Diolch am ymweld â Nature.com.Mae gan y fersiwn porwr rydych chi'n ei ddefnyddio gefnogaeth CSS gyfyngedig.I gael y profiad gorau, rydym yn argymell eich bod yn defnyddio porwr wedi'i ddiweddaru (neu analluogi Modd Cydnawsedd yn Internet Explorer).Yn y cyfamser, er mwyn sicrhau cefnogaeth barhaus, byddwn yn gwneud y wefan heb arddulliau a JavaScript.
Mae cyfran y farchnad o systemau rheweiddio arsugniad a phympiau gwres yn dal yn gymharol fach o'i gymharu â systemau cywasgydd traddodiadol.Er gwaethaf y fantais enfawr o ddefnyddio gwres rhad (yn hytrach na gwaith trydanol drud), mae gweithredu systemau sy'n seiliedig ar egwyddorion arsugniad yn dal i fod yn gyfyngedig i ychydig o gymwysiadau penodol.Y brif anfantais y mae angen ei ddileu yw'r gostyngiad mewn pŵer penodol oherwydd dargludedd thermol isel a sefydlogrwydd isel yr adsorbent.Mae systemau rheweiddio arsugniad masnachol o'r radd flaenaf yn seiliedig ar adsorbers yn seiliedig ar gyfnewidwyr gwres plât wedi'u gorchuddio i wneud y gorau o gapasiti oeri.Mae'r canlyniadau'n hysbys bod lleihau trwch y cotio yn arwain at ostyngiad yn y rhwystriant trosglwyddo màs, ac mae cynyddu cymhareb arwynebedd arwyneb i gyfaint y strwythurau dargludol yn cynyddu pŵer heb beryglu effeithlonrwydd.Gall y ffibrau metel a ddefnyddir yn y gwaith hwn ddarparu arwynebedd arwyneb penodol yn yr ystod o 2500–50,000 m2/m3.Mae tri dull ar gyfer cael haenau tenau iawn ond sefydlog o hydradau halen ar arwynebau metel, gan gynnwys ffibrau metel, ar gyfer cynhyrchu haenau yn dangos cyfnewidydd gwres dwysedd pŵer uchel am y tro cyntaf.Dewisir y driniaeth arwyneb sy'n seiliedig ar anodizing alwminiwm i greu bond cryfach rhwng y cotio a'r swbstrad.Dadansoddwyd microstrwythur yr arwyneb canlyniadol gan ddefnyddio microsgopeg electron sganio.Llai o adlewyrchiad cyfan Defnyddiwyd sbectrosgopeg isgoch trawsnewid Fourier a sbectrosgopeg pelydr-X gwasgaredig egni i wirio presenoldeb y rhywogaeth a ddymunir yn yr assay.Cadarnhawyd eu gallu i ffurfio hydradau gan ddadansoddiad thermogravimetrig cyfun (TGA)/dadansoddiad thermogravimetrig gwahaniaethol (DTG).Canfuwyd ansawdd gwael dros 0.07 g (dŵr)/g (cyfansawdd) yn y cotio MgSO4, yn dangos arwyddion o ddadhydradu tua 60 °C ac yn atgenhedlu ar ôl ailhydradu.Cafwyd canlyniadau cadarnhaol hefyd gyda SrCl2 a ZnSO4 gyda gwahaniaeth màs o tua 0.02 g/g o dan 100 ° C.Dewiswyd hydroxyethylcellulose fel ychwanegyn i gynyddu sefydlogrwydd ac adlyniad y cotio.Gwerthuswyd priodweddau arsugniad y cynhyrchion gan TGA-DTG ar yr un pryd a nodweddwyd eu hadlyniad gan ddull yn seiliedig ar y profion a ddisgrifir yn ISO2409.Mae cysondeb ac adlyniad y cotio CaCl2 wedi'i wella'n sylweddol wrth gynnal ei allu arsugniad gyda gwahaniaeth pwysau o tua 0.1 g / g ar dymheredd islaw 100 ° C.Yn ogystal, mae MgSO4 yn cadw'r gallu i ffurfio hydradau, gan ddangos gwahaniaeth màs o fwy na 0.04 g/g ar dymheredd islaw 100 ° C.Yn olaf, archwilir ffibrau metel wedi'u gorchuddio.Mae'r canlyniadau'n dangos y gall dargludedd thermol effeithiol y strwythur ffibr wedi'i orchuddio ag Al2 (SO4)3 fod 4.7 gwaith yn uwch o'i gymharu â chyfaint Al2(SO4) pur3.Archwiliwyd cotio'r haenau a astudiwyd yn weledol, a gwerthuswyd y strwythur mewnol gan ddefnyddio delwedd microsgopig o'r trawstoriadau.Cafwyd gorchudd o Al2(SO4)3 gyda thrwch o tua 50 µm, ond rhaid optimeiddio'r broses gyffredinol i gyflawni dosbarthiad mwy unffurf.
Mae systemau arsugniad wedi ennill llawer o sylw dros yr ychydig ddegawdau diwethaf gan eu bod yn darparu dewis arall sy'n gyfeillgar i'r amgylchedd yn lle pympiau gwres cywasgu traddodiadol neu systemau rheweiddio.Gyda safonau cysur yn codi a thymheredd cyfartalog byd-eang, gall systemau arsugniad leihau dibyniaeth ar danwydd ffosil yn y dyfodol agos.Yn ogystal, gellir trosglwyddo unrhyw welliannau mewn rheweiddio arsugniad neu bympiau gwres i storfa ynni thermol, sy'n cynrychioli cynnydd ychwanegol yn y potensial ar gyfer defnydd effeithlon o ynni sylfaenol.Prif fantais pympiau gwres arsugniad a systemau rheweiddio yw y gallant weithredu gyda màs gwres isel.Mae hyn yn eu gwneud yn addas ar gyfer ffynonellau tymheredd isel fel ynni solar neu wres gwastraff.O ran cymwysiadau storio ynni, mae gan arsugniad y fantais o ddwysedd ynni uwch a llai o afradu ynni o'i gymharu â storio gwres synhwyrol neu gudd.
Mae pympiau gwres arsugniad a systemau rheweiddio yn dilyn yr un cylch thermodynamig â'u cymheiriaid cywasgu anwedd.Y prif wahaniaeth yw disodli cydrannau cywasgydd gyda adsorbers.Mae'r elfen yn gallu adsorbio anwedd oergell pwysedd isel ar dymheredd cymedrol, gan anweddu mwy o oergell hyd yn oed pan fo'r hylif yn oer.Mae angen sicrhau bod yr adsorber yn oeri'n gyson er mwyn eithrio enthalpi arsugniad (exotherm).Mae'r adsorber yn cael ei adfywio ar dymheredd uchel, gan achosi i anwedd yr oergell ddadsugniad.Rhaid i wresogi barhau i ddarparu enthalpi amsugniad (endothermig).Oherwydd bod newidiadau tymheredd yn nodweddu prosesau arsugniad, mae angen dargludedd thermol uchel ar ddwysedd pŵer uchel.Fodd bynnag, dargludedd thermol isel yw'r brif anfantais o bell ffordd yn y rhan fwyaf o geisiadau.
Prif broblem dargludedd yw cynyddu ei werth cyfartalog wrth gynnal y llwybr trafnidiaeth sy'n darparu llif anweddau arsugniad / disugno.Defnyddir dau ddull yn gyffredin i gyflawni hyn: cyfnewidwyr gwres cyfansawdd a chyfnewidwyr gwres wedi'u gorchuddio.Y deunyddiau cyfansawdd mwyaf poblogaidd a llwyddiannus yw'r rhai sy'n defnyddio ychwanegion carbon, sef graffit estynedig, carbon wedi'i actifadu, neu ffibrau carbon.Mae Oliveira et al.2 powdr graffit estynedig wedi'i drwytho â chalsiwm clorid i gynhyrchu arsugnwr â chynhwysedd oeri penodol (SCP) o hyd at 306 W/kg a chyfernod perfformiad (COP) o hyd at 0.46.Mae Zajaczkowski et al.Cynigiodd 3 gyfuniad o graffit estynedig, ffibr carbon a chalsiwm clorid gyda chyfanswm dargludedd o 15 W/mK.Profodd Jian et al4 cyfansoddion ag asid sylffwrig wedi'i drin graffit naturiol estynedig (ENG-TSA) fel swbstrad mewn cylch oeri arsugniad dau gam.Roedd y model yn rhagweld COP o 0.215 i 0.285 a SCP o 161.4 i 260.74 W/kg.
Yr ateb mwyaf hyfyw o bell ffordd yw'r cyfnewidydd gwres â chaenen.Gellir rhannu mecanweithiau gorchuddio'r cyfnewidwyr gwres hyn yn ddau gategori: synthesis uniongyrchol a gludyddion.Y dull mwyaf llwyddiannus yw synthesis uniongyrchol, sy'n cynnwys ffurfio deunyddiau arsugniad yn uniongyrchol ar wyneb cyfnewidwyr gwres o'r adweithyddion priodol.Mae Sotech5 wedi patentu dull ar gyfer syntheseiddio zeolite wedi'i orchuddio i'w ddefnyddio mewn cyfres o oeryddion a weithgynhyrchir gan Fahrenheit GmbH.Profodd Schnabel et al6 berfformiad dau zeolit ​​wedi'u gorchuddio ar ddur di-staen.Fodd bynnag, dim ond gydag arsugnwyr penodol y mae'r dull hwn yn gweithio, sy'n gwneud cotio â gludyddion yn ddewis arall diddorol.Mae rhwymwyr yn sylweddau goddefol a ddewisir i gynnal adlyniad sorb a/neu drosglwyddiad màs, ond nid ydynt yn chwarae unrhyw ran mewn arsugniad neu wella dargludedd.Mae Freni et al.7 cyfnewidydd gwres alwminiwm wedi'i orchuddio â zeolite AQSOA-Z02 wedi'i sefydlogi â rhwymwr sy'n seiliedig ar glai.Astudiodd Calabrese et al.8 baratoi haenau zeolite gyda rhwymwyr polymerig.Cynigiodd Ammann et al.9 ddull ar gyfer paratoi haenau zeolit ​​mandyllog o gymysgeddau magnetig o alcohol polyvinyl.Defnyddir alwmina (alwmina) hefyd fel rhwymwr 10 yn yr adsorber.Hyd y gwyddom, dim ond mewn cyfuniad ag arsugnyddion ffisegol11,12 y defnyddir cellwlos a hydroxyethyl cellwlos.Weithiau ni ddefnyddir y glud ar gyfer y paent, ond fe'i defnyddir i adeiladu'r strwythur 13 ar ei ben ei hun.Mae'r cyfuniad o fatricsau polymer alginad â hydradau halen lluosog yn ffurfio strwythurau gleiniau cyfansawdd hyblyg sy'n atal gollyngiadau wrth sychu ac yn darparu trosglwyddiad màs digonol.Mae clai fel bentonit ac atapulgite wedi'u defnyddio fel rhwymwyr ar gyfer paratoi cyfansoddion15,16,17.Mae ethylcellulose wedi'i ddefnyddio i ficro-amgáu calsiwm clorid18 neu sodiwm sylffid19.
Gellir rhannu cyfansoddion â strwythur metel mandyllog yn gyfnewidwyr gwres ychwanegyn a chyfnewidwyr gwres wedi'u gorchuddio.Mantais y strwythurau hyn yw'r arwynebedd arwyneb penodol uchel.Mae hyn yn arwain at arwyneb cyswllt mwy rhwng adsorbent a metel heb ychwanegu màs anadweithiol, sy'n lleihau effeithlonrwydd cyffredinol y cylch rheweiddio.Roedd Lang et al.Mae 20 wedi gwella dargludedd cyffredinol adsorber zeolite gyda strwythur diliau alwminiwm.Dywedodd Gillerminot et al.Fe wnaeth 21 wella dargludedd thermol haenau zeolite NaX gydag ewyn copr a nicel.Er bod cyfansoddion yn cael eu defnyddio fel deunyddiau newid cyfnod (PCMs), mae canfyddiadau Li et al.22 a Zhao et al.23 hefyd o ddiddordeb ar gyfer cemisorption.Cymharasant berfformiad graffit estynedig ac ewyn metel a daeth i'r casgliad mai dim ond os nad oedd cyrydiad yn broblem y byddai'r olaf yn well.Mae Palomba et al.wedi cymharu strwythurau mandyllog metelaidd eraill yn ddiweddar24.Roedd Van der Pal et al.wedi astudio halwynau metel wedi'u mewnblannu mewn ewynau 25 .Mae'r holl enghreifftiau blaenorol yn cyfateb i haenau trwchus o arsugnyddion gronynnol.Yn ymarferol ni ddefnyddir strwythurau mandyllog metel i orchuddio adsorbers, sy'n ateb mwy optimaidd.Ceir enghraifft o rwymo i zeolites yn Wittstadt et al.26 ond ni wnaed unrhyw ymdrech i rwymo hydradau halen er gwaethaf eu dwysedd egni uwch 27 .
Felly, bydd tri dull ar gyfer paratoi haenau adsorbent yn cael eu harchwilio yn yr erthygl hon: (1) cotio rhwymwr, (2) adwaith uniongyrchol, a (3) triniaeth arwyneb.Hydroxyethylcellulose oedd y rhwymwr o ddewis yn y gwaith hwn oherwydd sefydlogrwydd a adroddwyd yn flaenorol ac adlyniad cotio da mewn cyfuniad ag arsugnyddion corfforol.Ymchwiliwyd i'r dull hwn i ddechrau ar gyfer haenau gwastad a'i gymhwyso'n ddiweddarach i strwythurau ffibr metel.Yn flaenorol, adroddwyd dadansoddiad rhagarweiniol o'r posibilrwydd o adweithiau cemegol gyda ffurfio haenau adsorbent.Mae profiad blaenorol bellach yn cael ei drosglwyddo i orchuddio strwythurau ffibr metel.Mae'r driniaeth arwyneb a ddewiswyd ar gyfer y gwaith hwn yn ddull sy'n seiliedig ar anodizing alwminiwm.Mae anodizing alwminiwm wedi'i gyfuno'n llwyddiannus â halwynau metel at ddibenion esthetig29.Yn yr achosion hyn, gellir cael haenau sefydlog iawn sy'n gwrthsefyll cyrydiad.Fodd bynnag, ni allant gyflawni unrhyw broses arsugniad neu ddadsugniad.Mae'r papur hwn yn cyflwyno amrywiad o'r dull hwn sy'n caniatáu symud màs gan ddefnyddio priodweddau gludiog y broses wreiddiol.Hyd eithaf ein gwybodaeth, nid oes yr un o'r dulliau a ddisgrifir yma wedi'u hastudio o'r blaen.Maent yn cynrychioli technoleg newydd ddiddorol iawn oherwydd eu bod yn caniatáu ffurfio haenau adsorbent hydradol, sydd â nifer o fanteision dros yr arsugnyddion corfforol a astudir yn aml.
Darparwyd y platiau alwminiwm stampiedig a ddefnyddiwyd fel swbstradau ar gyfer yr arbrofion hyn gan ALINVEST Břidličná, Gweriniaeth Tsiec.Maent yn cynnwys 98.11% alwminiwm, 1.3622% haearn, 0.3618% manganîs ac olion o gopr, magnesiwm, silicon, titaniwm, sinc, cromiwm a nicel.
Mae'r deunyddiau a ddewisir ar gyfer cynhyrchu cyfansoddion yn cael eu dewis yn unol â'u priodweddau thermodynamig, sef, yn dibynnu ar faint o ddŵr y gallant ei amsugno / dadsugno ar dymheredd is na 120 ° C.
Magnesiwm sylffad (MgSO4) yw un o'r halwynau hydradol mwyaf diddorol a astudiwyd30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Mae'r priodweddau thermodynamig wedi'u mesur yn systematig a chanfuwyd eu bod yn addas ar gyfer cymwysiadau ym meysydd rheweiddio arsugniad, pympiau gwres a storio ynni.Defnyddiwyd sylffad magnesiwm sych CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, yr Almaen).
Mae calsiwm clorid (CaCl2) (H319) yn halen arall sydd wedi'i astudio'n dda oherwydd bod gan ei hydrad briodweddau thermodynamig diddorol41,42,43,44.Calsiwm clorid hexahydrate CAS-Rhif.7774-34-7 97% a ddefnyddir (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, yr Almaen).
Mae gan sylffad sinc (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) a'i hydradau briodweddau thermodynamig sy'n addas ar gyfer prosesau arsugniad tymheredd isel45,46.Defnyddiwyd sinc sylffad heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, yr Almaen).
Mae gan strontiwm clorid (SrCl2) (H318) hefyd briodweddau thermodynamig diddorol4,45,47 er ei fod yn aml yn cael ei gyfuno ag amonia mewn ymchwil pwmp gwres arsugniad neu storio ynni.Defnyddiwyd hecsahydrad strontiwm clorid CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, UDA) ar gyfer y synthesis.
Nid yw sylffad copr (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ymhlith y hydradau a geir yn aml yn y llenyddiaeth broffesiynol, er bod ei briodweddau thermodynamig o ddiddordeb ar gyfer cymwysiadau tymheredd isel48,49.Defnyddiwyd copr sylffad CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, UDA) ar gyfer y synthesis.
Magnesiwm clorid (MgCl2) yw un o'r halwynau hydradol sydd wedi cael mwy o sylw yn ddiweddar ym maes storio ynni thermol50,51.Defnyddiwyd magnesiwm clorid hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 gradd fferyllol pur (Applichem GmbH., Darmstadt, yr Almaen) ar gyfer yr arbrofion.
Fel y soniwyd uchod, dewiswyd cellwlos hydroxyethyl oherwydd y canlyniadau cadarnhaol mewn cymwysiadau tebyg.Y deunydd a ddefnyddir yn ein synthesis yw cellwlos hydroxyethyl CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, UDA).
Mae ffibrau metel yn cael eu gwneud o wifrau byr sydd wedi'u bondio â'i gilydd trwy gywasgu a sintro, proses a elwir yn echdynnu toddi crucible (CME)52.Mae hyn yn golygu bod eu dargludedd thermol yn dibynnu nid yn unig ar ddargludedd swmp y metelau a ddefnyddir wrth weithgynhyrchu a mandylledd y strwythur terfynol, ond hefyd ar ansawdd y bondiau rhwng yr edafedd.Nid yw'r ffibrau'n isotropig ac maent yn tueddu i gael eu dosbarthu i gyfeiriad penodol yn ystod y cynhyrchiad, sy'n gwneud y dargludedd thermol yn y cyfeiriad traws yn llawer is.
Ymchwiliwyd i briodweddau amsugno dŵr gan ddefnyddio dadansoddiad thermogravimetrig cydamserol (TGA)/dadansoddiad thermogravimetrig gwahaniaethol (DTG) mewn pecyn gwactod (Netzsch TG 209 F1 Libra).Cynhaliwyd y mesuriadau mewn awyrgylch nitrogen sy'n llifo ar gyfradd llif o 10 ml/munud ac ystod tymheredd o 25 i 150 ° C mewn crucibles alwminiwm ocsid.Y gyfradd wresogi oedd 1 ° C / min, roedd pwysau'r sampl yn amrywio o 10 i 20 mg, y cydraniad oedd 0.1 μg.Yn y gwaith hwn, dylid nodi bod gan y gwahaniaeth màs fesul uned arwyneb ansicrwydd mawr.Mae'r samplau a ddefnyddir yn TGA-DTG yn fach iawn ac wedi'u torri'n afreolaidd, sy'n gwneud penderfyniad eu hardal yn anghywir.Dim ond os cymerir gwyriadau mawr i ystyriaeth y gellir allosod y gwerthoedd hyn i ardal fwy.
Myfyrdod cyfan gwanedig Prynwyd sbectra isgoch trawsnewid Fourier (ATR-FTIR) ar sbectromedr Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, yr Almaen) gan ddefnyddio affeithiwr platinwm ATR (Bruker Optik GmbH, yr Almaen).Mesurwyd y sbectra o grisialau diemwnt sych pur yn uniongyrchol mewn gwactod cyn defnyddio'r samplau fel cefndir ar gyfer mesuriadau arbrofol.Mesurwyd y samplau mewn gwactod gan ddefnyddio cydraniad sbectrol o 2 cm-1 a nifer cyfartalog o sganiau o 32. Amrediad tonfedd o 8000 i 500 cm-1.Perfformiwyd dadansoddiad sbectrol gan ddefnyddio rhaglen OPUS.
Perfformiwyd dadansoddiad SEM gan ddefnyddio Gemini DSM 982 o Zeiss i gyflymu folteddau o 2 a 5 kV.Perfformiwyd sbectrosgopeg pelydr-X gwasgaredig egni (EDX) gan ddefnyddio Thermo Fischer System 7 gyda synhwyrydd drifft silicon wedi'i oeri gan Peltier (SSD).
Cynhaliwyd y gwaith o baratoi platiau metel yn ôl y weithdrefn debyg i'r hyn a ddisgrifir yn 53. Yn gyntaf, trochwch y plât mewn asid sylffwrig 50%.15 munud.Yna cawsant eu cyflwyno i hydoddiant sodiwm hydrocsid 1 M am tua 10 eiliad.Yna golchwyd y samplau â llawer iawn o ddŵr distyll, ac yna eu socian mewn dŵr distyll am 30 munud.Ar ôl triniaeth arwyneb rhagarweiniol, cafodd y samplau eu trochi mewn hydoddiant dirlawn 3%.HEC a thargedu halen.Yn olaf, tynnwch nhw allan a'u sychu ar 60 ° C.
Mae'r dull anodizing yn gwella ac yn cryfhau'r haen ocsid naturiol ar y metel goddefol.Cafodd y paneli alwminiwm eu hanodized ag asid sylffwrig mewn cyflwr caled ac yna eu selio mewn dŵr poeth.Roedd anodeiddio yn dilyn ysgythriad cychwynnol gydag 1 mol/l NaOH (600 s) ac yna niwtraliad mewn 1 môl/l HNO3 (60 s).Mae'r hydoddiant electrolyte yn gymysgedd o 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, ac 1 M MgSO4 + 7H2O.Cynhaliwyd anodizing ar (40 ± 1) ° C, 30 mA/cm2 am 1200 eiliad.Cynhaliwyd y broses selio mewn amrywiol atebion heli fel y disgrifir yn y deunyddiau (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Mae'r sampl yn cael ei ferwi ynddo am 1800 eiliad.
Ymchwiliwyd i dri dull gwahanol ar gyfer cynhyrchu cyfansoddion: cotio gludiog, adwaith uniongyrchol, a thriniaeth arwyneb.Mae manteision ac anfanteision pob dull hyfforddi yn cael eu dadansoddi a'u trafod yn systematig.Defnyddiwyd arsylwi uniongyrchol, nanodelweddu, a dadansoddi cemegol/elfenol i werthuso'r canlyniadau.
Dewiswyd anodizing fel dull trin wyneb trosi i gynyddu adlyniad hydradau halen.Mae'r driniaeth arwyneb hon yn creu strwythur mandyllog o alwmina (alwmina) yn uniongyrchol ar yr wyneb alwminiwm.Yn draddodiadol, mae'r dull hwn yn cynnwys dau gam: mae'r cam cyntaf yn creu strwythur mandyllog o alwminiwm ocsid, ac mae'r ail gam yn creu gorchudd o alwminiwm hydrocsid sy'n cau'r mandyllau.Mae'r canlynol yn ddau ddull o rwystro halen heb rwystro mynediad i'r cyfnod nwy.Mae'r cyntaf yn cynnwys system diliau gan ddefnyddio tiwbiau alwminiwm ocsid bach (Al2O3) a gafwyd yn y cam cyntaf i ddal y crisialau adsorbent a chynyddu ei adlyniad i arwynebau metel.Mae gan y diliau sy'n deillio o hyn ddiamedr o tua 50 nm a hyd o 200 nm (Ffig. 1a).Fel y soniwyd yn gynharach, mae'r ceudodau hyn fel arfer yn cael eu cau mewn ail gam gyda haen denau o boehmite Al2O(OH)2 a gefnogir gan broses berwi tiwb alwmina.Yn yr ail ddull, mae'r broses selio hon yn cael ei haddasu yn y fath fodd fel bod y crisialau halen yn cael eu dal mewn haen gorchudd unffurf o boehmite (Al2O (OH)), na ddefnyddir ar gyfer selio yn yr achos hwn.Mae'r ail gam yn cael ei wneud mewn hydoddiant dirlawn o'r halen cyfatebol.Mae gan y patrymau a ddisgrifir feintiau yn yr ystod o 50-100 nm ac maent yn edrych fel diferion wedi'u tasgu (Ffig. 1b).Mae gan yr arwyneb a geir o ganlyniad i'r broses selio strwythur gofodol amlwg gydag ardal gyswllt gynyddol.Mae'r patrwm arwyneb hwn, ynghyd â'u cyfluniadau bondio niferus, yn ddelfrydol ar gyfer cario a dal crisialau halen.Mae'r ddau strwythur a ddisgrifir yn ymddangos yn wirioneddol fandyllog ac mae ganddynt geudodau bach sy'n ymddangos yn addas iawn ar gyfer cadw hydradau halen ac arsugniad anweddau i'r halen yn ystod gweithrediad yr adsorber.Fodd bynnag, gall dadansoddiad elfennol o'r arwynebau hyn gan ddefnyddio EDX ganfod symiau hybrin o fagnesiwm a sylffwr ar wyneb boehmite, nad ydynt yn cael eu canfod yn achos wyneb alwmina.
Cadarnhaodd ATR-FTIR y sampl mai magnesiwm sylffad oedd yr elfen (gweler Ffigur 2b).Mae'r sbectrwm yn dangos copaon ïon sylffad nodweddiadol ar 610–680 a 1080–1130 cm–1 a chopaon dŵr dellt nodweddiadol yn 1600–1700 cm–1 a 3200–3800 cm–1 (gweler Ffig. 2a, c).).Nid yw presenoldeb ïonau magnesiwm bron yn newid y sbectrwm54.
(a) EDX plât alwminiwm MgSO4 wedi'i orchuddio â boehmite, (b) sbectra ATR-FTIR o haenau boehmite a MgSO4, (c) sbectra ATR-FTIR o MgSO4 pur.
Cadarnhawyd cynnal effeithlonrwydd arsugniad gan TGA.Ar ffig.Mae 3b yn dangos uchafbwynt dadsugniad o tua.60°C.Nid yw'r brig hwn yn cyfateb i dymheredd y ddau frig a welwyd yn TGA o halen pur (Ffig. 3a).Gwerthuswyd ailadroddadwyedd y cylch arsugniad-amsugno, a gwelwyd yr un gromlin ar ôl gosod y samplau mewn awyrgylch llaith (Ffig. 3c).Gall y gwahaniaethau a welwyd yn ail gam y dadsugniad fod o ganlyniad i ddadhydradu mewn awyrgylch sy'n llifo, gan fod hyn yn aml yn arwain at ddadhydradu anghyflawn.Mae'r gwerthoedd hyn yn cyfateb i tua 17.9 g/m2 yn y dad-ddyfrio cyntaf a 10.3 g/m2 yn yr ail ddad-ddyfrio.
Cymharu dadansoddiad TGA o boehmite a MgSO4: dadansoddiad TGA o MgSO4 pur (a), cymysgedd (b) ac ar ôl ailhydradu (c).
Cyflawnwyd yr un dull â chalsiwm clorid ag adsorbent.Cyflwynir y canlyniadau yn Ffigur 4. Datgelodd archwiliad gweledol o'r wyneb fân newidiadau yn y glow metelaidd.Prin y gellir gweld y ffwr.Cadarnhaodd SEM bresenoldeb crisialau bach wedi'u dosbarthu'n gyfartal dros yr wyneb.Fodd bynnag, ni ddangosodd TGA unrhyw ddadhydradu o dan 150°C.Gall hyn fod oherwydd y ffaith bod cyfran yr halen yn rhy fach o'i gymharu â chyfanswm màs y swbstrad i'w ganfod gan TGA.
Dangosir canlyniadau triniaeth arwyneb y cotio sylffad copr trwy'r dull anodizing yn ffig.5. Yn yr achos hwn, ni ddigwyddodd ymgorfforiad disgwyliedig CuSO4 yn y strwythur Al ocsid.Yn lle hynny, gwelir nodwyddau rhydd gan eu bod yn cael eu defnyddio'n gyffredin ar gyfer copr hydrocsid Cu(OH)2 a ddefnyddir gyda lliwiau turquoise nodweddiadol.
Profwyd y driniaeth arwyneb anodized hefyd mewn cyfuniad â strontiwm clorid.Roedd y canlyniadau'n dangos cwmpas anwastad (gweler Ffigur 6a).I benderfynu a oedd yr halen yn gorchuddio'r wyneb cyfan, cynhaliwyd dadansoddiad EDX.Ychydig o strontiwm a llawer o alwminiwm sy'n dangos y gromlin ar gyfer pwynt yn yr ardal lwyd (pwynt 1 yn Ffig. 6b).Mae hyn yn dynodi cynnwys isel o strontiwm yn y parth mesuredig, sydd, yn ei dro, yn dangos cwmpas isel o strontiwm clorid.I'r gwrthwyneb, mae gan ardaloedd gwyn gynnwys uchel o strontiwm a chynnwys isel o alwminiwm (pwyntiau 2–6 yn Ffig. 6b).Mae dadansoddiad EDX o'r ardal wen yn dangos dotiau tywyllach (pwyntiau 2 a 4 yn Ffig. 6b), isel mewn clorin ac uchel mewn sylffwr.Gall hyn fod yn arwydd o ffurfio strontiwm sylffad.Mae dotiau mwy disglair yn adlewyrchu cynnwys clorin uchel a chynnwys isel o sylffwr (pwyntiau 3, 5, a 6 yn Ffig. 6b).Gellir esbonio hyn gan y ffaith bod prif ran y cotio gwyn yn cynnwys y strontiwm clorid disgwyliedig.Cadarnhaodd TGA y sampl ddehongliad y dadansoddiad gydag uchafbwynt ar dymheredd nodweddiadol clorid strontiwm pur (Ffig. 6c).Gellir cyfiawnhau eu gwerth bach gan ffracsiwn bach o halen o gymharu â màs y cynhaliad metel.Mae'r màs amsugniad a bennwyd yn yr arbrofion yn cyfateb i'r swm o 7.3 g/m2 a ryddhawyd fesul uned arwynebedd yr arsugnwr ar dymheredd o 150°C.
Profwyd haenau sinc sylffad wedi'u trin â Eloxal hefyd.Yn facrosgopig, mae'r gorchudd yn haen denau ac unffurf iawn (Ffig. 7a).Fodd bynnag, datgelodd SEM arwynebedd wedi'i orchuddio â grisialau bach wedi'u gwahanu gan ardaloedd gwag (Ffig. 7b).Cymharwyd TGA y cotio a'r swbstrad â halen pur (Ffigur 7c).Mae gan halen pur un brig anghymesur ar 59.1°C.Dangosodd yr alwminiwm â chaenen ddau gopa bach ar 55.5°C a 61.3°C, gan ddangos presenoldeb hydrad sinc sylffad.Mae’r gwahaniaeth màs a ddatgelwyd yn yr arbrawf yn cyfateb i 10.9 g/m2 ar dymheredd dadhydradu o 150°C.
Fel yn y cais blaenorol53, defnyddiwyd cellwlos hydroxyethyl fel rhwymwr i wella adlyniad a sefydlogrwydd y cotio sorbent.Aseswyd cydweddoldeb deunydd a'r effaith ar berfformiad arsugniad gan TGA.Gwneir y dadansoddiad mewn perthynas â chyfanswm y màs, hy mae'r sampl yn cynnwys plât metel a ddefnyddir fel swbstrad cotio.Mae adlyniad yn cael ei brofi gan brawf sy'n seiliedig ar y prawf traws-riant a ddiffinnir yn y fanyleb ISO2409 (ni all fodloni'r fanyleb gwahanu rhicyn yn dibynnu ar drwch a lled y fanyleb).
Arweiniodd gorchuddio'r paneli â chalsiwm clorid (CaCl2) (gweler Ffig. 8a) at ddosbarthiad anwastad, na welwyd yn y cotio alwminiwm pur a ddefnyddiwyd ar gyfer y prawf rhicyn traws.O'i gymharu â'r canlyniadau ar gyfer CaCl2 pur, mae TGA (Ffig. 8b) yn dangos dau gopa nodweddiadol wedi symud tuag at dymheredd is o 40 a 20°C, yn y drefn honno.Nid yw'r prawf trawstoriad yn caniatáu cymhariaeth wrthrychol oherwydd bod y sampl CaCl2 pur (sampl ar y dde yn Ffig. 8c) yn waddod powdrog, sy'n tynnu'r gronynnau uchaf.Dangosodd canlyniadau HEC orchudd tenau ac unffurf iawn gydag adlyniad boddhaol.Y gwahaniaeth màs a ddangosir yn ffig.Mae 8b yn cyfateb i 51.3 g/m2 fesul uned arwynebedd yr adsorber ar dymheredd o 150 ° C.
Cafwyd canlyniadau cadarnhaol hefyd o ran adlyniad ac unffurfiaeth gyda magnesiwm sylffad (MgSO4) (gweler Ffig. 9).Dangosodd dadansoddiad o broses disugno'r cotio bresenoldeb un brig o tua.60°C.Mae'r tymheredd hwn yn cyfateb i'r prif gam ansugniad a welir wrth ddadhydradu halwynau pur, sy'n cynrychioli cam arall ar 44 ° C.Mae'n cyfateb i'r trawsnewidiad o hecsahydrad i bentahydrad ac ni chaiff ei arsylwi yn achos haenau â rhwymwyr.Mae profion trawstoriad yn dangos dosbarthiad ac adlyniad gwell o gymharu â haenau wedi'u gwneud gan ddefnyddio halen pur.Mae'r gwahaniaeth màs a welwyd yn TGA-DTC yn cyfateb i 18.4 g/m2 fesul uned arwynebedd yr adsorber ar dymheredd o 150 ° C.
Oherwydd afreoleidd-dra arwyneb, mae gan strontiwm clorid (SrCl2) orchudd anwastad ar yr esgyll (Ffig. 10a).Fodd bynnag, dangosodd canlyniadau'r prawf rhicyn ardraws ddosbarthiad unffurf gydag adlyniad sylweddol well (Ffig. 10c).Dangosodd dadansoddiad TGA wahaniaeth bach iawn mewn pwysau, y mae'n rhaid iddo fod oherwydd y cynnwys halen is o'i gymharu â'r swbstrad metel.Fodd bynnag, mae'r camau ar y gromlin yn dangos presenoldeb proses dadhydradu, er bod y brig yn gysylltiedig â'r tymheredd a geir wrth nodweddu halen pur.Y copaon ar 110°C a 70.2°C a welir yn y Ffigys.Darganfuwyd 10b hefyd wrth ddadansoddi halen pur.Fodd bynnag, ni chafodd y prif gam dadhydradu a welwyd mewn halen pur ar 50 ° C ei adlewyrchu yn y cromliniau sy'n defnyddio'r rhwymwr.Mewn cyferbyniad, dangosodd cymysgedd y rhwymwr ddau uchafbwynt ar 20.2 ° C a 94.1 ° C, na chawsant eu mesur ar gyfer yr halen pur (Ffig. 10b).Ar dymheredd o 150 ° C, mae'r gwahaniaeth màs a arsylwyd yn cyfateb i 7.2 g / m2 fesul uned arwynebedd yr adsorber.
Nid oedd y cyfuniad o HEC a sinc sylffad (ZnSO4) yn rhoi canlyniadau derbyniol (Ffigur 11).Ni ddatgelodd dadansoddiad TGA o'r metel wedi'i orchuddio unrhyw brosesau dadhydradu.Er bod dosbarthiad ac adlyniad y cotio wedi gwella, mae ei briodweddau ymhell o fod yn optimaidd o hyd.
Y ffordd symlaf o orchuddio ffibrau metel â haen denau ac unffurf yw trwytho gwlyb (Ffig. 12a), sy'n cynnwys paratoi'r halen targed a thrwytho ffibrau metel gyda hydoddiant dyfrllyd.
Wrth baratoi ar gyfer trwytho gwlyb, deuir ar draws dwy brif broblem.Ar y naill law, mae tensiwn wyneb yr hydoddiant halwynog yn atal ymgorffori'r hylif yn gywir yn y strwythur mandyllog.Dim ond trwy ostwng y tensiwn arwyneb a gwlychu'r sampl â dŵr distyll y gellir lleihau crisialu ar yr wyneb allanol (Ffig. 12d) a swigod aer sydd wedi'u dal y tu mewn i'r strwythur (Ffig. 12c).Mae diddymu gorfodol yn y sampl trwy wacáu'r aer o fewn neu trwy greu llif datrysiad yn y strwythur yn ffyrdd effeithiol eraill o sicrhau llenwi'r strwythur yn llwyr.
Yr ail broblem a gafwyd wrth baratoi oedd tynnu'r ffilm o ran o'r halen (gweler Ffig. 12b).Nodweddir y ffenomen hon gan ffurfio cotio sych ar yr wyneb diddymu, sy'n atal y sychu a ysgogir yn ddarfudol ac yn cychwyn y broses a ysgogwyd gan drylediad.Mae'r ail fecanwaith yn llawer arafach na'r cyntaf.O ganlyniad, mae angen tymheredd uchel am amser sychu rhesymol, sy'n cynyddu'r risg y bydd swigod yn ffurfio y tu mewn i'r sampl.Mae'r broblem hon yn cael ei datrys trwy gyflwyno dull arall o grisialu yn seiliedig nid ar newid crynodiad (anweddiad), ond ar newid tymheredd (fel yn yr enghraifft gyda MgSO4 yn Ffig. 13).
Cynrychiolaeth sgematig o'r broses grisialu yn ystod oeri a gwahanu cyfnodau solet a hylif gan ddefnyddio MgSO4.
Gellir paratoi hydoddiannau halen dirlawn ar dymheredd ystafell (HT) neu'n uwch na hynny gan ddefnyddio'r dull hwn.Yn yr achos cyntaf, gorfodwyd crisialu trwy ostwng y tymheredd islaw tymheredd yr ystafell.Yn yr ail achos, digwyddodd crisialu pan gafodd y sampl ei oeri i dymheredd ystafell (RT).Y canlyniad yw cymysgedd o grisialau (B) a hydoddi (A), y mae ei ran hylif yn cael ei dynnu gan aer cywasgedig.Mae'r dull hwn nid yn unig yn osgoi ffurfio ffilm ar y hydradau hyn, ond hefyd yn lleihau'r amser sydd ei angen ar gyfer paratoi cyfansoddion eraill.Fodd bynnag, mae tynnu hylif gan aer cywasgedig yn arwain at grisialu halen ychwanegol, gan arwain at orchudd mwy trwchus.
Mae dull arall y gellir ei ddefnyddio i orchuddio arwynebau metel yn cynnwys cynhyrchu halwynau targed yn uniongyrchol trwy adweithiau cemegol.Mae gan gyfnewidwyr gwres wedi'u gorchuddio a wneir gan adwaith asidau ar arwynebau metel esgyll a thiwbiau nifer o fanteision, fel yr adroddwyd yn ein hastudiaeth flaenorol.Arweiniodd cymhwyso'r dull hwn i ffibrau at ganlyniadau gwael iawn oherwydd ffurfio nwyon yn ystod yr adwaith.Mae gwasgedd y swigod nwy hydrogen yn cronni y tu mewn i'r stiliwr ac yn symud wrth i'r cynnyrch gael ei daflu allan (Ffig. 14a).
Mae'r cotio wedi'i addasu trwy adwaith cemegol i reoli trwch a dosbarthiad y cotio yn well.Mae'r dull hwn yn golygu pasio ffrwd niwl asid drwy'r sampl (Ffigur 14b).Disgwylir i hyn arwain at orchudd unffurf trwy adwaith â'r metel swbstrad.Roedd y canlyniadau'n foddhaol, ond roedd y broses yn rhy araf i'w hystyried yn ddull effeithiol (Ffig. 14c).Gellir cyflawni amseroedd ymateb byrrach trwy wresogi lleol.
Er mwyn goresgyn anfanteision y dulliau uchod, astudiwyd dull cotio yn seiliedig ar ddefnyddio gludyddion.Dewiswyd HEC ar sail y canlyniadau a gyflwynwyd yn yr adran flaenorol.Paratowyd yr holl samplau ar 3% wt.Mae'r rhwymwr yn gymysg â halen.Cafodd y ffibrau eu trin ymlaen llaw yn unol â'r un weithdrefn ag ar gyfer yr asennau, hy eu socian mewn 50% cyf.o fewn 15 munud.asid sylffwrig, yna'n cael ei socian mewn sodiwm hydrocsid am 20 eiliad, ei olchi mewn dŵr distyll ac yn olaf ei socian mewn dŵr distyll am 30 munud.Yn yr achos hwn, ychwanegwyd cam ychwanegol cyn impregnation.Trochwch y sampl yn fyr mewn hydoddiant halen targed gwanedig a'i sychu ar dymheredd o tua 60°C.Mae'r broses wedi'i chynllunio i addasu wyneb y metel, gan greu safleoedd cnewyllol sy'n gwella dosbarthiad y cotio yn y cam olaf.Mae gan y strwythur ffibrog un ochr lle mae'r ffilamentau'n deneuach ac wedi'u pacio'n dynn, a'r ochr arall lle mae'r ffilamentau'n fwy trwchus ac yn llai gwasgaredig.Mae hyn o ganlyniad i 52 o brosesau gweithgynhyrchu.
Mae'r canlyniadau ar gyfer calsiwm clorid (CaCl2) wedi'u crynhoi a'u darlunio gyda lluniau yn Nhabl 1. Cwmpas da ar ôl brechiad.Roedd hyd yn oed y llinynnau hynny heb unrhyw grisialau gweladwy ar yr wyneb wedi lleihau adlewyrchiadau metelaidd, gan ddangos newid yn y gorffeniad.Fodd bynnag, ar ôl i'r samplau gael eu trwytho â chymysgedd dyfrllyd o CaCl2 a HEC a'u sychu ar dymheredd o tua 60 ° C, cafodd y haenau eu crynhoi ar groestoriadau'r strwythurau.Mae hwn yn effaith a achosir gan densiwn wyneb yr ateb.Ar ôl socian, mae'r hylif yn aros y tu mewn i'r sampl oherwydd ei densiwn arwyneb.Yn y bôn mae'n digwydd ar groesffordd strwythurau.Mae gan ochr orau'r sbesimen sawl tyllau wedi'u llenwi â halen.Cynyddodd y pwysau 0.06 g/cm3 ar ôl gorchuddio.
Roedd gorchuddio â magnesiwm sylffad (MgSO4) yn cynhyrchu mwy o halen fesul uned gyfaint (Tabl 2).Yn yr achos hwn, y cynyddiad mesuredig yw 0.09 g/cm3.Arweiniodd y broses hadu at sylw sampl helaeth.Ar ôl y broses gorchuddio, mae'r halen yn blocio ardaloedd mawr o ochr denau'r sampl.Yn ogystal, mae rhai rhannau o'r matte wedi'u rhwystro, ond cedwir rhywfaint o fandylledd.Yn yr achos hwn, mae'n hawdd arsylwi ffurfio halen ar groesffordd y strwythurau, gan gadarnhau bod y broses gorchuddio yn bennaf oherwydd tensiwn wyneb yr hylif, ac nid y rhyngweithio rhwng yr halen a'r swbstrad metel.
Dangosodd y canlyniadau ar gyfer y cyfuniad o strontiwm clorid (SrCl2) a HEC briodweddau tebyg i'r enghreifftiau blaenorol (Tabl 3).Yn yr achos hwn, mae ochr deneuach y sampl bron yn gyfan gwbl.Dim ond mandyllau unigol sy'n weladwy, a ffurfiwyd wrth sychu o ganlyniad i ryddhau stêm o'r sampl.Mae'r patrwm a welwyd ar yr ochr matte yn debyg iawn i'r achos blaenorol, mae'r ardal wedi'i rhwystro â halen ac nid yw'r ffibrau wedi'u gorchuddio'n llwyr.
Er mwyn gwerthuso effaith gadarnhaol y strwythur ffibrog ar berfformiad thermol y cyfnewidydd gwres, penderfynwyd dargludedd thermol effeithiol y strwythur ffibrog wedi'i orchuddio a'i gymharu â'r deunydd cotio pur.Mesurwyd dargludedd thermol yn ôl ASTM D 5470-2017 gan ddefnyddio'r ddyfais panel gwastad a ddangosir yn Ffigur 15a gan ddefnyddio deunydd cyfeirio â dargludedd thermol hysbys.O'i gymharu â dulliau mesur dros dro eraill, mae'r egwyddor hon yn fanteisiol ar gyfer deunyddiau mandyllog a ddefnyddir yn yr astudiaeth gyfredol, gan fod y mesuriadau'n cael eu perfformio mewn cyflwr cyson a chyda maint sampl digonol (arwynebedd sylfaen 30 × 30 mm2, uchder tua 15 mm).Paratowyd samplau o'r deunydd cotio pur (cyfeirnod) a'r strwythur ffibr gorchuddio ar gyfer mesuriadau i gyfeiriad y ffibr ac yn berpendicwlar i gyfeiriad y ffibr i werthuso effaith dargludedd thermol anisotropig.Cafodd y sbesimenau eu malu ar yr wyneb (graean P320) i leihau effaith garwedd arwyneb oherwydd paratoi sbesimen, nad yw'n adlewyrchu'r strwythur o fewn y sbesimen.