodinamica4,45,47 ancu s'ellu hè spessu cumminatu cù ammonia in a pompa di calore di adsorption o a ricerca di almacenamiento d'energia.Strontium chloride hexahydrate CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) hè stata utilizata per a sintesi.
Copper sulfate (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ùn hè micca trà l'idrati spessu truvati in a literatura prufessiunale, anche se e so proprietà termodinamiche sò d'interessu per l'applicazioni à bassa temperatura48,49.Copper sulfate CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) hè stata utilizata per a sintesi.
U cloru di magnesiu (MgCl2) hè unu di i sali idratati chì hà ricivutu pocu più attenzione in u campu di l'almacenamiento d'energia termale50,51.Clorur di magnesiu hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 puri di qualità farmaceutica (Applichem GmbH., Darmstadt, Germania) hè stata utilizata per l'esperimenti.
Cumu l'esitatu sopra, a cellulosa hydroxyethyl hè stata scelta per i risultati pusitivi in ​​applicazioni simili.U materiale utilizatu in a nostra sintesi hè hydroxyethyl cellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
E fibre metalliche sò fatte da fili brevi uniti inseme per compressione è sinterizzazione, un prucessu cunnisciutu com'è estrazione di crucible melt extraction (CME)52.Questu significa chì a so cunductività termale ùn dipende micca solu da a cunductività grossa di i metalli utilizati in a fabricazione è a porosità di a struttura finali, ma ancu di a qualità di i ligami trà i filamenti.I fibri ùn sò micca isotropichi è tendenu à esse distribuiti in una certa direzzione durante a pruduzzione, chì face a conduttività termale in a direzzione trasversale assai più bassu.
I pruprietà di l'assorbimentu di l'acqua sò stati investigati utilizendu analisi termogravimetricu simultanea (TGA) / analisi termogravimetricu differenziale (DTG) in un pacchettu di vacuum (Netzsch TG 209 F1 Libra).E misurazioni sò state realizate in una atmosfera di nitrogenu chì scorri à un flussu di 10 ml / min è una intervallu di temperatura da 25 à 150 ° C in crucibles d'ossidu d'aluminiu.A velocità di riscaldamentu era 1 ° C / min, u pesu di mostra variava da 10 à 20 mg, a risoluzione era 0.1 μg.In questu travagliu, deve esse nutatu chì a diferenza di massa per unità di superficia hà una grande incertezza.I campioni usati in TGA-DTG sò assai chjuchi è tagliati irregularmente, chì facenu a so determinazione di l'area imprecisa.Questi valori ponu esse estrapolati solu à una zona più grande se sò cunsiderate grandi deviazioni.
Spettri infrarossi di trasformazione di Fourier (ATR-FTIR) di riflessione totale attenuata sò stati acquistati nantu à un spettrometru Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Germania) utilizendu un accessori di platinu ATR (Bruker Optik GmbH, Germania).I spettri di cristalli di diamanti secchi puri sò stati misurati direttamente in vacuum prima di utilizà i campioni cum'è sfondate per e misurazioni sperimentali.I campioni sò stati misurati in vacuum usendu una risuluzione spettrale di 2 cm-1 è un numeru mediu di scans di 32. Wavenumber range da 8000 à 500 cm-1.L'analisi spettrale hè stata realizata cù u prugramma OPUS.
L'analisi SEM hè stata realizata cù un DSM 982 Gemini da Zeiss à tensioni acceleranti di 2 è 5 kV.A spettroscopia di raghji X dispersiva d'energia (EDX) hè stata realizata utilizendu un Thermo Fischer System 7 cun un detector di deriva di silicio (SSD) raffreddatu Peltier.
A preparazione di i platti di metalli hè stata realizata secondu a prucedura simile à quella descritta in 53. Prima, immerse a piastra in l'acidu sulfuricu 50%.15 minuti.Allora sò stati intrudutti in una suluzione di sodium hydroxide 1 M per circa 10 seconde.Allora i campioni sò lavati cù una grande quantità d'acqua distillata, è dopu imbulighjate in acqua distillata per 30 minuti.Dopu u trattamentu di a superficia prelimiunale, i campioni sò stati immersi in una suluzione saturata di 3%.HEC è u sali di destinazione.Infine, sguassate è asciugate à 60 ° C.
U metudu di anodizazione rinfurzà è rinforza a capa d'ossidu naturali nantu à u metale passiu.I pannelli d'aluminiu sò stati anodizzati cù l'acidu sulfuricu in un statu induritu è ​​poi sigillati in acqua calda.L'anodizazione seguita una incisione iniziale cù 1 mol/l NaOH (600 s) seguita da neutralizazione in 1 mol/l HNO3 (60 s).A suluzione elettrolitica hè una mistura di 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, è 1 M MgSO4 + 7H2O.L'anodizazione hè stata fatta à (40 ± 1) ° C, 30 mA/cm2 per 1200 seconde.U prucessu di sigillatura hè stata realizata in diverse soluzioni di salamoia cum'è descritta in i materiali (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).A mostra hè bollita in questu per 1800 seconde.
Trè metudi diffirenti per a produzzione di composti sò stati investigati: revestimentu adesivo, reazione diretta è trattamentu di a superficia.I vantaghji è i svantaghji di ogni metudu di furmazione sò sistematicamente analizati è discututi.L'osservazione diretta, nanoimaging è l'analisi chimica / elementale sò stati utilizati per valutà i risultati.
L'anodizazione hè stata scelta cum'è un metudu di trattamentu di a superficia di cunversione per aumentà l'aderenza di l'idrati di sali.Stu trattamentu di a superficia crea una struttura porosa di alumina (alumina) direttamente nantu à a superficia d'aluminiu.Tradizionalmente, stu metudu hè custituitu di dui tappe: a prima tappa crea una struttura porosa di l'oxidu d'aluminiu, è a seconda tappa crea un revestimentu d'idrossidu d'aluminiu chì chjude i pori.I seguenti sò dui metudi di bluccà u sali senza bluccà l'accessu à a fase di gas.U primu hè custituitu da un sistema di favi chì utilizanu tubi d'ossidu d'aluminiu (Al2O3) ottenuti in u primu passu per mantene i cristalli adsorbenti è aumentanu a so aderenza à e superfici metalliche.I favi resultanti anu un diametru di circa 50 nm è una lunghezza di 200 nm (Fig. 1a).Comu diciatu prima, sti cavità sò generalmente chjusi in un secondu passu cù una fina capa di Al2O(OH)2 boehmite supportatu da u prucessu di ebollizione di tubu d'alumina.In u sicondu metudu, stu prucessu di sigillatura hè mudificatu in tale manera chì i cristalli di sali sò catturati in una capa uniforme di boehmite (Al2O(OH)), chì ùn hè micca utilizatu per u sealing in questu casu.A seconda tappa hè realizata in una suluzione saturata di u salitu currispundente.I mudelli descritti anu dimensioni in a gamma di 50-100 nm è pareanu gocce splashed (Fig. 1b).A superficia ottenuta com'è u risultatu di u prucessu di sealing hà una struttura spaziale pronunciata cù una zona di cuntattu aumentata.Stu mudellu di superficia, inseme cù e so numerose cunfigurazioni di ligame, hè ideale per portà è mantene cristalli di sali.E duie strutture descritte parenu esse veramente porose è anu cavità chjuche chì pareanu esse bè adattate per a rete di l'idrati di salinu è l'adsorbimentu di vapori à u salinu durante l'operazione di l'adsorbitore.In ogni casu, l'analisi elementale di sti superfici cù l'EDX pò detectà tracce quantità di magnesiu è sulphur nantu à a superficia di boehmite, chì ùn sò micca rilevati in u casu di una superficia d'alumina.
L'ATR-FTIR di a mostra cunfirmava chì l'elementu era sulfate di magnesiu (vede a Figura 2b).U spettru mostra picchi caratteristici di l'ioni di sulfate à 610-680 è 1080-1130 cm-1 è picchi d'acqua di lattice caratteristiche à 1600-1700 cm-1 è 3200-3800 cm-1 (vede Fig. 2a, c).).A prisenza di ioni di magnesiu quasi ùn cambia micca u spettru54.
(a) EDX di una piastra d'aluminiu MgSO4 rivestita di boehmite, (b) spettri ATR-FTIR di rivestimenti di boehmite è MgSO4, (c) spettri ATR-FTIR di MgSO4 puro.
Mantene l'efficienza di l'adsorzione hè stata cunfirmata da TGA.Nantu à fig.3b mostra un piccu di desorbimentu di circa.60 ° C.Stu piccu ùn currisponde à a temperatura di i dui picchi osservati in TGA di u salinu puru (Fig. 3a).A ripetibilità di u ciculu di adsorption-desorption hè stata evaluata, è a listessa curva hè stata osservata dopu à mette i mostri in una atmosfera umida (Fig. 3c).I differenzi osservati in a seconda tappa di a desorption pò esse u risultatu di a desidratazione in una atmosfera fluente, chì spessu porta à una desidratazione incompleta.Questi valori currispondenu à circa 17,9 g/m2 in a prima dewatering è 10,3 g/m2 in a seconda dewatering.
Comparazione di l'analisi TGA di boehmite è MgSO4: analisi TGA di MgSO4 pura (a), mistura (b) è dopu a reidratazione (c).
U stessu metudu hè stata realizatu cù u chlorur di calciu cum'è adsorbente.I risultati sò presentati in a Figura 4. L'ispezione visuale di a superficia palesa cambiamenti minori in u glow metallicu.U fur hè appena visibile.SEM cunfirmò a prisenza di picculi cristalli distribuiti uniformemente nantu à a superficia.Tuttavia, TGA ùn mostrava micca disidratazione sottu à 150 ° C.Questu pò esse duvuta à u fattu chì a proporzione di u sali hè troppu chjucu cumparatu cù a massa tutale di u sustrato per a deteczione da TGA.
I risultati di u trattamentu di a superficia di u revestimentu di sulfate di cobre per u metudu di anodizazione sò mostrati in a fig.5. In questu casu, l'incorporazione prevista di CuSO4 in a struttura di l'ossidu Al ùn hè micca accadutu.Invece, l'agulla solta hè osservata cum'è sò cumunimenti utilizati per l'idrossidu di cobre Cu(OH)2 utilizatu cù coloranti turchese tipici.
U trattamentu di a superficia anodizzata hè statu ancu pruvatu in cumminazione cù u cloru di stronziu.I risultati mostranu una cobertura irregolare (vede a Figura 6a).Per determinà se u salinu copre tutta a superficia, un analisi EDX hè statu realizatu.A curva per un puntu in l'area grisa (puntu 1 in Fig. 6b) mostra pocu strontium è assai aluminiu.Questu indica un bassu cuntenutu di strontium in a zona misurata, chì, à u turnu, indica una bassa cobertura di chlorure di strontium.À u cuntrariu, i spazii bianchi anu un altu cuntenutu di strontium è un pocu cuntenutu di aluminiu (punti 2-6 in Fig. 6b).L'analisi EDX di l'area bianca mostra punti più scuri (punti 2 è 4 in Fig. 6b), pocu in cloru è altu in sulphur.Questu pò indicà a furmazione di sulfate di strontium.I punti più brillanti riflettenu un altu cuntenutu di cloru è un cuntenutu bassu di sulfuru (punti 3, 5 è 6 in Fig. 6b).Questu pò esse spiegatu da u fattu chì a parte principale di u revestimentu biancu hè custituitu da u cloru di strontium previstu.U TGA di a mostra cunfirmò l'interpretazione di l'analisi cù un piccu à a temperatura caratteristica di u cloru di strontium puro (Fig. 6c).U so picculu valore pò esse ghjustificatu da una piccula frazzioni di sal in paragunà cù a massa di u supportu metallicu.A massa di desorption determinata in l'esperimenti currisponde à a quantità di 7,3 g/m2 emessa per unità di superficie di l'adsorber à una temperatura di 150 ° C.
I rivestimenti di sulfate di zincu trattati cù Eloxal sò stati ancu pruvati.Macroscopicamente, u revestimentu hè una capa assai fina è uniforme (Fig. 7a).In ogni casu, SEM palesa una superficia cuperta cù cristalli chjuchi siparati da spazii vacanti (Fig. 7b).U TGA di u revestimentu è u sustrato hè statu paragunatu à quellu di u sali puru (Figura 7c).U salinu puru hà un piccu asimmetricu à 59,1 ° C.L'aluminiu rivestitu mostrava dui picculi picculi à 55,5 ° C è 61,3 ° C, chì indicanu a prisenza di sulfate di zincu idratatu.A diferenza di massa revelata in l'esperimentu currisponde à 10,9 g/m2 à una temperatura di desidratazione di 150 ° C.
Cum'è in l'applicazione precedente53, l'idrossietil cellulosa hè stata aduprata cum'è aglutinante per migliurà l'aderenza è a stabilità di u revestimentu sorbente.A cumpatibilità di u materiale è l'effettu nantu à a prestazione di adsorzione hè stata valutata da TGA.L'analisi hè realizatu in relazione à a massa tutale, vale à dì chì a mostra include una piastra metallica utilizata com'è sustrato di revestimentu.L'aderenza hè pruvata da una prova basata nantu à a prova di tacca incruciata definita in a specificazione ISO2409 (ùn pò micca risponde à a specificazione di separazione di tacca secondu u spessore è a larghezza di specificazione).
Coating the panels with calcium chloride (CaCl2) (vede Fig. 8a) resulted in distribution irregular, which was not observated in the pur aluminium coating used for the transverse notch test.Comparatu à i risultati per CaCl2 puri, TGA (Fig. 8b) mostra dui picchi caratteristici spustati versu e temperature più bassu di 40 è 20 ° C, rispettivamente.A prova di seccione trasversale ùn permette micca una paraguna objetiva perchè a mostra pura di CaCl2 (mostra à a diritta in Fig. 8c) hè un precipitatu pulveru, chì sguassate i particeddi più altu.I risultati HEC dimustranu un revestimentu assai sottile è uniforme cù aderenza satisfacente.A diferenza di massa mostra in a fig.8b currisponde à 51,3 g/m2 per unità di superficie di l'adsorbente à una temperatura di 150 ° C.
I risultati pusitivi in ​​termini di aderenza è uniformità sò stati ancu ottenuti cù sulfate di magnesiu (MgSO4) (vede Fig. 9).L'analisi di u prucessu di desorption di u revestimentu dimustrava a prisenza di un piccu di ca.60 ° C.Sta temperatura currisponde à u passu principale di desorption vistu in a disidratazione di i sali puri, rapprisentanu un altru passu à 44 ° C.Hè currisponde à a transizione da hexahydrate à pentahydrate è ùn hè micca osservatu in u casu di revestimenti cù aglutinanti.I testi di sezione trasversale mostranu una distribuzione è aderenza megliu in paragunà à i rivestimenti fatti cù u sali puru.A diferenza di massa osservata in TGA-DTC currisponde à 18,4 g/m2 per unità di superficie di l'adsorber à una temperatura di 150 ° C.
A causa di l'irregularità di a superficia, u cloru di strontium (SrCl2) hà un revestimentu irregulare nantu à l'aletta (Fig. 10a).In ogni casu, i risultati di a prova di notch trasversale mostranu una distribuzione uniforme cù aderenza significativamente mejorata (Fig. 10c).L'analisi TGA hà dimustratu una diferenza assai chjuca in u pesu, chì deve esse dovutu à u cuntenutu di salinu più bassu cumparatu cù u sustrato di metallu.In ogni casu, i passi nantu à a curva mostranu a prisenza di un prucessu di disidratazione, ancu s'è u piccu hè assuciatu cù a temperatura ottenuta quandu si caratterizeghja u sali puru.I picchi à 110 ° C è 70,2 ° C osservati in Fig.10b sò stati ancu truvati quandu analizà u salinu puru.Tuttavia, u passu principale di disidratazione osservatu in u salinu puru à 50 ° C ùn hè micca riflessu in e curve cù u liant.In cuntrastu, a mistura di aglutinante dimustrava dui picchi à 20,2 ° C è 94,1 ° C, chì ùn sò micca misurati per u salinu puru (Fig. 10b).À una temperatura di 150 ° C, a diferenza di massa osservata currisponde à 7,2 g/m2 per unità di superficie di l'adsorber.
A cumminazzioni di HEC è sulfate di zincu (ZnSO4) ùn hà micca datu risultati accettabili (Figura 11).L'analisi TGA di u metallu rivestitu ùn hà revelatu nisun prucessu di desidratazione.Ancu s'è a distribuzione è l'aderenza di u revestimentu anu migliuratu, e so proprietà sò sempre luntanu da l'ottimali.
A manera più sèmplice di chjappà fibri di metallu cù una capa fina è uniforme hè l'impregnazione umida (Fig. 12a), chì include a preparazione di u salinu di destinazione è l'impregnazione di fibri di metalli cù una suluzione aquosa.
Quandu si preparanu per l'impregnazione umida, ci sò dui prublemi principali.Da una banda, a tensione superficiale di a suluzione salina impedisce l'incorporazione curretta di u liquidu in a struttura porosa.A cristallizazione nantu à a superficia esterna (Fig. 12d) è e bolle d'aria intrappulati in a struttura (Fig. 12c) pò esse ridutta solu per calà a tensione di a superficia è pre-wetting a mostra cù acqua distillata.A dissoluzione forzata in l'esempiu evacuando l'aria o creendu un flussu di suluzione in a struttura sò altre manere efficaci per assicurà un pienu cumpletu di a struttura.
U sicondu prublema scontru durante a preparazione era a rimuzione di a film da parte di u salinu (vede Fig. 12b).Stu fenominu hè carattarizatu da a furmazione di un revestimentu seccu nantu à a superficia di dissoluzione, chì ferma l'asciugatura stimulata cunvectively è principia u prucessu stimulated diffusion.U sicondu mecanismu hè assai più lento chè u primu.In u risultatu, una temperatura alta hè necessaria per un tempu di siccazione ragiunate, chì aumenta u risicu di bolle chì si formanu in a mostra.Stu prublema hè risolta intruducendu un metudu alternativu di cristallizazione basatu micca nantu à u cambiamentu di cuncentrazione (evaporazione), ma in u cambiamentu di temperatura (cum'è in l'esempiu cù MgSO4 in Fig. 13).
Rappresentazione schematica di u prucessu di cristallizazione durante u rinfrescante è a separazione di fasi solidi è liquidi cù MgSO4.
Soluzioni saline saturate ponu esse preparate à o sopra a temperatura di l'ambienti (HT) cù stu metudu.In u primu casu, a cristallizazione hè stata furzata da calà a temperatura sottu a temperatura di l'ambienti.In u sicondu casu, a cristallizazione hè accaduta quandu a mostra hè stata rinfriscata à a temperatura di l'ambienti (RT).U risultatu hè una mistura di cristalli (B) è dissoluti (A), a parte liquida di quale hè eliminata da l'aria compressa.Stu approcciu ùn solu evita a furmazione di una film nantu à questi idratati, ma ancu riduce u tempu necessariu per a preparazione di altri composti.In ogni casu, l'eliminazione di u liquidu da l'aria compressa porta à una cristallizazione supplementaria di u salinu, chì risulta in un revestimentu più grossu.
Un altru mètudu chì pò esse usatu per rivestire superfici metalliche implica a produzzione diretta di sali di destinazione per via di reazzione chimica.I scambiatori di calore rivestiti fatti da a reazione di l'acidi nantu à e superfici metalliche di l'alette è i tubi anu una quantità di vantaghji, cum'è infurmatu in u nostru studiu precedente.L'applicazione di stu metudu à e fibre hà purtatu à risultati assai poveri per via di a furmazione di gasi durante a reazzione.A prissioni di e bolle di gas di l'idrogenu s'accumula in a sonda è cambia quandu u pruduttu hè ejected (Fig. 14a).
U revestimentu hè statu mudificatu attraversu una reazione chimica per cuntrullà megliu u grossu è a distribuzione di u revestimentu.Stu metudu implica passà un flussu di nebbia acidu à traversu a mostra (Figura 14b).Questu hè previstu di risultà in un revestimentu uniforme da a reazione cù u sustrato metallicu.I risultati eranu satisfactori, ma u prucessu era troppu lentu per esse cunsideratu un metudu efficace (Fig. 14c).Tempi di reazione più brevi ponu esse ottenuti da u riscaldamentu localizatu.
Per superà i svantaghji di i metudi di sopra, un metudu di revestimentu basatu annantu à l'usu di adesivi hè statu studiatu.HEC hè statu sceltu nantu à i risultati presentati in a sezione precedente.Tutti i campioni sò stati preparati à 3% in peso.U binder hè mischju cù u salinu.I fibri sò stati pretrattati secondu a listessa prucedura cum'è per i costilli, vale à dì imbulighjate in 50% vol.in 15 minuti.l'acidu sulfuricu, dopu imbulighjatu in l'idrossidu di sodiu per 20 seconde, lavatu in acqua distillata è infine immergete in acqua distillata per 30 minuti.In questu casu, un passu supplementu hè statu aghjuntu prima di impregnazione.Immergete brevemente l'esemplariu in una soluzione salina diluita di destinazione è asciugate à circa 60 ° C.U prucessu hè pensatu per mudificà a superficia di u metallu, creendu siti di nucleazione chì migliurà a distribuzione di u revestimentu in a fase finale.A struttura fibrosa hà un latu induve i filamenti sò più fini è stretti, è u latu oppostu induve i filamenti sò più grossi è menu distribuiti.Questu hè u risultatu di 52 prucessi di fabricazione.
I risultati per u cloru di calcium (CaCl2) sò riassunti è illustrati cù stampi in a Tabella 1. Una bona cobertura dopu l'inoculazione.Ancu quelli filamenti senza cristalli visibili nantu à a superficia anu ridutta riflessioni metalliche, chì indicanu un cambiamentu di finitura.In ogni casu, dopu chì i campioni sò stati impregnati cù una mistura aquosa di CaCl2 è HEC è siccati à una temperatura di circa 60 ° C, i rivestimenti sò stati cuncentrati à l'intersezzione di e strutture.Questu hè un effettu causatu da a tensione superficiale di a suluzione.Dopu a soa, u liquidu ferma in a mostra per via di a so tensione superficiale.Bastamente si trova à l'intersezzione di strutture.U megliu latu di u specimenu hà parechji buchi chini di sali.U pesu hà aumentatu da 0,06 g / cm3 dopu à u revestimentu.
U revestimentu cù sulfate di magnesiu (MgSO4) pruduce più sali per unità di volumi (Table 2).In questu casu, l'incrementu misuratu hè 0,09 g/cm3.U prucessu di sementa hà risultatu in una vasta cobertura di mostra.Dopu à u prucessu di rivestimentu, u sali blucca grandi spazii di u latu magre di a mostra.Inoltre, certi spazii di u matte sò bluccati, ma una certa porosità hè conservata.In questu casu, a furmazione di sali hè facilmente osservata à l'intersezzione di e strutture, cunfirmendu chì u prucessu di revestimentu hè principalmente dovutu à a tensione di a superficia di u liquidu, è micca l'interazzione trà u sali è u sustrato metallicu.
I risultati per a cumminazzioni di clorur di strontium (SrCl2) è HEC dimustranu proprietà simili à l'esempii previ (Table 3).In questu casu, a parte più fina di a mostra hè guasi cumpletamente cuperta.Solu i pori individuali sò visibili, furmati durante l'asciugatura com'è u risultatu di a liberazione di vapore da a mostra.U mudellu osservatu nantu à u latu matte hè assai simili à u casu precedente, l'area hè bluccata cù u salinu è i fibri ùn sò micca cuparti cumplettamente.
Per valutà l'effettu pusitivu di a struttura fibrosa nantu à u rendiment termale di u scambiatore di calore, a conduttività termale efficace di a struttura fibrosa rivestita hè stata determinata è paragunata cù u materiale di revestimentu puro.A conduttività termale hè stata misurata secondu ASTM D 5470-2017 utilizendu u dispusitivu di pannellu pianu mostratu in a Figura 15a utilizendu un materiale di riferimentu cun conductività termale cunnisciuta.In cunfrontu à l'altri metudi di misurazione transitori, stu principiu hè vantaghju per i materiali porosi utilizati in u studiu attuale, postu chì e misurazioni sò eseguite in un statu fermu è cù una grandezza di mostra abbastanza (area di basa 30 × 30 mm2, altezza circa 15 mm).Campioni di u materiale di revestimentu puro (riferimentu) è a struttura di fibra rivestita sò stati preparati per e misurazioni in a direzzione di a fibra è perpendiculare à a direzzione di a fibra per evaluà l'effettu di a conduttività termale anisotropica.I specimens sò stati macinati nantu à a superficia (P320 grit) per minimizzà l'effettu di a rugosità di a superficia per via di a preparazione di specimen, chì ùn riflette micca a struttura in u specimen.