Tankewol foar jo besite oan Nature.com. De browserferzje dy't jo brûke hat beheinde CSS-stipe. Foar de bêste ûnderfining riede wy jo oan om in bywurke browser te brûken (of kompatibiliteitsmodus yn Internet Explorer út te skeakeljen). Yn 'e tuskentiid, om trochgeande stipe te garandearjen, sille wy de side sûnder stilen en JavaScript werjaan.
It merkoandiel fan adsorpsjekoelsystemen en waarmtepompen is noch relatyf lyts yn ferliking mei tradisjonele kompressorsystemen. Nettsjinsteande it enoarme foardiel fan it brûken fan goedkeape waarmte (ynstee fan djoere elektryske wurk), is de ymplemintaasje fan systemen basearre op adsorpsjeprinsipes noch beheind ta in pear spesifike tapassingen. It wichtichste neidiel dat eliminearre wurde moat, is de ôfname fan spesifyk fermogen fanwegen lege termyske geliedingsfermogen en lege stabiliteit fan it adsorbens. De hjoeddeiske state-of-the-art kommersjele adsorpsjekoelsystemen binne basearre op adsorbers basearre op platenwaarmtewikselers dy't coated binne om de koelkapasiteit te optimalisearjen. De resultaten binne bekend dat it ferminderjen fan 'e dikte fan' e coating liedt ta in ôfname fan 'e massa-oerdrachtimpedânsje, en it fergrutsjen fan' e oerflakte-folumeferhâlding fan 'e geleidende struktueren fergruttet it fermogen sûnder de effisjinsje yn gefaar te bringen. De metaalvezels dy't yn dit wurk brûkt wurde, kinne in spesifyk oerflak leverje yn it berik fan 2500-50.000 m2/m3. Trije metoaden foar it krijen fan heul tinne, mar stabile coatings fan sâlthydraten op metalen oerflakken, ynklusyf metaalvezels, foar de produksje fan coatings demonstrearje foar it earst in waarmtewikseler mei hege fermogendichtheid. De oerflakbehanneling basearre op aluminiumanodisaasje is keazen om in sterkere bân te meitsjen tusken de coating en it substraat. De mikrostruktuer fan it resultearjende oerflak waard analysearre mei scanelektronenmikroskopie. Fourier-transformaasje ynfrareadspektroskopie mei fermindere totale refleksje en enerzjydispersive röntgenspektroskopie waarden brûkt om te kontrolearjen op de oanwêzigens fan 'e winske soarten yn' e assay. Harren fermogen om hydraten te foarmjen waard befêstige troch kombineare thermogravimetryske analyze (TGA) / differinsjaal thermogravimetryske analyze (DTG). Minne kwaliteit boppe 0,07 g (wetter) / g (komposit) waard fûn yn 'e MgSO4-coating, dy't tekens fan útdroeging sjen liet by sawat 60 °C en reprodusearber wie nei rehydrataasje. Positive resultaten waarden ek krigen mei SrCl2 en ZnSO4 mei in massaferskil fan sawat 0,02 g / g ûnder 100 °C. Hydroxyethylcellulose waard keazen as in tafoeging om de stabiliteit en adhesion fan 'e coating te fergrutsjen. De adsorptive eigenskippen fan 'e produkten waarden evaluearre troch simultane TGA-DTG en har adhesion waard karakterisearre troch in metoade basearre op 'e testen beskreaun yn ISO2409. De konsistinsje en adhesion fan 'e CaCl2-coating wurdt signifikant ferbettere, wylst syn adsorpsjekapasiteit behâlden wurdt mei in gewichtsferskil fan sawat 0,1 g/g by temperatueren ûnder 100 °C. Derneist behâldt MgSO4 it fermogen om hydraten te foarmjen, mei in massaferskil fan mear as 0,04 g/g by temperatueren ûnder 100 °C. Uteinlik wurde coated metal fezels ûndersocht. De resultaten litte sjen dat de effektive termyske geliedingsfermogen fan 'e fezelstruktuer coated mei Al2(SO4)3 4,7 kear heger kin wêze yn ferliking mei it folume fan suvere Al2(SO4)3. De coating fan 'e bestudearre coatings waard fisueel ûndersocht, en de ynterne struktuer waard evaluearre mei in mikroskopyske ôfbylding fan 'e dwerssnitten. In coating fan Al2(SO4)3 mei in dikte fan sawat 50 µm waard krigen, mar it algemiene proses moat optimalisearre wurde om in mear unifoarme ferdieling te berikken.
Adsorpsjesystemen hawwe de ôfrûne desennia in soad omtinken krigen, om't se in miljeufreonlik alternatyf biede foar tradisjonele kompresjewaarmtepompen of koelsystemen. Mei tanimmende komfortnormen en wrâldwide gemiddelde temperatueren kinne adsorpsjesystemen de ôfhinklikens fan fossile brânstoffen yn 'e neie takomst ferminderje. Derneist kinne alle ferbetteringen yn adsorpsjekoeling of waarmtepompen oerdroegen wurde nei termyske enerzjyopslach, wat in ekstra ferheging fan it potinsjeel foar effisjint gebrûk fan primêre enerzjy fertsjintwurdiget. It wichtichste foardiel fan adsorpsjewaarmtepompen en koelsystemen is dat se kinne wurkje mei in lege waarmtemassa. Dit makket se geskikt foar boarnen mei lege temperatueren lykas sinne-enerzjy of ôffalwaarmte. Wat enerzjyopslachtapassingen oanbelanget, hat adsorpsje it foardiel fan hegere enerzjytichtens en minder enerzjyferspilling yn ferliking mei ferstannige of latente waarmteopslach.
Adsorpsjewaarmtepompen en koelsystemen folgje deselde termodynamyske syklus as harren dampkompresje-tsjinhingers. It wichtichste ferskil is de ferfanging fan kompressorkomponinten troch adsorbers. It elemint is yn steat om lege druk koelmiddeldamp te adsorbearjen by matige temperatueren, wêrtroch't mear koelmiddel ferdampt, sels as de floeistof kâld is. It is needsaaklik om konstante koeling fan 'e adsorber te garandearjen om de enthalpy fan adsorpsje (eksoterm) út te sluten. De adsorber wurdt regenerearre by hege temperatuer, wêrtroch't de koelmiddeldamp desorbearret. Ferwaarming moat trochgean om de enthalpy fan desorpsje (endoterm) te leverjen. Omdat adsorpsjeprosessen karakterisearre wurde troch temperatuerferoarings, fereasket hege krêfttichtens hege termyske geliedingsfermogen. Lege termyske geliedingsfermogen is lykwols fierwei it wichtichste neidiel yn 'e measte tapassingen.
It wichtichste probleem fan konduktiviteit is om de gemiddelde wearde te ferheegjen, wylst it transportpaad dat de stream fan adsorpsje-/desorpsjedampen leveret, behâlden wurdt. Twa oanpakken wurde faak brûkt om dit te berikken: gearstalde waarmtewikselers en bedekte waarmtewikselers. De populêrste en suksesfolste gearstalde materialen binne dyjingen dy't tafoegings op basis fan koalstof brûke, nammentlik útwreide grafyt, aktivearre koalstof of koalstofvezels. Oliveira et al. 2 impregnearren útwreide grafytpoeier mei kalsiumchloride om in adsorber te produsearjen mei in spesifike koelkapasiteit (SCP) fan maksimaal 306 W/kg en in prestaasjekoëffisjint (COP) fan maksimaal 0,46. Zajaczkowski et al. 3 stelden in kombinaasje foar fan útwreide grafyt, koalstofvezel en kalsiumchloride mei in totale konduktiviteit fan 15 W/mK. Jian et al4 testen kompositen mei swevelsoerbehannele útwreide natuerlike grafyt (ENG-TSA) as substraat yn in twa-staps adsorpsjekoelsyklus. It model foarsei in COP fan 0,215 oant 0,285 en in SCP fan 161,4 oant 260,74 W/kg.
Fierwei de meast libbensfetbere oplossing is de beklaaide waarmtewikseler. De beklaaiïngsmeganismen fan dizze waarmtewikselers kinne wurde ferdield yn twa kategoryen: direkte synteze en kleefstoffen. De meast súksesfolle metoade is direkte synteze, dy't de foarming fan adsorberende materialen direkt op it oerflak fan waarmtewikselers omfettet út 'e passende reagentia. Sotech5 hat in metoade patintearre foar it synthetisearjen fan beklaaide zeoliet foar gebrûk yn in searje koelers produsearre troch Fahrenheit GmbH. Schnabel et al6 testen de prestaasjes fan twa zeolieten bedekt op roestfrij stiel. Dizze metoade wurket lykwols allinich mei spesifike adsorbentia, wat coating mei kleefstoffen in nijsgjirrich alternatyf makket. Bindmiddels binne passive stoffen keazen om sorbentadhesion en/of massa-oerdracht te stypjen, mar spylje gjin rol yn adsorpsje of ferbettering fan gelieding. Freni et al. 7 beklaaide aluminium waarmtewikselers mei AQSOA-Z02 zeoliet stabilisearre mei in klaai-basearre binder. Calabrese et al.8 bestudearre de tarieding fan zeolietcoatings mei polymere bindmiddels. Ammann et al.9 stelden in metoade foar foar it tarieden fan poreuze zeolietcoatings út magnetyske mingsels fan polyvinylalkohol. Aluminiumoxide (alumina) wurdt ek brûkt as bindemiddel 10 yn 'e adsorber. Foar safier't wy witte, wurde cellulose en hydroxyethylcellulose allinich brûkt yn kombinaasje mei fysike adsorbinten11,12. Soms wurdt de lijm net brûkt foar de ferve, mar wurdt it brûkt om de struktuer 13 op himsels te bouwen. De kombinaasje fan alginaatpolymeermatrices mei meardere sâlthydraten foarmet fleksibele gearstalde kraalstrukturen dy't lekkage by it droegjen foarkomme en soargje foar foldwaande massa-oerdracht. Klaaien lykas bentonyt en attapulgiet binne brûkt as bindemiddelen foar de tarieding fan kompositen15,16,17. Ethylcellulose is brûkt om kalsiumchloride18 of natriumsulfide19 te mikro-ynkapseljen.
Kompositen mei in poreuze metaalstruktuer kinne wurde ferdield yn additive waarmtewikselers en coated waarmtewikselers. It foardiel fan dizze struktueren is it hege spesifike oerflak. Dit resulteart yn in grutter kontaktoerflak tusken adsorbens en metaal sûnder de tafoeging fan in inerte massa, wat de totale effisjinsje fan 'e koelsyklus ferminderet. Lang et al. 20 hawwe de totale geleidingsfermogen fan in zeolietadsorber mei in aluminium huningraatstruktuer ferbettere. Gillerminot et al. 21 ferbettere de termyske geleidingsfermogen fan NaX zeolietlagen mei koper- en nikkelskuim. Hoewol kompositen wurde brûkt as fazeferoaringsmaterialen (PCM's), binne de befiningen fan Li et al. 22 en Zhao et al. 23 ek fan belang foar chemisorption. Se fergelike de prestaasjes fan útwreide grafyt en metaalskuim en konkludearren dat de lêste allinich de foarkar hie as korrosje gjin probleem wie. Palomba et al. hawwe koartlyn oare metalen poreuze struktueren fergelike 24. Van der Pal et al. hawwe metaalsâlt bestudearre dy't ynbêde binne yn skuimen 25. Alle foargeande foarbylden komme oerien mei tichte lagen fan dieltsjesadsorbentia. Metalen poreuze struktueren wurde praktysk net brûkt om adsorbers te beklaaien, wat in optimaler oplossing is. In foarbyld fan bining oan zeolieten is te finen yn Wittstadt et al. 26, mar der is gjin poging dien om sâlthydraten te binen nettsjinsteande har hegere enerzjytichtens 27.
Sa sille yn dit artikel trije metoaden foar it tarieden fan adsorberende coatings ûndersocht wurde: (1) bindercoating, (2) direkte reaksje, en (3) oerflakbehanneling. Hydroxyethylcellulose wie it binder fan kar yn dit wurk fanwegen earder rapportearre stabiliteit en goede coatingadhesion yn kombinaasje mei fysike adsorbentia. Dizze metoade waard yn earste ynstânsje ûndersocht foar platte coatings en letter tapast op metaalfaserstrukturen. Earder waard in foarriedige analyze rapportearre fan 'e mooglikheid fan gemyske reaksjes mei de foarming fan adsorberende coatings. Eardere ûnderfining wurdt no oerdroegen oan 'e coating fan metaalfaserstrukturen. De oerflakbehanneling dy't keazen is foar dit wurk is in metoade basearre op aluminiumanodisaasje. Aluminiumanodisaasje is mei súkses kombineare mei metaalsâlt foar estetyske doelen29. Yn dizze gefallen kinne heul stabile en korrosjebestendige coatings krigen wurde. Se kinne lykwols gjin adsorpsje- of desorpsjeproses útfiere. Dit artikel presintearret in fariant fan dizze oanpak dy't it mooglik makket om massa te ferpleatsen mei de adhesive eigenskippen fan it orizjinele proses. Foar safier't wy witte, is gjin fan 'e hjir beskreaune metoaden earder bestudearre. Se fertsjintwurdigje in tige nijsgjirrige nije technology, om't se de foarming fan hydratisearre adsorbentcoatings mooglik meitsje, dy't in oantal foardielen hawwe boppe de faak bestudearre fysike adsorbentia.
De stimpelde aluminiumplaten dy't as substraten foar dizze eksperiminten brûkt waarden, waarden levere troch ALINVEST Břidličná, Tsjechje. Se befetsje 98,11% aluminium, 1,3622% izer, 0,3618% mangaan en spoaren fan koper, magnesium, silisium, titanium, sink, chromium en nikkel.
De materialen dy't keazen wurde foar de produksje fan kompositen wurde selektearre neffens har termodynamyske eigenskippen, nammentlik ôfhinklik fan 'e hoemannichte wetter dy't se kinne adsorbearje/desorbearje by temperatueren ûnder 120 °C.
Magnesiumsulfaat (MgSO4) is ien fan 'e meast nijsgjirrige en bestudearre hydratisearre sâlten30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. De termodynamyske eigenskippen binne systematysk metten en geskikt fûn foar tapassingen op it mêd fan adsorpsjekoeling, waarmtepompen en enerzjyopslach. Droech magnesiumsulfaat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Nedersaksen, Dútslân) waard brûkt.
Kalsiumchloride (CaCl2) (H319) is in oar goed bestudearre sâlt, om't it hydraat nijsgjirrige termodynamyske eigenskippen hat41,42,43,44. Kalsiumchloride-heksahydraat CAS-nr. 7774-34-7 97% brûkt (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Dútslân).
Sinksulfaat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) en syn hydraten hawwe termodynamyske eigenskippen dy't geskikt binne foar adsorpsjeprosessen by lege temperatuer45,46. Sinksulfaat-heptahydraat CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Nedersaksen, Dútslân) waard brûkt.
Strontiumchloride (SrCl2) (H318) hat ek nijsgjirrige termodynamyske eigenskippen4,45,47, hoewol it faak kombinearre wurdt mei ammoniak yn ûndersyk nei adsorpsjewaarmtepompen of enerzjyopslach. Strontiumchloride-heksahydraat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, Feriene Steaten) waard brûkt foar de synteze.
Kopersulfaat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) heart net ta de hydraten dy't faak fûn wurde yn 'e fakliteratuer, hoewol syn termodynamyske eigenskippen fan belang binne foar tapassingen by lege temperatueren48,49. Kopersulfaat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Feriene Steaten) waard brûkt foar de synteze.
Magnesiumchloride (MgCl2) is ien fan 'e hydratisearre sâlten dy't koartlyn mear omtinken krigen hat op it mêd fan termyske enerzjyopslach50,51. Magnesiumchloride-heksahydraat CAS-Nr.7791-18-6 suvere farmaseutyske kwaliteit (Applichem GmbH., Darmstadt, Dútslân) waard brûkt foar de eksperiminten.
Lykas hjirboppe neamd, waard hydroxyethylcellulose keazen fanwegen de positive resultaten yn ferlykbere tapassingen. It materiaal dat brûkt wurdt yn ús synteze is hydroxyethylcellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Feriene Steaten).
Metaalvezels wurde makke fan koarte triedden dy't oaninoar ferbûn binne troch kompresje en sinterjen, in proses dat bekend stiet as crucible melt extraction (CME)52. Dit betsjut dat har termyske geliedingsfermogen net allinich ôfhinklik is fan 'e bulkgeliedingsfermogen fan' e metalen dy't brûkt wurde by de produksje en de porositeit fan 'e definitive struktuer, mar ek fan' e kwaliteit fan 'e ferbiningen tusken de triedden. De fezels binne net isotropysk en hawwe de neiging om yn in bepaalde rjochting ferspraat te wurden tidens de produksje, wêrtroch't de termyske geliedingsfermogen yn 'e transversale rjochting folle leger is.
De wetterabsorpsje-eigenskippen waarden ûndersocht mei simultane thermogravimetryske analyze (TGA)/differinsjele thermogravimetryske analyze (DTG) yn in fakuümpakket (Netzsch TG 209 F1 Libra). De mjittingen waarden útfierd yn in streamende stikstofatmosfear mei in streamsnelheid fan 10 ml/min en in temperatuerberik fan 25 oant 150 °C yn aluminiumoxide-kroezen. De ferwaarmingssnelheid wie 1 °C/min, it gewicht fan 'e stekproef fariearre fan 10 oant 20 mg, de resolúsje wie 0,1 μg. Yn dit wurk moat opmurken wurde dat it massaferskil per ienheid oerflak in grutte ûnwissichheid hat. De stekproeven dy't brûkt wurde yn TGA-DTG binne tige lyts en ûnregelmjittich snien, wêrtroch't har oerflakbepaling ûnkrekt is. Dizze wearden kinne allinich ekstrapoleare wurde nei in grutter gebiet as rekken holden wurdt mei grutte ôfwikingen.
Ferswakke totale refleksje Fourier-transform ynfraread (ATR-FTIR) spektra waarden opnommen op in Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometer (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Dútslân) mei in ATR platina accessoire (Bruker Optik GmbH, Dútslân). De spektra fan suvere droege diamantkristallen waarden direkt yn fakuüm metten foardat de samples brûkt waarden as eftergrûn foar eksperimintele mjittingen. De samples waarden yn fakuüm metten mei in spektrale resolúsje fan 2 cm-1 en in gemiddelde oantal scans fan 32. Golfnûmerberik fan 8000 oant 500 cm-1. Spektrale analyze waard útfierd mei it OPUS-programma.
SEM-analyze waard útfierd mei in DSM 982 Gemini fan Zeiss by fersnellingsspanningen fan 2 en 5 kV. Enerzjydispersive röntgenspektroskopie (EDX) waard útfierd mei in Thermo Fischer System 7 mei in Peltier-kuolle silisiumdriftdetektor (SSD).
De tarieding fan metalen platen waard útfierd neffens in proseduere dy't fergelykber is mei dy beskreaun yn 53. Earst, dompelje de plaat 15 minuten yn 50% swevelsoer. Dêrnei waarden se sawat 10 sekonden yn in 1 M natriumhydrokside-oplossing ynbrocht. Dêrnei waarden de samples wosken mei in grutte hoemannichte destillearre wetter, en doe 30 minuten yn destillearre wetter wekke. Nei in foarriedige oerflakbehanneling waarden de samples ûnderdompele yn in 3% verzadigde oplossing. HEC en doelsâlt. Uteinlik, helje se derút en droegje se by 60 °C.
De anodisearjende metoade ferbetteret en fersterket de natuerlike oksidelaach op it passive metaal. De aluminiumpanielen waarden anodisearre mei swevelsoer yn in ferhurde steat en doe fersegele yn hyt wetter. Nei it anodisearjen folge in earste etsing mei 1 mol/l NaOH (600 s) folge troch neutralisaasje yn 1 mol/l HNO3 (60 s). De elektrolytoplossing is in mingsel fan 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, en 1 M MgSO4 + 7H2O. It anodisearjen waard útfierd by (40 ± 1) °C, 30 mA/cm2 foar 1200 sekonden. It fersegelingsproses waard útfierd yn ferskate sâltwetteroplossingen lykas beskreaun yn 'e materialen (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). It stekproef wurdt deryn 1800 sekonden sean.
Trije ferskillende metoaden foar it produsearjen fan kompositen binne ûndersocht: kleefcoating, direkte reaksje en oerflakbehanneling. De foar- en neidielen fan elke trainingsmetoade wurde systematysk analysearre en besprutsen. Direkte observaasje, nanoôfbylding en gemyske/elemintêre analyze waarden brûkt om de resultaten te evaluearjen.
Anodisearjen waard keazen as in konverzje-oerflakbehannelingsmetoade om de adhesion fan sâlthydraten te fergrutsjen. Dizze oerflakbehanneling makket in poreuze struktuer fan alumina (alumina) direkt op it aluminiumoerflak. Tradisjoneel bestiet dizze metoade út twa stadia: de earste stap makket in poreuze struktuer fan aluminiumokside, en de twadde stap makket in laach fan aluminiumhydrokside dy't de poaren slút. Hjirûnder binne twa metoaden om sâlt te blokkearjen sûnder tagong ta de gasfaze te blokkearjen. De earste bestiet út in huningraatsysteem mei lytse aluminiumokside (Al2O3) buizen dy't yn 'e earste stap krigen binne om de adsorbentkristallen te hâlden en de adhesion oan metalen oerflakken te fergrutsjen. De resultearjende huningraat hawwe in diameter fan sawat 50 nm en in lingte fan 200 nm (Fig. 1a). Lykas earder neamd, wurde dizze holtes meastentiids yn in twadde stap sletten mei in tinne laach Al2O(OH)2 boehmyt stipe troch it siedproses fan aluminiumoksidebuizen. Yn 'e twadde metoade wurdt dit ôfslutingsproses sa oanpast dat de sâltkristallen fongen wurde yn in unifoarm dekkende laach fan boehmyt (Al2O(OH)), dy't yn dit gefal net brûkt wurdt foar ôfsluting. De twadde etappe wurdt útfierd yn in verzadigde oplossing fan it oerienkommende sâlt. De beskreaune patroanen hawwe gruttes yn it berik fan 50-100 nm en sjogge derút as spattende drippen (Fig. 1b). It oerflak dat krigen wurdt as gefolch fan it ôfslutingsproses hat in útsprutsen romtlike struktuer mei in fergrutte kontaktflak. Dit oerflakpatroan, tegearre mei har protte bondingkonfiguraasjes, is ideaal foar it dragen en hâlden fan sâltkristallen. Beide beskreaune struktueren lykje echt poreus te wêzen en hawwe lytse holtes dy't goed geskikt lykje te wêzen foar it behâlden fan sâlthydraten en it adsorbearjen fan dampen oan it sâlt tidens de wurking fan 'e adsorber. Elementêre analyze fan dizze oerflakken mei EDX kin lykwols spoaren fan magnesium en swevel op it oerflak fan boehmyt detektearje, dy't net detektearre wurde yn it gefal fan in aluminiumoxide-oerflak.
De ATR-FTIR fan it stekproef befêstige dat it elemint magnesiumsulfaat wie (sjoch figuer 2b). It spektrum toant karakteristike sulfaationpieken by 610–680 en 1080–1130 cm–1 en karakteristike roasterwetterpieken by 1600–1700 cm–1 en 3200–3800 cm–1 (sjoch figuer 2a, c). De oanwêzigens fan magnesiumionen feroaret it spektrum hast net54.
(a) EDX fan in mei boehmyt bedekte MgSO4 aluminiumplaat, (b) ATR-FTIR spektra fan boehmyt- en MgSO4-coatings, (c) ATR-FTIR spektra fan suvere MgSO4.
It behâld fan adsorpsje-effisjinsje waard befêstige troch TGA. Op fig. 3b wurdt in desorpsjepiek fan sawat 60 °C toand. Dizze piek komt net oerien mei de temperatuer fan 'e twa pieken dy't waarnommen binne yn TGA fan suver sâlt (Fig. 3a). De werhelberens fan 'e adsorpsje-desorpsjesyklus waard evaluearre, en deselde kromme waard waarnommen nei it pleatsen fan 'e samples yn in fochtige sfear (Fig. 3c). De ferskillen dy't waarnommen binne yn 'e twadde faze fan desorpsje kinne it gefolch wêze fan útdroeging yn in streamende sfear, om't dit faak liedt ta ûnfolsleine útdroeging. Dizze wearden komme oerien mei sawat 17,9 g/m2 yn 'e earste ûntwettering en 10,3 g/m2 yn 'e twadde ûntwettering.
Ferliking fan TGA-analyze fan boehmyt en MgSO4: TGA-analyze fan suver MgSO4 (a), mingsel (b) en nei rehydrataasje (c).
Deselde metoade waard útfierd mei kalsiumchloride as adsorbens. De resultaten wurde presintearre yn figuer 4. Fisuele ynspeksje fan it oerflak liet lytse feroarings yn 'e metallyske gloed sjen. De pels is amper sichtber. SEM befêstige de oanwêzigens fan lytse kristallen dy't lykmatig oer it oerflak ferdield wiene. TGA liet lykwols gjin útdroeging sjen ûnder 150 °C. Dit kin te tankjen wêze oan it feit dat de oanpart sâlt te lyts is yn ferliking mei de totale massa fan it substraat foar deteksje troch TGA.
De resultaten fan oerflakbehanneling fan 'e kopersulfaatcoating troch de anodisaasjemetoade wurde werjûn yn fig. 5. Yn dit gefal fûn de ferwachte ynkorporaasje fan CuSO4 yn 'e Al-oksidestruktuer net plak. Ynstee dêrfan wurde losse needles waarnommen, lykas se gewoanlik brûkt wurde foar koperhydrokside Cu(OH)2 dy't brûkt wurdt mei typyske turkooizen kleurstoffen.
De anodisearre oerflakbehanneling waard ek hifke yn kombinaasje mei strontiumchloride. De resultaten lieten in ûngelikense dekking sjen (sjoch figuer 6a). Om te bepalen oft it sâlt it hiele oerflak bedekte, waard in EDX-analyze útfierd. De kromme foar in punt yn it grize gebiet (punt 1 yn figuer 6b) lit in bytsje strontium en in protte aluminium sjen. Dit jout in leech gehalte oan strontium yn 'e mjitten sône oan, wat op syn beurt in lege dekking fan strontiumchloride oanjout. Omkeard hawwe wite gebieten in heech gehalte oan strontium en in leech gehalte oan aluminium (punten 2–6 yn figuer 6b). EDX-analyze fan it wite gebiet lit donkerdere stippen sjen (punten 2 en 4 yn figuer 6b), leech yn chloor en heech yn swevel. Dit kin wize op de foarming fan strontiumsulfaat. Helderdere stippen reflektearje in heech chloorgehalte en leech swevelgehalte (punten 3, 5 en 6 yn figuer 6b). Dit kin ferklearre wurde troch it feit dat it haaddiel fan 'e wite coating bestiet út it ferwachte strontiumchloride. De TGA fan it stekproef befêstige de ynterpretaasje fan 'e analyze mei in pyk by de karakteristike temperatuer fan suver strontiumchloride (Fig. 6c). Harren lytse wearde kin rjochtfeardige wurde troch in lytse fraksje sâlt yn ferliking mei de massa fan 'e metalen drager. De desorpsjemassa dy't bepaald is yn 'e eksperiminten komt oerien mei de hoemannichte fan 7,3 g/m2 dy't ôfjûn wurdt per ienheidsoppervlakte fan 'e adsorber by in temperatuer fan 150 °C.
Eloxaal-behannele sinksulfaatcoatings waarden ek hifke. Makroskopysk is de coating in tige tinne en unifoarme laach (Fig. 7a). SEM liet lykwols in oerflak sjen bedekt mei lytse kristallen skieden troch lege gebieten (Fig. 7b). De TGA fan 'e coating en substraat waard fergelike mei dy fan suver sâlt (Figuer 7c). Suver sâlt hat ien asymmetryske pyk by 59,1 °C. It coated aluminium liet twa lytse pieken sjen by 55,5 °C en 61,3 °C, wat de oanwêzigens fan sinksulfaathydraat oanjout. It massaferskil dat yn it eksperimint bliken die, komt oerien mei 10,9 g/m2 by in dehydrataasjetemperatuer fan 150 °C.
Lykas yn 'e foarige oanfraach53 waard hydroxyethylcellulose brûkt as in bindmiddel om de adhesion en stabiliteit fan 'e sorbentcoating te ferbetterjen. Materiaalkompatibiliteit en effekt op adsorpsjeprestaasjes waarden beoardiele troch TGA. De analyze wurdt útfierd yn relaasje ta de totale massa, d.w.s. it stekproef omfettet in metalen plaat dy't brûkt wurdt as in coatingsubstraat. Adhesion wurdt hifke troch in test basearre op 'e krúskerftest definieare yn' e ISO2409-spesifikaasje (kin net foldwaan oan 'e kerfskiedingsspesifikaasje ôfhinklik fan' e dikte en breedte fan 'e spesifikaasje).
It beklaaien fan 'e panielen mei kalsiumchloride (CaCl2) (sjoch Fig. 8a) resultearre yn in ûngelikense ferdieling, dy't net waarnommen waard yn 'e suvere aluminiumcoating dy't brûkt waard foar de transversale kerftest. Yn ferliking mei de resultaten foar suvere CaCl2 lit TGA (Fig. 8b) twa karakteristike pieken sjen dy't ferskowe binne nei legere temperatueren fan respektivelik 40 en 20 °C. De dwersdoorsnedetest lit gjin objektive ferliking ta, om't it suvere CaCl2-monster (monster oan 'e rjochterkant yn Fig. 8c) in poeierige delslach is, dy't de boppeste dieltsjes fuortsmyt. De HEC-resultaten lieten in heul tinne en unifoarme coating sjen mei befredigjende adhesion. It massaferskil werjûn yn fig. 8b komt oerien mei 51,3 g/m2 per ienheidsoppervlakte fan 'e adsorber by in temperatuer fan 150 °C.
Positive resultaten op it mêd fan adhesion en uniformiteit waarden ek krigen mei magnesiumsulfaat (MgSO4) (sjoch Fig. 9). Analyse fan it desorpsjeproses fan 'e coating liet de oanwêzigens fan ien pyk fan sawat 60 °C sjen. Dizze temperatuer komt oerien mei de wichtichste desorpsjestap dy't sjoen wurdt by de dehydrataasje fan suvere sâlt, wat in oare stap by 44 °C fertsjintwurdiget. It komt oerien mei de oergong fan hexahydraat nei pentahydraat en wurdt net waarnommen yn it gefal fan coatings mei bindmiddels. Dwarsdoorsnedetests litte ferbettere ferdieling en adhesion sjen yn ferliking mei coatings makke mei suver sâlt. It massaferskil dat waarnommen wurdt yn TGA-DTC komt oerien mei 18,4 g/m2 per ienheidsoppervlakte fan 'e adsorber by in temperatuer fan 150 °C.
Troch ûnregelmjittichheden fan it oerflak hat strontiumchloride (SrCl2) in ûngelikense coating op 'e finnen (Fig. 10a). De resultaten fan 'e transversale kerftest lieten lykwols in unifoarme ferdieling sjen mei signifikant ferbettere adhesion (Fig. 10c). TGA-analyze liet in heul lyts ferskil yn gewicht sjen, dat moat te tankjen wêze oan it legere sâltgehalte yn ferliking mei it metalen substraat. De stappen op 'e kromme litte lykwols de oanwêzigens fan in dehydrataasjeproses sjen, hoewol de pyk assosjeare wurdt mei de temperatuer dy't wurdt krigen by it karakterisearjen fan suver sâlt. De pieken by 110 °C en 70,2 °C dy't waarnommen binne yn Fig. 10b waarden ek fûn by it analysearjen fan suver sâlt. De wichtichste dehydrataasjestap dy't waarnommen waard yn suver sâlt by 50 °C waard lykwols net werjûn yn 'e krommen mei it bindemiddel. Yn tsjinstelling dêrmei liet it bindemiddelmingsel twa pieken sjen by 20,2 °C en 94,1 °C, dy't net metten waarden foar it suvere sâlt (Fig. 10b). By in temperatuer fan 150 °C komt it waarnommen massaferskil oerien mei 7,2 g/m2 per ienheidsoppervlakte fan 'e adsorber.
De kombinaasje fan HEC en sinksulfaat (ZnSO4) joech gjin akseptabele resultaten (figuer 11). TGA-analyze fan it bedekte metaal liet gjin útdroegingprosessen sjen. Hoewol de ferdieling en adhesion fan 'e coating ferbettere binne, binne de eigenskippen noch fier fan optimaal.
De ienfâldichste manier om metaalvezels te beklaaien mei in tinne en unifoarme laach is wiete impregnaasje (Fig. 12a), dy't de tarieding fan it doelsâlt en impregnaasje fan metaalvezels mei in wetterige oplossing omfettet.
By it tarieden op wiete ympregnaasje wurde twa haadproblemen tsjinkaam. Oan 'e iene kant foarkomt de oerflakspanning fan 'e sâltoplossing de juste opname fan 'e floeistof yn 'e poreuze struktuer. Kristallisaasje op it bûtenste oerflak (Fig. 12d) en luchtbellen dy't yn 'e struktuer fongen binne (Fig. 12c) kinne allinich wurde fermindere troch de oerflakspanning te ferleegjen en it stekproef foar te wiet te meitsjen mei destillearre wetter. Twongen oplossing yn it stekproef troch de loft binnen te evakuearjen of troch in oplossingstream yn 'e struktuer te meitsjen binne oare effektive manieren om folsleine foljen fan 'e struktuer te garandearjen.
It twadde probleem dat tsjinkaam by de tarieding wie it fuortheljen fan 'e film fan in diel fan it sâlt (sjoch Fig. 12b). Dit ferskynsel wurdt karakterisearre troch de foarming fan in droege laach op it oplosoerflak, wat it konvektyf stimulearre droegjen stopet en it troch diffúzje stimulearre proses begjint. It twadde meganisme is folle stadiger as it earste. As gefolch is in hege temperatuer nedich foar in ridlike droechtiid, wat it risiko op bubbelfoarming yn it stekproef fergruttet. Dit probleem wurdt oplost troch in alternative metoade fan kristallisaasje yn te fieren dy't net basearre is op konsintraasjeferoaring (ferdamping), mar op temperatuerferoaring (lykas yn it foarbyld mei MgSO4 yn Fig. 13).
Skematyske foarstelling fan it kristallisaasjeproses tidens it koeljen en skieden fan fêste en floeibere fazen mei MgSO4.
Saturearre sâltoplossingen kinne mei dizze metoade by of boppe keamertemperatuer (HT) taret wurde. Yn it earste gefal waard kristallisaasje twongen troch de temperatuer ûnder keamertemperatuer (RT) te ferleegjen. Yn it twadde gefal fûn kristallisaasje plak doe't it stekproef ôfkuolle waard nei keamertemperatuer (RT). It resultaat is in mingsel fan kristallen (B) en oplost sâlt (A), wêrfan it floeibere diel troch perslucht fuorthelle wurdt. Dizze oanpak foarkomt net allinich de foarming fan in film op dizze hydraten, mar ferminderet ek de tiid dy't nedich is foar de tarieding fan oare kompositen. It fuortheljen fan floeistof troch perslucht liedt lykwols ta ekstra kristallisaasje fan it sâlt, wat resulteart yn in dikkere laach.
In oare metoade dy't brûkt wurde kin om metalen oerflakken te beklaaien omfettet de direkte produksje fan doelsâlt troch gemyske reaksjes. Beklaaide waarmtewikselers makke troch de reaksje fan soeren op 'e metalen oerflakken fan finnen en buizen hawwe in oantal foardielen, lykas rapportearre yn ús eardere stúdzje. De tapassing fan dizze metoade op fezels late ta tige minne resultaten fanwegen de foarming fan gassen tidens de reaksje. De druk fan 'e wetterstofgasbellen bouwt him op yn 'e sonde en ferskowt as it produkt útstutsen wurdt (Fig. 14a).
De coating is oanpast troch in gemyske reaksje om de dikte en ferdieling fan 'e coating better te kontrolearjen. Dizze metoade omfettet it trochjaan fan in soere miststream troch it stekproef (Ofbylding 14b). Dit sil nei ferwachting resultearje yn in unifoarme coating troch reaksje mei it substraatmetaal. De resultaten wiene befredigjend, mar it proses wie te stadich om as in effektive metoade beskôge te wurden (Ofbylding 14c). Koartere reaksjetiden kinne berikt wurde troch lokale ferwaarming.
Om de neidielen fan 'e boppesteande metoaden te oerwinnen, is in coatingmetoade basearre op it brûken fan kleefstoffen bestudearre. HEC waard selektearre op basis fan 'e resultaten presintearre yn 'e foarige seksje. Alle samples waarden taret mei 3% gewicht. It bindmiddel wurdt mingd mei sâlt. De fezels waarden foarbehannele neffens deselde proseduere as foar de ribben, d.w.s. binnen 15 minuten wekt yn 50% fol. swevelsoer, doe 20 sekonden wekt yn natriumhydrokside, wosken yn destillearre wetter en úteinlik 30 minuten wekt yn destillearre wetter. Yn dit gefal waard in ekstra stap tafoege foar de impregnaasje. Dompel it sample koart ûnder yn in ferdunde doelsâltoplossing en droegje it by sawat 60 °C. It proses is ûntworpen om it oerflak fan it metaal te modifisearjen, wêrtroch kearnfoarmingsplakken ûntsteane dy't de ferdieling fan 'e coating yn 'e lêste faze ferbetterje. De fezelrige struktuer hat ien kant wêr't de filamenten tinner en ticht ynpakt binne, en de tsjinoerstelde kant wêr't de filamenten dikker en minder ferspraat binne. Dit is it resultaat fan 52 produksjeprosessen.
De resultaten foar kalsiumchloride (CaCl2) binne gearfette en yllustrearre mei ôfbyldings yn Tabel 1. Goede dekking nei yninting. Sels dy stringen sûnder sichtbere kristallen op it oerflak hienen fermindere metalen refleksjes, wat in feroaring yn 'e finish oanjout. Nei't de samples lykwols impregnearre wiene mei in wetterich mingsel fan CaCl2 en HEC en droege wiene by in temperatuer fan sawat 60 °C, wiene de coatings konsintrearre op 'e krusingen fan' e struktueren. Dit is in effekt feroarsake troch de oerflakspanning fan 'e oplossing. Nei it weakjen bliuwt de floeistof yn it sample fanwegen syn oerflakspanning. Yn prinsipe bart it op 'e krusing fan struktueren. De bêste kant fan it sample hat ferskate gatten fol mei sâlt. It gewicht naam ta mei 0,06 g/cm3 nei it coaten.
Coating mei magnesiumsulfaat (MgSO4) produsearre mear sâlt per ienheidsvolume (Tabel 2). Yn dit gefal is de mjitten tanimming 0,09 g/cm3. It siedproses resultearre yn in wiidweidige stekproefdekking. Nei it coatingproses blokkearret it sâlt grutte gebieten fan 'e tinne kant fan it stekproef. Derneist binne guon gebieten fan 'e matte blokkearre, mar bliuwt wat porositeit behâlden. Yn dit gefal is sâltfoarming maklik te waarnimmen by de krusing fan 'e struktueren, wat befêstiget dat it coatingproses benammen te tankjen is oan 'e oerflakspanning fan 'e floeistof, en net oan 'e ynteraksje tusken it sâlt en it metalen substraat.
De resultaten foar de kombinaasje fan strontiumchloride (SrCl2) en HEC lieten ferlykbere eigenskippen sjen as de foargeande foarbylden (Tabel 3). Yn dit gefal is de tinner kant fan it stekproef hast folslein bedekt. ​​Allinnich yndividuele poaren binne sichtber, foarme tidens it droegjen as gefolch fan it frijkommen fan stoom út it stekproef. It patroan dat waarnommen wurdt op 'e matte kant is tige ferlykber mei it foargeande gefal, it gebiet is blokkearre mei sâlt en de fezels binne net folslein bedekt.
Om it positive effekt fan 'e fezelstruktuer op 'e termyske prestaasjes fan 'e waarmtewikseler te evaluearjen, waard de effektive termyske geliedingsfermogen fan 'e bedekte fezelstruktuer bepaald en fergelike mei it suvere coatingmateriaal. Termyske geliedingsfermogen waard metten neffens ASTM D 5470-2017 mei it platte panielapparaat werjûn yn figuer 15a mei in referinsjemateriaal mei bekende termyske geliedingsfermogen. Yn ferliking mei oare tydlike mjitmetoaden is dit prinsipe foardielich foar poreuze materialen dy't brûkt wurde yn 'e hjoeddeiske stúdzje, om't de mjittingen wurde útfierd yn in stabile steat en mei in foldwaande stekproefgrutte (basisoerflak 30 × 30 mm2, hichte sawat 15 mm). Stekproeven fan it suvere coatingmateriaal (referinsje) en de bedekte fezelstruktuer waarden taret foar mjittingen yn 'e rjochting fan' e fezel en loodrecht op 'e rjochting fan' e fezel om it effekt fan anisotropyske termyske geliedingsfermogen te evaluearjen. De eksimplaren waarden op it oerflak slyp (P320 grit) om it effekt fan oerflakrûchheid troch de tarieding fan it stekproef te minimalisearjen, wat de struktuer binnen it stekproef net reflektearret.