Eskerrik asko Nature.com bisitatzeagatik.Erabiltzen ari zaren arakatzailearen bertsioak CSS laguntza mugatua du.Esperientzia onena lortzeko, eguneratutako arakatzailea erabiltzea gomendatzen dugu (edo Internet Explorer-en bateragarritasun modua desgaitzea).Bitartean, laguntza etengabea bermatzeko, gunea estilorik eta JavaScript gabe errendatuko dugu.
Adsortzio-hozte sistemen eta bero-ponpen merkatu-kuota nahiko txikia da oraindik konpresore-sistemen tradizionalekin alderatuta.Bero merkea erabiltzeak (lan elektriko garestiaren ordez) abantaila handia izan arren, adsortzio-printzipioetan oinarritutako sistemen ezarpena aplikazio zehatz batzuetara mugatzen da oraindik.Ezabatu behar den desabantaila nagusia potentzia espezifikoa gutxitzea da, eroankortasun termiko baxuagatik eta xurgatzailearen egonkortasun baxuagatik.Adsortzio-hozte-sistema komertzialak egungo punta-puntako hozte-ahalmena optimizatzeko estalitako plaka-bero-trukagailuetan oinarritutako xurgatzaileetan oinarritzen dira.Emaitzak jakina da estalduraren lodiera gutxitzeak masa transferentziaren inpedantzia gutxitzea dakarrela, eta egitura eroaleen azalera-bolumen erlazioa handitzeak potentzia handitzen duela eraginkortasuna kaltetu gabe.Lan honetan erabilitako metal-zuntzek 2500-50.000 m2/m3 bitarteko azalera zehatz bat eman dezakete.Gainazal metalikoetan gatz hidratoen estaldura oso mehe baina egonkorrak lortzeko hiru metodok, metal-zuntzak barne, estaldurak egiteko, lehen aldiz erakusten dute potentzia handiko dentsitate-trukagailu bat.Aluminiozko anodizazioan oinarritutako gainazaleko tratamendua estalduraren eta substratuaren arteko lotura sendoagoa sortzeko aukeratzen da.Sortutako gainazalaren mikroegitura ekorketa-mikroskopia elektronikoaren bidez aztertu da.Saiakuntzan nahi den espezieen presentzia egiaztatzeko, Fourier transformatu infragorrien espektroskopia eta energia-sakabanaketa X izpien espektroskopia erabili ziren.Hidratoak sortzeko gaitasuna analisi termogravimetriko konbinatuaren (TGA)/analisi termogravimetriko diferentzial (DTG) konbinatuaren bidez baieztatu zen.MgSO4 estalduran 0,07 g (ura)/g (konposatua) baino kalitate eskasa aurkitu zen, 60 °C inguruko deshidratazio-zantzuak erakutsiz eta birhidratatu ondoren errepika daitezke.Emaitza positiboak ere lortu ziren SrCl2 eta ZnSO4-rekin 100 °C-tik behera 0,02 g/g inguruko masa-diferentziarekin.Hidroxietilzelulosa gehigarri gisa aukeratu zen estalduraren egonkortasuna eta atxikimendua areagotzeko.Produktuen adsortzio-propietateak aldibereko TGA-DTG bidez ebaluatu ziren eta haien atxikimendua ISO2409an deskribatutako probetan oinarritutako metodo baten bidez ezaugarritu zen.CaCl2 estalduraren koherentzia eta atxikimendua nabarmen hobetzen dira 100 °C-tik beherako tenperaturetan 0,1 g/g inguruko pisu-diferentziarekin adsortzio ahalmena mantentzen duen bitartean.Horrez gain, MgSO4k hidratoak sortzeko gaitasuna mantentzen du, 0,04 g/g baino gehiagoko masa-diferentzia erakutsiz 100 °C-tik beherako tenperaturetan.Azkenik, estalitako zuntz metalikoak aztertzen dira.Emaitzek erakusten dute Al2(SO4)3-z estalitako zuntz-egituraren eroankortasun termiko eraginkorra 4,7 aldiz handiagoa izan daitekeela Al2(SO4)3 puruaren bolumenarekin alderatuta.Aztertutako estalkien estaldura bisualki aztertu zen, eta barne-egitura ebaluatu zen gurutze-sekzioen irudi mikroskopiko baten bidez.50 µm inguruko lodiera duen Al2(SO4)3 estaldura lortu da, baina prozesu orokorra optimizatu behar da banaketa uniformeagoa lortzeko.
Adsortzio-sistemek arreta handia lortu dute azken hamarkadetan, konpresio bero-ponpa edo hozte-sistemen ohiko alternatiba ingurumena errespetatzen baitute.Erosotasun estandarrak eta munduko batez besteko tenperaturak gora eginda, adsortzio-sistemek erregai fosilekiko menpekotasuna murrizten dute etorkizun hurbilean.Gainera, adsortzioko hozte edo bero-ponpetan egindako hobekuntzak energia termiko biltegiratzera transferi daitezke, eta horrek energia primarioa eraginkortasunez erabiltzeko ahalmenaren gehikuntza gehitzen du.Adsortzioko bero-ponpen eta hozte sistemen abantaila nagusia bero-masa baxuarekin funtziona dezaketela da.Horrek tenperatura baxuko iturrietarako egokiak bihurtzen ditu, hala nola eguzki-energia edo hondakin-beroa.Energia biltegiratzeko aplikazioei dagokienez, adsortzioak energia dentsitate handiagoaren eta energia xahupen txikiagoaren abantaila du bero sentikor edo ezkutuan gordetzearen aldean.
Adsortzio-bero-ponpak eta hozte-sistemek lurrun-konpresioaren parekoen ziklo termodinamiko bera jarraitzen dute.Desberdintasun nagusia konpresoreen osagaiak adsorbagailuekin ordezkatzea da.Elementuak presio baxuko hozgarri-lurruna xurgatzeko gai da tenperatura moderatuan, eta hozgarri gehiago lurruntzen du likidoa hotza dagoenean ere.Beharrezkoa da adsorbatzailearen etengabeko hoztea bermatzea, adsortzioaren entalpia (exotermoa) baztertzeko.Xurgatzailea tenperatura altuan birsortzen da, eta hozgarriaren lurruna desorbitu egiten da.Berotzeak desortzio-entalpia (endotermikoa) ematen jarraitu behar du.Adsortzio-prozesuak tenperatura-aldaketak direla eta, potentzia-dentsitate handiak eroankortasun termiko handia eskatzen du.Hala ere, eroankortasun termiko baxua da, alde handiz, desabantaila nagusia aplikazio gehienetan.
Eroankortasunaren arazo nagusia bere batez besteko balioa handitzea da, adsortzio/dessortzio lurrunen fluxua ematen duen garraio-bidea mantenduz.Hori lortzeko bi ikuspegi erabili ohi dira: bero-trukagailu konposatuak eta estalitako bero-trukagailuak.Material konposatu ezagunenak eta arrakastatsuenak karbonoan oinarritutako gehigarriak erabiltzen dituztenak dira, hots, grafito hedatua, ikatz aktibatua edo karbono zuntzak.Oliveira et al.2 hedatutako grafito hauts kaltzio kloruroz 306 W/kg arteko hozte-ahalmen espezifikoa (SCP) eta 0,46 arteko errendimendu koefizientea (COP) duen adsorbatzailea sortzeko.Zajaczkowski et al.3k grafito hedatuaren, karbono-zuntzaren eta kaltzio kloruroaren konbinazio bat proposatu zuen, guztira 15 W/mK-ko eroankortasunarekin.Jian et al4-ek grafito natural hedatua (ENG-TSA) tratatutako azido sulfurikoa duten konpositeak probatu zituzten substratu gisa, adsortzio biko hozte-ziklo batean.Ereduak COP 0,215etik 0.285era eta SCP 161.4tik 260.74 W/kg aurreikusi zuen.
Konponbiderik bideragarriena estalitako bero-trukagailua da.Bero-trukagailu hauen estaldura-mekanismoak bi kategoriatan bana daitezke: sintesi zuzena eta itsasgarriak.Metodo arrakastatsuena sintesia zuzena da, erreaktibo egokietatik bero-trukagailuen gainazalean zuzenean adsorbatzaileak diren materialak sortzea dakar.Sotech5-ek estalitako zeolita sintetizatzeko metodo bat patentatu du Fahrenheit GmbH-ek fabrikatutako hozkailu sorta batean erabiltzeko.Schnabel et al6-k altzairu herdoilgaitzez estalitako bi zeoliten errendimendua probatu zuten.Hala ere, metodo honek xurgatzaile espezifikoekin bakarrik funtzionatzen du, eta horrek itsasgarriekin estaldura alternatiba interesgarria bihurtzen du.Aglutinatzaileak xurgatzaileen atxikimendua eta/edo masa-transferentzia laguntzeko aukeratutako substantzia pasiboak dira, baina ez dute adsortzioan edo eroankortasunean hobetzen.Freni et al.AQSOA-Z02 zeolita duten estalitako aluminiozko 7 bero-trukagailu buztinen oinarritutako aglutinatzaile batekin egonkortuta.Calabrese et al.8k aglutinatzaile polimerikoekin zeoliten estaldurak prestatzea aztertu zuten.Ammann et al.9k zeolita-estaldura porotsuak prestatzeko metodo bat proposatu zuten alkohol polibinilaren nahaste magnetikoetatik abiatuta.Alumina (alumina) 10. aglutinatzaile gisa ere erabiltzen da xurgatzailean.Dakigunez, zelulosa eta hidroxietil zelulosa xurgatzaile fisikoekin konbinatuta soilik erabiltzen dira11,12.Batzuetan kola ez da pinturarako erabiltzen, egitura 13 bere kabuz eraikitzeko erabiltzen da.Alginato-polimero-matrizeak gatz-hidrato anitzekin konbinatuta, lehortzean ihesak saihesten dituzten eta masa-transferentzia egokia eskaintzen duten konposatu-egitura malguak eratzen dituzte.Bentonita eta atapulgita bezalako buztinak aglutinatzaile gisa erabili izan dira konposatuak prestatzeko15,16,17.Etilzelulosa kaltzio kloruroa18 edo sodio sulfuroa19 mikrokapsulatzeko erabili izan da.
Metalezko egitura porotsua duten konpositeak bero-trukagailu gehigarrietan eta estalitako bero-trukagailuetan bana daitezke.Egitura hauen abantaila azalera espezifiko handia da.Honen ondorioz, adsorbentearen eta metalaren arteko ukipen-azalera handiagoa da masa geldorik gehitu gabe, eta horrek hozte-zikloaren eraginkortasun orokorra murrizten du.Lang et al.20k aluminiozko abaraska-egitura duen zeolita xurgatzaile baten eroankortasun orokorra hobetu dute.Gillerminot et al.21 NaX zeolita geruzen eroankortasun termikoa hobetu zuen kobre eta nikel apararekin.Konposatuak fase-aldaketako material (PCM) gisa erabiltzen badira ere, Li et al-en aurkikuntzak.22 eta Zhao et al.23 kimisortziorako ere interesgarriak dira.Hedatutako grafitoaren eta metalezko apararen errendimendua alderatu zuten eta azken hori hobetsi zela ondorioztatu zuten korrosioa arazoa ez bazen bakarrik.Palomba et al.beste egitura porotsu metaliko batzuk alderatu berri dituzte24.Van der Pal et al.aparren 25 txertatutako metal-gatzak aztertu dituzte.Aurreko adibide guztiak partikula-xurgatzaileen geruza trinkoei dagozkie.Metalezko egitura porotsuak ia ez dira erabiltzen xurgatzaileak estaltzeko, hau da, irtenbide optimoagoa.Zeolitekin lotzearen adibide bat Wittstadt et al.26 baina ez da saiakerarik egin gatz-hidratoak lotzeko energia-dentsitate handiagoa izan arren 27 .
Horrela, estaldura xurgatzaileak prestatzeko hiru metodo aztertuko dira artikulu honetan: (1) aglutinatzaileen estaldura, (2) erreakzio zuzena eta (3) gainazaleko tratamendua.Hidroxietilzelulosa izan zen lan honetan aukeratutako aglutinatzailea aldez aurretik jakinarazitako egonkortasunagatik eta estalduraren atxikimendu onagatik, xurgatzaile fisikoekin konbinatuta.Metodo hau hasieran estaldura lauetarako ikertu zen eta gero metalezko zuntz egituretan aplikatu zen.Aurretik, estaldura xurgatzaileen eraketarekin erreakzio kimikoak izateko aukeraren aurretiazko analisia jakinarazi zen.Aurreko esperientzia orain metal-zuntz egituren estaldurara transferitzen ari da.Lan honetarako aukeratutako gainazaleko tratamendua aluminioaren anodizazioan oinarritutako metodoa da.Aluminiozko anodizazioa arrakastaz konbinatu da metalezko gatzekin helburu estetikoetarako29.Kasu horietan, estaldura oso egonkorrak eta korrosioarekiko erresistenteak lor daitezke.Hala ere, ezin dute adsortzio edo desortzio prozesurik egin.Artikulu honek ikuspegi honen aldaera bat aurkezten du, jatorrizko prozesuaren itsasgarri propietateak erabiliz masa mugitzea ahalbidetzen duena.Dakigunez, hemen deskribatutako metodoetako bat ere ez da aurretik aztertu.Teknologia berri oso interesgarria irudikatzen dute, estaldura xurgatzaile hidratatuak sortzea ahalbidetzen dutelako, maiz aztertzen diren xurgatzaile fisikoen aldean abantaila ugari dituztenak.
Esperimentu hauetarako substratu gisa erabilitako aluminiozko estanpatutako plakak ALINVEST Břidličná-k (Txekiar Errepublika) eman zituen.%98,11 aluminioa, %1,3622 burdina, %0,3618 manganesoa eta kobre, magnesio, silizio, titanio, zink, kromo eta nikel arrastoak dituzte.
Konpositeak fabrikatzeko aukeratutako materialak propietate termodinamikoen arabera hautatzen dira, hots, 120°C-tik beherako tenperaturetan xurgatu/desorb dezaketen ur kantitatearen arabera.
Magnesio sulfatoa (MgSO4) gatz hidratatu interesgarri eta aztertuenetako bat da30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Propietate termodinamikoak sistematikoki neurtu dira eta adsortzio-hoztearen, bero-ponpenen eta energia biltegiaren alorretan aplikazioetarako egokiak direla ikusi da.Magnesio sulfato lehorra CAS-Nr.7487-88-9 % 99 (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Alemania) erabili zen.
Kaltzio kloruroa (CaCl2) (H319) ondo aztertutako beste gatz bat da, bere hidratoak propietate termodinamiko interesgarriak dituelako41,42,43,44.Kaltzio kloruro hexahidrato CAS-Zk.7774-34-7 %97 erabilia (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Alemania).
Zink sulfatoak (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) eta bere hidratoek tenperatura baxuko xurgapen prozesuetarako propietate termodinamikoak dituzte45,46.Zink sulfato heptahidrato CAS-Nr.7733-02-0 % 99,5 (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Alemania) erabili zen.
Estrontzio kloruroak (SrCl2) (H318) ere propietate termodinamiko interesgarriak ditu4,45,47, nahiz eta maiz amoniakoarekin konbinatzen den adsortzioko bero-ponpan edo energia biltegiratzeko ikerketan.Sintesirako estrontzio kloruro hexahidrato CAS-Nr.10.476-85-4 % 99,0–102,0 (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, AEB) erabili da.
Kobre sulfatoa (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ez dago literatura profesionalean maiz aurkitzen diren hidratoen artean, nahiz eta bere propietate termodinamikoak tenperatura baxuko aplikazioetarako interesgarriak diren48,49.Kobre sulfatoa CAS-Nr.7758-99-8 % 99 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, AEB) erabili zen sintesirako.
Magnesio kloruroa (MgCl2) energia termikoaren biltegiratzearen alorrean azkenaldian arreta handiagoa jaso duen gatz hidratatuetako bat da50,51.Magnesio kloruro hexahidrato CAS-Nr.7791-18-6 maila farmazeutiko hutsa (Applichem GmbH., Darmstadt, Alemania) erabili zen esperimentuetarako.
Goian esan bezala, hidroxietil zelulosa aukeratu zen antzeko aplikazioetan emaitza positiboak izan zirelako.Gure sintesian erabilitako materiala hidroxietil zelulosa CAS-Nr 9004-62-0 da (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, AEB).
Metal-zuntzak konpresioaren eta sinterizazioaren bidez lotzen diren hari laburrez egiten dira, arragoa urtuaren erauzketa (CME) deritzon prozesu bat52.Horrek esan nahi du haien eroankortasun termikoa fabrikazioan erabilitako metalen eroankortasun masiboaren eta azken egituraren porositatearen araberakoa ez ezik, harien arteko loturen kalitatearen araberakoa ere.Zuntzak ez dira isotropikoak eta ekoizpenean noranzko jakin batean banatu ohi dira, eta horrek eroankortasun termikoa zeharkako norabidean askoz txikiagoa da.
Ura xurgatzeko propietateak aldibereko analisi termogravimetrikoa (TGA)/analisi termogravimetriko diferentziala (DTG) erabiliz ikertu ziren hutseko pakete batean (Netzsch TG 209 F1 Libra).Neurketak nitrogeno atmosfera jarioan egin dira, 10 ml/min-ko emariarekin eta 25 eta 150 °C arteko tenperatura tartean aluminio oxidozko arragoetan.Berotze-abiadura 1 °C/min izan zen, laginaren pisua 10 eta 20 mg bitartekoa izan zen, bereizmena 0,1 μg zen.Lan honetan, kontuan izan behar da azalera unitateko masa-diferentziak ziurgabetasun handia duela.TGA-DTG-n erabiltzen diren laginak oso txikiak dira eta modu irregularrean moztuta daude, eta horrek eremuaren zehaztapena okerra egiten du.Balio hauek eremu handiago batera estrapola daitezke desbideratze handiak kontuan hartzen badira.
Osoko islatze atenuatua Fourier transformatu infragorria (ATR-FTIR) espektroak Bruker Vertex 80 v FTIR espektrometro batean eskuratu ziren (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Alemania) ATR platinozko osagarri bat erabiliz (Bruker Optik GmbH, Alemania).Diamante-kristal lehor hutsen espektroak zuzenean neurtu ziren hutsean laginak neurketa esperimentaletarako atzeko plano gisa erabili aurretik.Laginak hutsean neurtu ziren 2 cm-1eko bereizmen espektrala eta 32ko batez besteko eskaneaketa kopurua erabiliz. Uhin-zenbakia 8000 eta 500 cm-1 bitartekoa da.Analisi espektrala OPUS programaren bidez egin da.
SEM analisia Zeiss-eko DSM 982 Gemini erabiliz egin da 2 eta 5 kV-ko tentsio azeleratzaileetan.Energia barreiatzeko X izpien espektroskopia (EDX) Thermo Fischer System 7 bat erabiliz egin zen, Peltier hoztutako siliziozko desbideratze detektagailuarekin (SSD).
Metalezko plaken prestaketa 53. atalean azaldutakoaren antzeko prozeduraren arabera egin zen. Lehenik, plaka %50eko azido sulfurikoan murgildu.15 minutu.Ondoren, 1 M sodio hidroxidoaren disoluzioan sartu ziren 10 segundo inguruz.Ondoren, laginak ur destilatu kopuru handiarekin garbitu eta, ondoren, ur destilatuan busti 30 minutuz.Gainazaleko aurretiazko tratamenduaren ondoren, laginak % 3ko disoluzio saturatu batean murgildu ziren.HEC eta xede gatza.Azkenik, atera eta lehortu 60°C-tan.
Anodizatu metodoak metal pasiboaren oxido-geruza naturala hobetzen eta indartzen du.Aluminiozko panelak azido sulfurikoarekin anodizatu zituzten egoera gogorrean eta gero ur beroan zigilatu.Anodizazioaren ondoren, 1 mol/l NaOHrekin (600 s) hasierako grabaketa egin zen eta ondoren 1 mol/l HNO3 (60 s) neutralizatu zen.Elektrolito-disoluzioa 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 eta 1 M MgSO4 + 7H2O nahastea da.Anodizazioa (40 ± 1) °C-tan egin zen, 30 mA/cm2 1200 segundoz.Zigilatze-prozesua gatzun-disoluzio ezberdinetan egin da, materialen deskribatutako moduan (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Lagina bertan egosten da 1800 segundoz.
Konpositeak ekoizteko hiru metodo ezberdin ikertu dira: estaldura itsasgarria, erreakzio zuzena eta gainazaleko tratamendua.Prestakuntza metodo bakoitzaren abantailak eta desabantailak sistematikoki aztertu eta eztabaidatzen dira.Behaketa zuzena, nanoirudiak eta analisi kimiko/elementalak erabili dira emaitzak ebaluatzeko.
Anodizazioa bihurtzeko gainazaleko tratamendu metodo gisa aukeratu zen gatz-hidratoen atxikimendua areagotzeko.Gainazaleko tratamendu honek aluminioaren (alumina) egitura porotsu bat sortzen du zuzenean aluminioaren gainazalean.Tradizionalki, metodo honek bi etapa ditu: lehenengo etapak aluminio oxidozko egitura porotsua sortzen du eta bigarren etapak poroak ixten dituen aluminio hidroxidoaren estaldura sortzen du.Honako hauek gatza blokeatzeko bi metodo dira gas faserako sarbidea blokeatu gabe.Lehenengoa abaraska-sistema batean datza, lehenengo urratsean lortutako aluminio oxidozko (Al2O3) hodi txikiak erabiliz kristal xurgatzaileak eusteko eta gainazal metalikoekiko atxikimendua areagotzeko.Sortzen diren abaraskak 50 nm inguruko diametroa eta 200 nm-ko luzera dute (1a. irudia).Lehen esan bezala, barrunbe hauek normalean bigarren urrats batean ixten dira al2O(OH)2 boehmita geruza mehe batekin alumina-hodiaren irakite-prozesuaren bidez.Bigarren metodoan, zigilatzeko prozesu hau aldatzen da, gatz-kristalak modu uniformean estaltzen duten boehmita-geruza batean (Al2O(OH)), kasu honetan zigilatzeko erabiltzen ez dena.Bigarren etapa dagokion gatzaren disoluzio saturatu batean egiten da.Deskribatutako ereduek 50-100 nm bitarteko tamainak dituzte eta zipriztindutako tanta itxura dute (1b. irudia).Zigilatze-prozesuaren ondorioz lortutako gainazalak espazio-egitura nabarmena du, ukipen-eremua handitu duena.Gainazaleko eredu hau, lotura-konfigurazio askorekin batera, gatz-kristalak eramateko eta eusteko aproposa da.Deskribatutako bi egiturak benetan porotsuak dirudite eta xurgatzailearen funtzionamenduan gatz-hidratoak atxikitzeko eta lurrunak xurgatzeko aproposak diruditen barrunbe txikiak dituzte.Hala ere, EDX erabiliz gainazal horien azterketa elementalak boehmitaren gainazalean magnesio eta sufre-kopuru arrastoak hauteman ditzake, aluminazko gainazal baten kasuan detektatzen ez direnak.
Laginaren ATR-FTIR-ek elementua magnesio sulfatoa zela baieztatu zuen (ikus 2b irudia).Espektroak 610-680 eta 1080-1130 cm-1-ko sulfato-ioiaren gailur bereizgarriak erakusten ditu eta sareko ur-gailur bereizgarriak 1600-1700 cm-1 eta 3200-3800 cm-1-en (ikus 2a, c. irudia).).Magnesio ioien presentziak ia ez du espektroa aldatzen54.
(a) Boehmita estalitako MgSO4 aluminiozko plaka baten EDX, (b) Boehmita eta MgSO4 estalduren ATR-FTIR espektroak, (c) MgSO4 puruaren ATR-FTIR espektroak.
Adsortzio-eraginkortasuna mantentzea TGAk baieztatu zuen.irudian.3b-k gutxi gorabehera desortzio-gailurra erakusten du.60°C.Tontor hori ez dator bat gatz puruaren TGAn ikusitako bi gailurren tenperaturarekin (3a. irudia).Adsortzio-desortzio zikloaren errepikagarritasuna ebaluatu zen, eta kurba bera ikusi zen laginak atmosfera heze batean jarri ondoren (3c. irudia).Desortzioaren bigarren fasean ikusitako aldeak atmosfera isurkari batean deshidratatzearen ondorio izan daitezke, askotan deshidratazio osatugabea dakarrelako.Balio horiek gutxi gorabehera 17,9 g/m2-i dagozkie lehenengo ureztatzean eta 10,3 g/m2 bigarrenean.
Boehmitaren eta MgSO4aren TGA analisiaren konparazioa: MgSO4 (a), nahastearen (b) eta birhidratazioaren ondoren (c) analisiaren TGA analisia.
Metodo bera egin zen kaltzio kloruroarekin xurgatzaile gisa.Emaitzak 4. Irudian aurkezten dira. Gainazalaren ikuskapenak metalezko distira aldaketa txikiak agerian utzi zituen.Larrua ia ez da ikusten.SEM-k gainazalean uniformeki banatutako kristal txikien presentzia baieztatu zuen.Hala ere, TGAk ez zuen deshidrataziorik erakutsi 150 °C-tik behera.Hau izan daiteke gatz proportzioa txikiegia delako substratuaren masa osoaren aldean TGAk detektatzeko.
Kobre sulfatoaren estalduraren gainazaleko tratamenduaren emaitzak anodizazio metodoaren bidez erakusten dira.5. Kasu honetan, Al oxidoaren egituran CuSO4 espero zen sartzea ez da gertatu.Horren ordez, orratz solteak ikusten dira, turkesa koloratzaile tipikoekin erabiltzen den Cu(OH)2 kobre hidroxidorako erabili ohi direlako.
Gainazal anodizatuaren tratamendua estronzio kloruroarekin konbinatuta ere probatu zen.Emaitzek estaldura irregularra erakutsi zuten (ikus 6a irudia).Gatzak azalera osoa estali zuen zehazteko, EDX analisia egin zen.Eremu griseko puntu baten kurbak (6b. irudiko 1. puntua) estrontzio gutxi eta aluminio asko erakusten ditu.Horrek neurtutako eremuan estronzio eduki txikia adierazten du, eta horrek, aldi berean, estronzio kloruroaren estaldura txikia adierazten du.Alderantziz, eremu zuriek estrontzio eduki handia dute eta aluminio eduki txikia (6b. irudiko 2-6 puntuak).Eremu zuriaren EDX azterketak puntu ilunagoak erakusten ditu (6b. irudiko 2. eta 4. puntuak), kloro gutxikoak eta sufre askokoak.Horrek estronzio sulfatoaren eraketa adieraz dezake.Puntu distiratsuek kloro-eduki handia eta sufre-eduki txikia islatzen dituzte (6b irudiko 3., 5. eta 6. puntuak).Hori azal daiteke, estaldura zuriaren zati nagusia espero den estrontzio kloruroaz osatuta dagoela.Laginaren TGAk analisiaren interpretazioa berretsi zuen estronzio kloruro puruaren tenperatura bereizgarriko gailur batekin (6c. irudia).Haien balio txikia gatz-frakzio txiki batekin justifika daiteke euskarri metalikoaren masarekin alderatuta.Esperimentuetan zehaztutako desortzio-masa adsorbagailuaren azalera unitateko 7,3 g/m2-ko kantitateari dagokio 150 °C-ko tenperaturan.
Eloxal tratatutako zink sulfatoaren estaldurak ere probatu ziren.Makroskopikoki, estaldura oso geruza mehea eta uniformea ​​da (7a. irudia).Hala ere, SEMek eremu hutsek bereizitako kristal txikiz estalitako azalera agerian utzi zuen (7b. irudia).Estalduraren eta substratuaren TGA gatz puruarenarekin alderatu zen (7c irudia).Gatz hutsak gailur asimetriko bat du 59,1 °C-tan.Estalitako aluminioak bi gailur txiki erakutsi zituen 55,5 °C eta 61,3 °C-tan, zink sulfato hidratatuaren presentzia adieraziz.Esperimentuan ageri den masa-diferentzia 10,9 g/m2-ri dagokio 150 °C-ko deshidratazio-tenperaturan.
Aurreko aplikazioan bezala53, hidroxietil zelulosa aglutinatzaile gisa erabili zen estaldura xurgatzailearen atxikimendua eta egonkortasuna hobetzeko.Materialen bateragarritasuna eta adsortzio-errendimenduan eragina TGAk ebaluatu zuen.Analisia masa osoaren arabera egiten da, hau da, laginak estaldura-substratu gisa erabiltzen den metalezko plaka bat dauka.Atxikimendua ISO2409 zehaztapenean definitutako gurutze-koska proban oinarritutako proba baten bidez probatzen da (ezin da koska bereizteko zehaztapena bete zehaztapenen lodieraren eta zabaleraren arabera).
Panelak kaltzio kloruroarekin (CaCl2) estaltzeak (ikus 8a. irudia) banaketa irregularra eragin zuen, eta hori ez zen ikusi zeharkako koska probarako erabilitako aluminiozko estaldura hutsean.CaCl2 puruaren emaitzekin alderatuta, TGAk (8b. irudia) bi gailur ezaugarri erakusten ditu 40 eta 20 °C-ko tenperatura baxuagoetara, hurrenez hurren.Zeharkako probak ez du konparazio objektiborik ahalbidetzen CaCl2 lagin purua (8c. irudiko eskuineko lagina) hauts-hauspen bat baita, eta horrek goiko partikulak kentzen ditu.HEC-en emaitzek estaldura oso mehea eta uniformea ​​erakutsi zuten atxikimendu onarekin.Irudian agertzen den masa-diferentzia.8b 51,3 g/m2-ri dagokio adsorbagailuaren azalera unitateko 150 °C-ko tenperaturan.
Atxikimendu eta uniformitate aldetik ere emaitza positiboak lortu dira magnesio sulfatoarekin (MgSO4) (ikus 9. irudia).Estalduraren desortzio-prozesuaren analisiak ikusi zuen gutxi gorabehera gailur bat zegoela.60°C.Tenperatura hori gatz puruen deshidratazioan ikusten den desortzio-urrats nagusiari dagokio, 44°C-tan beste urrats bat adierazten duena.Hexahidratotik pentahidratorako trantsizioari dagokio eta aglutinatzaileak dituzten estalduretan ez da ikusten.Zeharkako sekzioen probek banaketa eta atxikimendu hobeak erakusten dituzte gatz purua erabiliz egindako estaldurekin alderatuta.TGA-DTCn ikusitako masa-diferentzia 18,4 g/m2-ri dagokio adsorbagailuaren azalera unitateko 150 °C-ko tenperaturan.
Gainazaleko irregulartasunak direla eta, estronzio kloruroak (SrCl2) estaldura irregularra du hegatsetan (10a. irudia).Hala ere, zeharkako koska probaren emaitzek banaketa uniformea ​​erakutsi zuten atxikimendu nabarmen hobetu zuen (10c. irudia).TGA analisiak pisuan oso diferentzia txikia erakutsi zuen, substratu metalikoaren aldean gatz-eduki txikiagoaren ondorioz izan behar duena.Hala ere, kurbako urratsek deshidratazio prozesu baten presentzia erakusten dute, nahiz eta gailurra gatz purua karakterizatzerakoan lortutako tenperaturarekin lotzen den.110°C eta 70,2°C-ko gailurrak irudietan ikusitakoak.10b ere aurkitu dira gatz purua aztertzean.Hala ere, gatz puruan 50 °C-tan ikusitako deshidratazio-urrats nagusia ez zen kurbetan islatu aglutinatzailea erabiliz.Aitzitik, aglutinatzaile-nahasketak 20,2 °C eta 94,1 °C-tan bi gailur erakutsi zituen, gatz puruarentzat neurtu ez zirenak (10b. irudia).150 °C-ko tenperaturan, ikusitako masa-diferentzia 7,2 g/m2-ri dagokio adsorbagailuaren azalera unitateko.
HEC eta zink sulfatoaren (ZnSO4) konbinazioak ez zuen emaitza onargarria eman (11. irudia).Estalitako metalaren TGA azterketak ez zuen deshidratazio prozesurik agerian utzi.Estalduraren banaketa eta atxikimendua hobetu diren arren, bere propietateak optimoetatik urrun daude oraindik.
Metalezko zuntzak geruza mehe eta uniforme batekin estaltzeko modurik errazena inpregnazioa da (12a. irudia), xede-gatza prestatzea eta zuntz metalikoak ur-soluzio batekin bustitzea barne.
Inpregnazio hezea prestatzerakoan, bi arazo nagusi aurkitzen dira.Alde batetik, disoluzio gaziaren gainazaleko tentsioak likidoa egitura porotsuan sartzea eragozten du.Kanpoko gainazaleko kristalizazioa (12d. irud.) eta egituraren barruan harrapatuta dauden aire-burbuilak (12c. irudia) gainazaleko tentsioa jaitsiz eta lagina ur destilatuarekin aurrez bustiz soilik murriztu daitezke.Laginaren behartutako disoluzioa barruko airea hustuz edo egituran soluzio-fluxua sortuz egitura osoa betetzeko beste modu eraginkor batzuk dira.
Prestaketan aurkitutako bigarren arazoa gatzaren zati bati filma kentzea izan zen (ikus 12b. irudia).Fenomeno hau disoluzio gainazalean estaldura lehor bat sortzea da, konbektiboki estimulatutako lehortzea geldiarazten duena eta difusio estimulatutako prozesua abiarazten duena.Bigarren mekanismoa lehenengoa baino askoz motelagoa da.Ondorioz, tenperatura altua behar da arrazoizko lehortze-denbora baterako, eta horrek laginaren barruan burbuilak sortzeko arriskua areagotzen du.Arazo hau konpontzen da kristalizazio-metodo alternatibo bat sartuz, ez kontzentrazio-aldaketan (lurruntzean), baizik eta tenperatura-aldaketan oinarrituta (13. irudiko MgSO4-ren adibidean bezala).
Hoztean eta fase solidoen eta likidoen bereizketa-prozesuaren irudikapen eskematikoa MgSO4 erabiliz.
Metodo honen bidez gatz-soluzio aseak giro-tenperaturan (HT) edo gainetik prestatu daitezke.Lehenengo kasuan, kristalizazioa behartu zen tenperatura giro-tenperaturatik behera jaitsiz.Bigarren kasuan, lagina giro-tenperaturara (RT) hoztean gertatu zen kristalizazioa.Emaitza kristalen (B) eta disolbatutako (A) nahasketa bat da, eta zati likidoa aire konprimituaren bidez kentzen da.Planteamendu honek hidratatu horien gainean pelikula bat sortzeaz gain, beste konposite batzuk prestatzeko behar den denbora murrizten du.Hala ere, aire konprimituaren bidez likidoa kentzeak gatzaren kristalizazio gehigarria dakar, eta estaldura lodiagoa da.
Metalezko gainazalak estaltzeko erabil daitekeen beste metodo bat xede-gatzak zuzenean ekoiztea dakar erreakzio kimikoen bidez.Hegats eta hodien metalezko gainazaletan azidoen erreakzioaren bidez egindako bero-trukagailu estaliek abantaila ugari dituzte, gure aurreko ikerketan adierazi bezala.Metodo hau zuntzetan aplikatzeak oso emaitza txarrak ekarri zituen erreakzioan gasak sortzen zirelako.Hidrogeno gasaren burbuilen presioa zunda barruan sortzen da eta produktua kanporatzen den heinean desplazatzen da (14a. irudia).
Estaldura erreakzio kimiko baten bidez aldatu da, estalduraren lodiera eta banaketa hobeto kontrolatzeko.Metodo honek laginaren bidez laino azido-korronte bat pasatzea dakar (14b irudia).Honek estaldura uniforme bat sortzea espero da, substratuaren metalarekin erreakzioz.Emaitzak onak izan ziren, baina prozesua motelegi zen metodo eraginkortzat jotzeko (14c. irudia).Erreakzio-denbora laburragoak lor daitezke beroketa lokalizatuarekin.
Aurreko metodoen desabantailak gainditzeko, itsasgarrien erabileran oinarritutako estaldura metodo bat aztertu da.HEC aurreko atalean aurkeztutako emaitzen arabera hautatu zen.Lagin guztiak % 3 pisuan prestatu ziren.Lotzailea gatzarekin nahasten da.Zuntzak aurrez tratatu ziren saihetsak egiteko prozedura berdinarekin, hots, %50 bolumenean busti.15 minutu barru.azido sulfurikoa, gero 20 segundoz sodio hidroxidoan busti, ur destilatuan garbitu eta azkenik 30 minutuz ur destilatuan busti.Kasu honetan, inpregnazioaren aurretik urrats gehigarri bat gehitu zen.Murgildu labur lagina helburuko gatz disoluzio diluitu batean eta lehortu gutxi gorabehera 60 °C-tan.Prozesua metalaren gainazala aldatzeko diseinatuta dago, azken fasean estalduraren banaketa hobetzen duten nukleazio guneak sortuz.Zuntz-egiturak alde bat dauka, non harizpiak finagoak eta estuki bilduta dauden, eta kontrako aldea non harizpiak lodiagoak eta gutxiago banatuak diren.52 fabrikazio prozesuren emaitza da.
Kaltzio kloruroaren (CaCl2) emaitzak laburbildu eta irudiekin ilustratzen dira 1. Taulan. Inokulazioaren ondoren estaldura ona.Azalean kristal ikusgarririk ez zuten hariek ere isla metalikoak murriztu zituzten, akabera aldaketa bat adieraziz.Hala ere, laginak CaCl2 eta HEC nahasketa urtsu batekin busti eta 60 °C inguruko tenperaturan lehortu ondoren, estaldurak egituren elkarguneetan kontzentratu ziren.Disoluzioaren gainazaleko tentsioak eragindako efektua da.Busti ondoren, likidoa laginaren barruan geratzen da bere gainazaleko tentsioagatik.Funtsean, egituren elkargunean gertatzen da.Alearen alderik onenak gatz betetako hainbat zulo ditu.Pisua 0,06 g/cm3 handitu da estaldura ondoren.
Magnesio sulfatoarekin (MgSO4) estaldurak gatz gehiago sortzen zuen bolumen unitateko (2. taula).Kasu honetan, neurtutako gehikuntza 0,09 g/cm3 da.Landaketa prozesuak laginaren estaldura zabala lortu zuen.Estaldura-prozesuaren ondoren, gatzak laginaren alde mehearen eremu handiak blokeatzen ditu.Gainera, matearen eremu batzuk blokeatzen dira, baina porositate batzuk mantentzen dira.Kasu honetan, gatzaren eraketa erraz ikusten da egituren gurutzean, estaldura-prozesua batez ere likidoaren gainazaleko tentsioaren ondoriozkoa dela baieztatuz, eta ez gatzaren eta metalezko substratuaren arteko elkarrekintza.
Estronzio kloruroa (SrCl2) eta HEC konbinazioaren emaitzek aurreko adibideen antzeko propietateak erakutsi zituzten (3. taula).Kasu honetan, laginaren alde meheena ia guztiz estalita dago.Poro indibidualak bakarrik ikusten dira, laginaren lurrunaren askapenaren ondorioz lehortzean sortuak.Alde matean ikusten den eredua aurreko kasuaren oso antzekoa da, eremua gatzarekin blokeatuta dago eta zuntzak ez daude guztiz estalita.
Zuntz-egiturak bero-trukagailuaren errendimendu termikoan duen eragin positiboa ebaluatzeko, estalitako zuntz-egituraren eroankortasun termiko eraginkorra zehaztu eta estaldura-material puruarekin alderatu zen.Eroankortasun termikoa ASTM D 5470-2017 arauaren arabera neurtu da 15a irudian erakusten den panel lauko gailua erabiliz, eroankortasun termiko ezaguna duen erreferentziazko material bat erabiliz.Beste neurketa-metodo iragankor batzuekin alderatuta, printzipio hau onuragarria da oraingo ikerketan erabiltzen diren material porotsuentzat, neurketak egoera egonkorrean eta lagin-tamaina nahikoarekin egiten baitira (oinarrizko azalera 30 × 30 mm2, altuera 15 mm gutxi gorabehera).Estaldura-material puruaren (erreferentzia) eta estalitako zuntz-egituraren laginak prestatu ziren zuntzaren noranzkoan eta zuntzaren noranzkoarekiko perpendikularra neurtzeko, eroankortasun termiko anisotropoaren eragina ebaluatzeko.Laginak gainazalean (P320 grit) xehatu ziren laginak prestatzearen ondorioz gainazaleko zimurtasunaren eragina minimizatzeko, eta horrek ez du laginaren egitura islatzen.