Nature.com сайтына киргениңиз үчүн рахмат.Сиз колдонуп жаткан серепчинин версиясы чектелген CSS колдоосуна ээ.Мыкты тажрыйба үчүн жаңыртылган браузерди колдонууну сунуштайбыз (же Internet Explorerдеги Шайкештик режимин өчүрүү).Ал ортодо, үзгүлтүксүз колдоону камсыз кылуу үчүн биз сайтты стилдерсиз жана JavaScriptсиз көрсөтөбүз.
Адсорбциялык муздаткыч системаларынын жана жылуулук насосторунун рыноктук үлүшү дагы эле салттуу компрессордук системаларга салыштырмалуу аз.Арзан жылуулукту колдонуунун чоң артыкчылыгына карабастан (кымбат электрдик жумуштун ордуна), адсорбциялык принциптерге негизделген системаларды ишке ашыруу дагы эле бир нече конкреттүү колдонмолор менен чектелет.Жоюу керек болгон негизги кемчилик - адсорбенттин төмөнкү жылуулук өткөрүмдүүлүгүнө жана туруктуулугунун төмөндүгүнө байланыштуу салыштырма кубаттуулуктун азайышы.Коммерциялык адсорбциялык муздаткыч системаларынын учурдагы абалы муздатуу жөндөмдүүлүгүн оптималдаштыруу үчүн капталган плиталык жылуулук алмаштыргычтарга негизделген адсорберлерге негизделген.Натыйжалар белгилүү болгондой, жабуунун калыңдыгын азайтуу массаны өткөрүү импедансынын төмөндөшүнө алып келет, ал эми өткөргүч структуралардын бетинин аянтына карата көлөмүнүн катышын жогорулатуу эффективдүүлүгүн бузбастан кубаттуулукту жогорулатат.Бул иште колдонулган металл жипчелери 2500-50 000 м2 / м3 диапазондо белгилүү бир жерди камсыз кыла алат.Металл беттерине, анын ичинде металл булаларына туз гидраттарынын өтө жука, бирок туруктуу каптамаларын алуу үчүн үч ыкма, каптамаларды өндүрүү үчүн биринчи жолу жогорку кубаттуулуктагы жылуулук алмаштыргычты көрсөтөт.Алюминийди аноддоштурууга негизделген беттик тазалоо каптоо менен субстраттын ортосунда күчтүүрөөк байланыш түзүү үчүн тандалат.Алынган беттин микроструктурасы сканерлөөчү электрондук микроскоптун жардамы менен талданды.Кыскартылган жалпы чагылдыруу Фурье трансформациясынын инфракызыл спектроскопиясы жана энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопиясы анализде керектүү түрлөрдүн бар-жоктугун текшерүү үчүн колдонулган.Алардын гидраттарды түзүүгө жөндөмдүүлүгү комбинацияланган термогравиметриялык анализ (TGA)/дифференциалдык термогравиметриялык анализ (DTG) менен ырасталды.MgSO4 каптамасында 0,07 г (суу)/г (композит) жогору сапатсыз сапаты табылды, 60 °Cге жакын температурада суусуздануу белгилерин көрсөткөн жана регидратациядан кийин кайра жаралуу.100 °C төмөн болжол менен 0,02 г/г массалык айырма менен SrCl2 жана ZnSO4 менен да оң натыйжалар алынды.Гидроксиэтилцеллюлоза жабуунун туруктуулугун жана адгезиясын жогорулатуу үчүн кошумча катары тандалып алынган.Продукциялардын адсорбциялык касиеттери бир эле убакта TGA-DTG менен бааланган жана алардын адгезиясы ISO2409 сүрөттөлгөн сыноолорго негизделген ыкма менен мүнөздөлгөн.CaCl2 каптамасынын консистенциясы жана адгезиясы 100 °Cден төмөн температурада болжол менен 0,1 г/г салмактык айырма менен анын адсорбциялык жөндөмдүүлүгүн сактоо менен бир топ жакшырды.Мындан тышкары, MgSO4 гидраттарды пайда кылуу жөндөмүн сактап, 100 °C төмөн температурада 0,04 г/г ашык масса айырмасын көрсөтөт.Акыр-аягы, капталган металл жипчелери каралат.Натыйжалар Al2(SO4)3 менен капталган була структурасынын эффективдүү жылуулук өткөрүмдүүлүгү таза Al2(SO4)3 көлөмүнө салыштырмалуу 4,7 эсе жогору болушу мүмкүн экенин көрсөтүп турат.Изилденген жабындардын жабуусу визуалдык түрдө каралып, ички структурасы кесилиштердин микроскопиялык сүрөтү аркылуу бааланган.Калыңдыгы болжол менен 50 мкм болгон Al2(SO4)3 каптоосу алынды, бирок бир калыпта бөлүштүрүүгө жетишүү үчүн жалпы процессти оптималдаштыруу керек.
Адсорбциялык системалар акыркы бир нече он жылдыкта көп көңүл буруп, алар салттуу компрессиялык жылуулук насосторуна же муздаткыч системаларына экологиялык жактан таза альтернатива болуп саналат.Жайлуулуктун стандарттары жана глобалдык орточо температуранын өсүшү менен адсорбциялык системалар жакынкы келечекте күйүүчү майларга көз карандылыкты азайтышы мүмкүн.Мындан тышкары, адсорбциялык муздаткычтардагы же жылуулук насосторундагы ар кандай өркүндөтүүлөр жылуулук энергиясын сактоого өткөрүлүп берилиши мүмкүн, бул баштапкы энергияны эффективдүү пайдалануу потенциалынын кошумча өсүшүн билдирет.Адсорбциялык жылуулук насосторунун жана муздаткыч системалардын негизги артыкчылыгы - алар аз жылуулук массасы менен иштей алат.Бул аларды күн энергиясы же таштанды жылуулук сыяктуу төмөнкү температура булактарына ылайыктуу кылат.Энергияны сактоо колдонмолору жагынан адсорбция энергиянын жогорку тыгыздыгынын жана сезгич же жашыруун жылуулукту сактоого салыштырмалуу энергиянын азыраак таралышынын артыкчылыгына ээ.
Адсорбциялык жылуулук насостору жана муздаткыч системалары, алардын буу кысуу кесиптештери сыяктуу эле термодинамикалык циклди аткарышат.Негизги айырмасы - компрессордун тетиктерин адсорберлер менен алмаштыруу.Элемент орточо температурада төмөнкү басымдагы муздаткычтын буусун адсорбциялай алат, ал тургай суюктук муздак болгондо дагы муздаткычты бууланат.Адсорбциянын энтальпиясын (экзотерманы) жокко чыгаруу үчүн адсорбердин туруктуу муздалышын камсыз кылуу зарыл.Адсорбер жогорку температурада регенерацияланып, муздаткычтын буусу десорбцияланат.Десорбциянын энтальпиясын (эндотермиялык) камсыз кылуу үчүн ысытуу улантылышы керек.Адсорбция процесстери температуранын өзгөрүшү менен мүнөздөлгөндүктөн, жогорку кубаттуулук тыгыздыгы жогорку жылуулук өткөрүмдүүлүктү талап кылат.Бирок, төмөнкү жылуулук өткөрүмдүүлүк көпчүлүк колдонмолордо негизги кемчилик болуп саналат.
Өткөргүчтүктүн негизги маселеси – адсорбция/десорбциялык буулардын агымын камсыз кылуучу транспорттук жолду сактоо менен анын орточо маанисин жогорулатуу.Буга жетишүү үчүн көбүнчө эки ыкма колдонулат: курама жылуулук алмаштыргычтар жана капталган жылуулук алмаштыргычтар.Эң популярдуу жана ийгиликтүү композиттик материалдар бул көмүртектүү кошумчаларды, тактап айтканда кеңейтилген графит, активдештирилген көмүр же көмүртек булаларын колдонгондор.Оливейра жана башкалар.2 сиңирилген кеңейтилген графит порошок кальций хлориди менен адсорберди өндүрүү үчүн өзгөчө муздатуу кубаттуулугу (SCP) 306 Вт/кг чейин жана аткаруу коэффициенти (COP) 0,46 чейин.Заячковски жана башкалар.3 жалпы өткөргүчтүгү 15 Вт/мК болгон кеңейтилген графиттин, көмүртек буласынын жана кальций хлоридинин айкалышын сунуш кылган.Jian et al4 эки баскычтуу адсорбциялык муздатуу циклинде субстрат катары кеңейтилген табигый графитти (ENG-TSA) иштеткен күкүрт кислотасы менен композиттерди сынашкан.Модель COP 0,215тен 0,285ке чейин жана SCPди 161,4төн 260,74 Вт/кгга чейин алдын ала айткан.
Эң ылайыктуу чечим капталган жылуулук алмаштыргыч болуп саналат.Бул жылуулук алмаштыргычтардын каптоо механизмдерин эки категорияга бөлүүгө болот: түз синтездөө жана чаптама.Эң ийгиликтүү ыкма түз синтез болуп саналат, ал адсорбциялоочу материалдарды түз жылуулук алмаштыргычтардын бетинде тиешелүү реагенттерден түзүүнү камтыйт.Sotech5 Fahrenheit GmbH чыгарган бир катар муздаткычтарда колдонуу үчүн капталган цеолитти синтездөө ыкмасын патенттеген.Schnabel et al6 дат баспас болоттон капталган эки цеолиттин иштешин сынашкан.Бирок, бул ыкма атайын адсорбенттер менен гана иштейт, бул клейлер менен каптоо кызыктуу альтернатива кылат.Байланыштыргычтар сорбенттин адгезиясын жана/же масса өткөрүүнү колдоо үчүн тандалып алынган пассивдүү заттар, бирок адсорбцияда же өткөргүчтүктү жогорулатууда эч кандай роль ойнобойт.Freni жана башкалар.7 капталган алюминий жылуулук алмаштыргычтар AQSOA-Z02 цеолит менен ылай негизделген бириктиргич менен турукташтырылган.Calabrese жана башкалар 8 полимердик байланыштыргычтар менен цеолиттик каптамаларды даярдоону изилдешкен.Амман жана башкалар 9 поливинил спиртинин магниттик аралашмаларынан кеуектүү цеолиттик каптамаларды даярдоо методун сунуш кылышкан.Глинозем (глинозем) ошондой эле адсорберде 10 байланыштыргыч катары колдонулат.Биздин маалыматыбыз боюнча, целлюлоза жана гидроксиэтил целлюлоза физикалык адсорбенттер менен бирге гана колдонулат11,12.Кээде клей боёк үчүн пайдаланылбайт, бирок конструкцияны 13 өз алдынча куруу үчүн колдонулат.Альгинат полимердик матрицалардын бир нече туз гидраттары менен айкалышы кургатуу учурунда агып кетүүнүн алдын алган ийкемдүү композиттик мончок структураларын түзөт жана адекваттуу масса өткөрүүнү камсыз кылат.Бентонит жана аттапульгит сыяктуу чопо композиттерди даярдоо үчүн бириктиргич катары колдонулган15,16,17.Этилцеллюлоза кальций хлориди18 же натрий сульфиди19 микрокапсуляциялоо үчүн колдонулган.
Тешиктүү металл структурасы бар композиттер кошумча жылуулук алмаштыргычтар жана капталган жылуулук алмаштыргычтар болуп бөлүнөт.Бул структуралардын артыкчылыгы жогорку өзгөчө беттик аянты болуп саналат.Бул муздатуу циклинин жалпы эффективдүүлүгүн төмөндөтүүчү инерттүү массаны кошпостон, адсорбент менен металлдын ортосунда чоңураак контакт бетине алып келет.Ланг жана башкалар.20 алюминий бал уясынын структурасы менен цеолит адсорберинин жалпы өткөргүчтүгүн жакшыртышты.Гиллерминот жана башкалар.21 жез жана никель көбүгү менен NaX цеолит катмарларынын жылуулук өткөрүмдүүлүгүн жакшыртышты.Композиттер фазаны өзгөртүү материалдары (ПКМ) катары колдонулса да, Ли ж.б.22 жана Чжао жана башкалар.23 химисорбция үчүн да кызыкдар.Алар кеңейтилген графит менен металл көбүктүн иштешин салыштырып көрүп, эгер коррозия көйгөйү жок болсо, экинчиси артыкчылыктуу деген жыйынтыкка келишкен.Паломба жана башкалар.жакында эле башка металлдык тешиктүү структураларды салыштырышты24.Ван дер Пал жана башкалар.пенопласттарга салынган металл туздарын изилдешкен 25 .Бардык мурунку мисалдар бөлүкчөлөр адсорбенттердин тыгыз катмарларына туура келет.Адсорберлерди жабуу үчүн металл кеуектүү конструкциялар дээрлик колдонулбайт, бул оптималдуу чечим.Цеолиттер менен байланыштын мисалын Виттштадт ж.б.26, бирок алардын энергия тыгыздыгы 27 жогору болгонуна карабастан, туз гидраттарын байланыштыруу аракети жасалган эмес.
Ошентип, бул макалада адсорбенттик каптамаларды даярдоонун үч ыкмасы каралат: (1) бириктирүүчү каптоо, (2) түз реакция жана (3) беттик тазалоо.Гидроксиэтилцеллюлоза физикалык адсорбенттер менен айкалышта мурда билдирилген туруктуулуктун жана жабуунун жакшы адгезиясынын аркасында бул иште тандалган байлагыч болгон.Бул ыкма алгач жалпак каптоо үчүн изилденген жана кийинчерээк металл була структуралар үчүн колдонулган.Мурда адсорбенттик каптоолордун пайда болушу менен химиялык реакциялардын мумкунчулугун алдын-ала талдоо билдирилген.Мурдагы таж-рыйба азыр металл була кон-струкцияларын каптоого которулуп жатат.Бул иш үчүн тандалган беттик дарылоо алюминий аноддоштуруу негизделген ыкма болуп саналат.Алюминийди аноддоштуруу эстетикалык максаттарда металл туздары менен ийгиликтүү айкалыштырылган29.Бул учурларда, абдан туруктуу жана коррозияга туруктуу жабууларды алууга болот.Бирок алар эч кандай адсорбция же десорбция процессин жүргүзө алышпайт.Бул макалада бул ыкманын варианты келтирилген, ал массаны баштапкы процесстин жабышчаак касиеттерин колдонуу менен жылдырууга мүмкүндүк берет.Биздин билишибизче, бул жерде айтылган ыкмалардын бири дагы мурда изилденген эмес.Алар абдан кызыктуу жаңы технологияны билдирет, анткени алар гидратталган адсорбенттик каптамаларды түзүүгө мүмкүндүк берет, алар көп изилденген физикалык адсорбенттерге караганда бир катар артыкчылыктарга ээ.
Бул эксперименттер үчүн субстрат катары колдонулган штампталган алюминий плиталары ALINVEST Břidličná, Чехия тарабынан берилген.Алардын курамында 98,11% алюминий, 1,3622% темир, 0,3618% марганец жана жез, магний, кремний, титан, цинк, хром жана никельдин издери бар.
Композиттерди өндүрүү үчүн тандалып алынган материалдар алардын термодинамикалык касиеттерине ылайык тандалат, тактап айтканда, 120°С төмөн температурада алар адсорбциялоо/десорбциялоо мүмкүн болгон суунун көлөмүнө жараша.
Магний сульфаты (MgSO4) эң кызыктуу жана изилденген гидраттуу туздардын бири30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Термодинамикалык касиеттери системалуу түрдө өлчөнгөн жана адсорбциялык муздаткыч, жылуулук насостору жана энергияны сактоо тармактарында колдонууга ылайыктуу деп табылган.Кургак магний сульфаты CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия) колдонулган.
Кальций хлориди (CaCl2) (H319) дагы жакшы изилденген туз, анткени анын гидратынын кызыктуу термодинамикалык касиеттери бар41,42,43,44.Кальций хлориди гексагидраты CAS-№.7774-34-7 97% колдонулат (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия).
Цинк сульфаты (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) жана анын гидраттары төмөнкү температурадагы адсорбциялык процесстерге ылайыктуу термодинамикалык касиеттерге ээ45,46.Zinc sulfate heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германия) колдонулган.
Стронций хлориди (SrCl2) (H318) ошондой эле кызыктуу термодинамикалык касиеттерге ээ4,45,47 бирок ал көбүнчө адсорбциялык жылуулук насосу же энергияны сактоо изилдөөлөрүндө аммиак менен айкалышат.Синтез үчүн стронций хлориди гексагидраты CAS-Nr.10.476-85-4 99,0–102,0% (Сигма Олдрич, Сент-Луис, Миссури, АКШ) колдонулган.
Жез сульфаты (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) профессионалдык адабияттарда көп кездешүүчү гидраттардын катарына кирбейт, бирок анын термодинамикалык касиеттери төмөн температурада колдонуу үчүн кызыкдар48,49.Синтездөө үчүн CAS-Nr.7758-99-8 99% жез сульфаты (Сигма Олдрих, Сент-Луис, МО, АКШ) колдонулган.
Магний хлориди (MgCl2) гидраттуу туздардын бири болуп саналат, ал акыркы убакта жылуулук энергиясын сактоо тармагында көбүрөөк көңүл бурган50,51.Эксперимент үчүн магний хлориди гексагидраты CAS-Nr.7791-18-6 таза фармацевтикалык сорт (Applichem GmbH., Дармштадт, Германия) колдонулган.
Жогоруда айтылгандай, гидроксиэтил целлюлоза, анткени окшош өтүнмөлөр боюнча оң натыйжалар тандалып алынган.Биздин синтезде колдонулган материал гидроксиэтил целлюлоза CAS-Nr 9004-62-0 (Сигма Олдрих, Сент-Луис, МО, АКШ).
Металл жипчелери кысуу жана агломерациялоо жолу менен бириктирилген кыска зымдардан жасалат, бул процесс тигель эритмесин алуу (CME)52 деп аталат.Бул алардын жылуулук өткөрүмдүүлүгү өндүрүштө колдонулган металлдардын көлөмдүү өткөргүчтүгүнө жана акыркы түзүлүштүн көзөнөктүүлүгүнө гана эмес, жиптердин ортосундагы байланыштардын сапатына да көз каранды экендигин билдирет.Булалар изотроптуу эмес жана өндүрүш учурунда белгилүү бир багытта бөлүштүрүлөт, бул туурасынан кеткен багытта жылуулук өткөрүмдүүлүктү бир топ төмөн кылат.
Сууну жутуу касиеттери вакуумдук пакетте (Netzsch TG 209 F1 Libra) бир эле убакта термогравиметриялык анализ (TGA)/дифференциалдык термогравиметриялык анализ (DTG) аркылуу изилденген.Өлчөөлөр азоттун агып жаткан атмосферасында 10 мл/мин чыгымда жана 25тен 150°Сге чейинки температура диапазонунда алюминий кычкылынын тигелдеринде жүргүзүлдү.Жылытуу ылдамдыгы 1 °C / мин, үлгү салмагы 10 20 мг чейин өзгөрүп, токтому 0,1 мкг болгон.Бул иште, ал бирдик бетине массалык айырма чоң белгисиздикке ээ экенин белгилей кетүү керек.TGA-DTGде колдонулган үлгүлөр өтө кичинекей жана туура эмес кесилген, бул алардын аянтын туура эмес аныктоого алып келет.Бул баалуулуктарды чоң четтөөлөр эске алынганда гана чоңураак аймакка экстраполяциялоого болот.
Атенуацияланган жалпы чагылдыруу Фурье трансформациясы инфракызыл (ATR-FTIR) спектрлери ATR платина аксессуарын (Bruker Optik GmbH, Германия) колдонуу менен Bruker Vertex 80 v FTIR спектрометринде (Bruker Optik GmbH, Лейпциг, Германия) алынды.Таза кургак алмаз кристаллдарынын спектрлери үлгүлөрдү эксперименталдык өлчөөлөр үчүн фон катары колдонуудан мурун түздөн-түз вакуумда өлчөнгөн.Үлгүлөр вакуумда 2 см-1 спектралдык резолюцияны жана 32 сканерлөөнүн орточо санын колдонуу менен өлчөнгөн. Толкундардын саны 8000ден 500 см-1ге чейин.Спектралдык анализ OPUS программасын колдонуу менен жүргүзүлгөн.
SEM талдоо Zeiss компаниясынан DSM 982 Gemini колдонуу менен 2 жана 5 кВ тездетүүчү чыңалууларда жүргүзүлгөн.Энергетикалык дисперсиялык рентген спектроскопиясы (EDX) Peltier муздатылган кремний дрейф детектору (SSD) менен Thermo Fischer System 7 аркылуу аткарылган.
Металл плиталарды даярдоо 53-бөлүмдө сүрөттөлгөн процедурага ылайык жүргүзүлдү. Биринчиден, пластинканы 50% күкүрт кислотасына батырыңыз.15 мүнөт.Андан кийин алар 1 М натрий гидроксиди эритмесинде болжол менен 10 секундга киргизилди.Андан кийин үлгүлөрдү көп сандагы дистилденген суу менен жууп, андан кийин 30 мүнөткө дистилденген сууга чылап коюшкан.Алдын ала беттик тазалоодон кийин үлгүлөр 3% каныккан эритмеге чөмүлдүрүлгөн.HEC жана максаттуу туз.Акырында, аларды алып чыгып, 60°C температурада кургатыңыз.
Аноддоштуруу ыкмасы пассивдүү металлдагы табигый оксид катмарын күчөтөт жана бекемдейт.Алюминий панелдери катууланган абалда күкүрт кислотасы менен аноддолуп, андан кийин ысык сууга жабылган.Аноддоштуруу 1 моль/л NaOH (600 сек) менен баштапкы лактоодон кийин, андан кийин 1 моль/л HNO3 (60 с) менен нейтралдаштыруудан кийин жүрдү.Электролит эритмеси 2,3 М H2SO4, 0,01 М Al2(SO4)3 жана 1 М MgSO4 + 7H2O аралашмасы.Аноддоштуруу (40 ± 1)°C, 30 мА/см2 1200 секундада жүргүзүлдү.Жабуу процесси материалдарда (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) сүрөттөлгөндөй ар кандай туздуу эритмелерде жүргүзүлдү.Үлгү анда 1800 секунд кайнатылат.
Композиттерди алуу үчүн үч түрдүү ыкмалар изилденген: жабышчаак каптоо, түз реакция жана беттик тазалоо.Ар бир окутуу ыкмасынын артыкчылыктары жана кемчиликтери системалуу түрдө талданып, талкууланат.Натыйжаларды баалоо үчүн түздөн-түз байкоо, наноимография жана химиялык/элементтик анализ колдонулган.
Туз гидраттарынын адгезиясын жогорулатуу үчүн конверсиялык беттик тазалоо ыкмасы катары аноддоштуруу тандалган.Бул беттик тазалоо алюминий бетинде түздөн-түз глиноземдин (глинозем) тешиктүү түзүлүшүн түзөт.Салттуу түрдө бул ыкма эки этаптан турат: биринчи этапта алюминий оксидинин көзөнөктүү структурасы түзүлөт, экинчи этапта тешикчелерди жаап турган алюминий гидроксидинин каптоосу түзүлөт.Төмөндө газ фазасына кирүүгө бөгөт койбостон, тузду бөгөттөөнүн эки ыкмасы бар.Биринчиси адсорбенттин кристаллдарын кармап туруу жана анын металл беттерине адгезиясын жогорулатуу үчүн биринчи кадамда алынган кичинекей алюминий кычкылы (Al2O3) түтүктөрүн колдонгон бал уюк системасынан турат.Пайда болгон уялардын диаметри болжол менен 50 нм жана узундугу 200 нм (сүр. 1а).Мурда айтылгандай, бул боштуктар, адатта, глинозем түтүк кайнатуу жараяны тарабынан колдоого Al2O (OH) 2 boehmite жука катмары менен экинчи кадам менен жабылат.Экинчи ыкмада бул пломбалоо процесси туздун кристаллдары боэмдин (Al2O(OH)) бир калыпта каптоочу катмарында кармалып тургандай модификацияланат, бул учурда мөөр коюу үчүн колдонулбайт.Экинчи этап тиешелүү туздун каныккан эритмесинде жүргүзүлөт.Сүрөттөлгөн үлгүлөрдүн өлчөмү 50–100 нм диапазондо жана чачыраган тамчыларга окшош (1б-сүрөт).Пломбалоо процессинин натыйжасында алынган беттин контакт аянты чоңойгон айкын мейкиндик структурасы бар.Бул беттик үлгү, алардын көптөгөн байланыш конфигурациялары менен бирге, туз кристаллдарын алып жүрүү жана кармоо үчүн идеалдуу.Сүрөттөлгөн эки структура тең чындап тешиктүү жана адсорбердин иштеши учурунда туздун гидраттарын кармап турууга жана бууларды тузга адсорбциялоого ылайыктуу көрүнгөн кичинекей көңдөйлөрү бар көрүнөт.Бирок, EDX аркылуу бул беттердин элементардык анализи глиноземдин бетинде аныкталбаган боэмдин бетинде магний менен күкүрттүн изин аныктай алат.
Үлгүнүн ATR-FTIR элементи магний сульфаты экенин тастыктады (2б-сүрөттү караңыз).Спектр 610–680 жана 1080–1130 см–1де мүнөздүү сульфат ионунун чокуларын жана 1600–1700 см–1 жана 3200–3800 см–1де мүнөздүү торлуу суунун чокуларын көрсөтөт (2а, в-сүрөттү караңыз).).Магний иондорунун болушу спектрди дээрлик өзгөртпөйт54.
(а) MgSO4 менен капталган алюминий плитасынын EDX, (б) бохмиттин жана MgSO4 каптамаларынын ATR-FTIR спектри, (в) таза MgSO4тин ATR-FTIR спектри.
Адсорбциянын эффективдүүлүгүн сактоо TGA тарабынан тастыкталды.fig боюнча.3b болжол менен десорбциянын чокусун көрсөтөт.60°C.Бул чоку таза туздун ТГАсында байкалган эки чокунун температурасына туура келбейт (3а-сүрөт).Адсорбция-десорбция циклинин кайталануучулугу бааланып, үлгүлөрдү нымдуу атмосферага жайгаштыргандан кийин ошол эле ийри сызык байкалды (сүрөт 3c).Десорбциянын экинчи этабында байкалган айырмачылыктар агып жаткан атмосферада суусуздануунун натыйжасы болушу мүмкүн, анткени бул көп учурда толук эмес суусузданууга алып келет.Бул көрсөткүчтөр биринчи суусуздандырууда болжол менен 17,9 г/м2 жана экинчи суусуздандырууда 10,3 г/м2 туура келет.
Boehmite жана MgSO4 боюнча TGA анализин салыштыруу: таза MgSO4 (а), аралашма (б) жана регидратациядан кийин (c) TGA анализи.
Ошол эле ыкма адсорбент катары кальций хлориди менен жүргүзүлгөн.Натыйжалар 4-сүрөттө келтирилген. Бетти визуалдык текшерүүдө металл жарыгында анча-мынча өзгөрүүлөр байкалган.Жүнү көрүнбөйт.SEM бетинде бирдей бөлүштүрүлгөн майда кристаллдардын бар экендигин тастыктады.Бирок, TGA 150 ° C төмөн эч кандай суусуздануу көрсөттү.Бул туздун үлүшү TGA менен аныктоо үчүн субстрат жалпы массасына салыштырмалуу өтө аз болгондугу менен байланыштуу болушу мүмкүн.
Аноддоштуруу ыкмасы менен жез сульфаты менен капталган беттик тазалоонун натыйжалары 2-сүрөттө көрсөтүлгөн.5. Бул учурда Al оксидинин структурасына CuSO4тин күтүлгөн кошулуусу болгон жок.Анын ордуна, алар, адатта, типтүү бирюза боектор менен колдонулган жез гидроксиди Cu (OH) 2 үчүн колдонулат, анткени, бош ийнелер байкалат.
Аноддолгон беттик тазалоо да стронций хлориди менен айкалыштырып сыналган.Натыйжалар бирдей эмес камтууну көрсөттү (6а-сүрөттү караңыз).Туздун бүт жер бетин каптаганын аныктоо үчүн EDX анализи жүргүзүлгөн.Боз аймактагы чекит үчүн ийри сызык (6б-сүрөттөгү 1-пункт) аз стронцийди жана көп алюминийди көрсөтөт.Бул өлчөнгөн зонада стронцийдин аздыгын көрсөтүп турат, бул өз кезегинде стронций хлоридинин аз камтылышын көрсөтөт.Тескерисинче, ак жерлерде стронций көп жана алюминий аз болот (6б-сүрөттө 2-6 пункттары).Ак аймактын EDX анализи күңүрт чекиттерди (6б-сүрөттө 2 жана 4-пункттар) көрсөтөт, хлор аз жана күкүрт көп.Бул стронций сульфатынын пайда болушун көрсөтүшү мүмкүн.Жаркыраган чекиттер хлордун жогорку жана күкүрттүн аздыгын чагылдырат (6б-сүрөттүн 3, 5 жана 6-пункттары).Муну ак каптоонун негизги бөлүгү күтүлгөн стронций хлоридинен тургандыгы менен түшүндүрүүгө болот.Үлгүнүн TGA таза стронций хлоридинин мүнөздүү температурасында чокусу менен анализдин интерпретациясын ырастады (сүрөт 6c).Алардын кичинекей маанисин металл таянычтын массасына салыштырганда туздун аз үлүшү менен актоого болот.Тажрыйбаларда аныкталган десорбциялык масса 150°С температурада адсорбердин аянты бирдигине бөлүнгөн 7,3 г/м2 өлчөмүнө туура келет.
Элоксал менен иштетилген цинк-сульфат каптоолору да сыналган.Макроскопиялык жактан каптоо өтө жука жана бирдей катмар болуп саналат (сүр. 7а).Бирок, SEM бош жерлер менен бөлүнгөн майда кристаллдар менен капталган беттик аянтты аныктады (сүрөт 7б).Каптоо жана субстраттын TGA таза туз менен салыштырылган (сүрөт 7c).Таза туз 59,1°Сде бир асимметриялык чокуга ээ.капталган алюминий цинк сульфат гидрат бар экенин көрсөтүп, 55,5 ° C жана 61,3 ° C эки кичинекей чокуларын көрсөттү.Экспериментте аныкталган масса айырмасы 150°С суусуздануу температурасында 10,9 г/м2 туура келет.
Мурунку тиркемедегидей эле53, гидроксиэтил целлюлоза сорбент каптоосунун адгезиясын жана туруктуулугун жакшыртуу үчүн байланыштыргыч катары колдонулган.Материалдык шайкештик жана адсорбциянын эффективдүүлүгү TGA тарабынан бааланган.Талдоо жалпы массага карата жүргүзүлөт, башкача айтканда үлгүгө каптоочу субстрат катары колдонулган металл плита кирет.Адгезия ISO2409 спецификациясында аныкталган кайчылаш оюк сынагынын негизинде тест аркылуу текшерилет (спецификациянын калыңдыгына жана туурасына жараша оюк бөлүү спецификациясына жооп бере албайт).
Кальций хлориди (CaCl2) менен панелдерди каптоо (8а-сүрөттү караңыз) туура эмес бөлүштүрүүгө алып келди, бул туурасынан кеткен оюк сынагында колдонулган таза алюминий каптоосунда байкалган эмес.Таза CaCl2 үчүн натыйжаларга салыштырмалуу, TGA (сүрөт. 8b) тиешелүүлүгүнө жараша 40 жана 20 ° C төмөн температурага карай жылган эки мүнөздүү чокуларды көрсөтөт.Кесилишинин тести объективдүү салыштырууга мүмкүндүк бербейт, анткени таза CaCl2 үлгүсү (8c-сүрөттө оң жактагы үлгү) эң жогорку бөлүкчөлөрдү жок кылган порошок чөкмө болуп саналат.HEC натыйжалары канааттандырарлык адгезиясы менен абдан жука жана бирдей жабууну көрсөттү.Сүрөттө көрсөтүлгөн массалык айырма.8b 150°С температурада адсорбердин аянты бирдигине 51,3 г/м2 туура келет.
Магний сульфаты (MgSO4) менен адгезия жана бирдейлик жагынан да оң натыйжалар алынды (9-сүрөттү караңыз).Каптаманын десорбция процессинин анализи болжол менен бир чокусу бар экендигин көрсөттү.60°C.Бул температура 44°С дагы бир баскычты чагылдырган таза туздарды кургатуудагы негизги десорбция баскычына туура келет.Ал гексагидраттан пентагидратка өтүүгө туура келет жана бириктиргичтер менен капталган учурда байкалбайт.Кесилишинин тесттери таза тузду колдонуу менен жасалган жабууга салыштырмалуу жакшыртылган бөлүштүрүүнү жана адгезияны көрсөтөт.TGA-DTC байкалган масса айырмасы 150°С температурада адсорбердин аянты бирдигине 18,4 г/м2 туура келет.
Стронций хлориди (SrCl2) бетинин тегиз эместигинен улам канаттарында тегиз эмес капталган (10а-сүрөт).Бирок, туурасынан кеткен оюк тестинин натыйжалары бир кыйла жакшыртылган адгезия менен бирдей бөлүштүрүүнү көрсөттү (сүрөт 10c).TGA талдоо металл субстрат салыштырмалуу аз туз мазмуну менен шартталган болушу керек, салмагы абдан кичинекей айырманы көрсөттү.Бирок ийри сызыктагы кадамдар суусуздануу процессинин бар экендигин көрсөтөт, бирок чокусу таза тузду мүнөздөгөндө алынган температура менен байланышкан.110 ° C жана 70,2 ° C байкалган чокулары Fig.10б таза тузду анализдегенде да табылган.Бирок, 50 ° C таза тузда байкалган негизги суусуздануу кадамы бириктиргичти колдонуу менен ийри сызыктарда чагылдырылган эмес.Ал эми, туташтыргыч аралашма таза туз үчүн өлчөнгөн эмес, 20,2 ° C жана 94,1 ° C эки чокусун көрсөткөн (сүрөт. 10b).150 °C температурада байкалган масса айырмасы адсорбердин аянты бирдигине 7,2 г/м2 туура келет.
HEC жана цинк сульфатынын (ZnSO4) айкалышы алгылыктуу натыйжаларды берген жок (11-сүрөт).Капталган металлдын TGA анализи эч кандай суусуздануу процесстерин көрсөткөн эмес.Каптаманын бөлүштүрүлүшү жана адгезиясы жакшырганына карабастан, анын касиеттери дагы эле оптималдуу эмес.
Металл булаларын жука жана бирдей катмар менен каптоонун эң жөнөкөй жолу нымдуу импрегнация болуп саналат (12а-сүрөт), ал максаттуу тузду даярдоону жана металл булаларын суу эритмеси менен сиңирүүнү камтыйт.
Нымдуу импрегнацияга даярдануу учурунда эки негизги көйгөй пайда болот.Бир жагынан туздуу эритменин беттик чыңалуусу суюктуктун көңдөй түзүлүшкө туура киришине тоскоол болот.Сырткы беттеги кристаллдашуу (12г-сүрөт) жана конструкциянын ичинде кармалып калган аба көбүктөрү (12в-сүрөт) беттик чыңалууну төмөндөтүү жана үлгүнү дистилденген суу менен алдын ала нымдоо жолу менен гана азайтылышы мүмкүн.Ичиндеги абаны эвакуациялоо же конструкцияда эритме агымын түзүү аркылуу үлгүдөгү мажбурлап эритүү структураны толук толтурууну камсыз кылуунун башка эффективдүү жолдору болуп саналат.
Даярдоо учурунда пайда болгон экинчи көйгөй туздун бир бөлүгүнөн пленканы алып салуу болду (12б-сүрөттү караңыз).Бул кубулуш эрүү бетинде кургак жабыштын пайда болушу менен мүнөздөлөт, ал конвективдүү стимулдаштырылган кургатты токтотуп, диффузиянын стимуляцияланган процессин баштайт.Экинчи механизм биринчисине караганда бир топ жайыраак иштейт.Натыйжада, акылга сыярлык кургатуу убактысы үчүн жогорку температура талап кылынат, бул үлгүнүн ичинде көбүктөрдүн пайда болуу коркунучун жогорулатат.Бул маселе концентрациянын өзгөрүшүнө (бууланууга) эмес, температуранын өзгөрүшүнө негизделген (13-сүрөттөгү MgSO4 менен болгон мисалдагыдай) кристаллдаштыруунун альтернативалуу ыкмасын киргизүү жолу менен чечилет.
MgSO4 менен катуу жана суюк фазаларды муздатуу жана бөлүү учурундагы кристаллдашуу процессинин схемалык көрүнүшү.
Бул ыкманы колдонуу менен каныккан туз эритмелерин бөлмө температурасында же андан жогору даярдоого болот.Биринчи учурда, кристаллдашуу бөлмө температурасынан төмөн температураны төмөндөтүү менен аргасыз болгон.Экинчи учурда, кристаллдашуу үлгү бөлмө температурасына чейин муздатылганда (RT) болгон.Натыйжада кристаллдардын (В) жана эриген (А) аралашмасы пайда болот, анын суюк бөлүгү кысылган аба менен чыгарылат.Мындай мамиле бул гидраттарда пленканын пайда болушуна жол бербейт, ошондой эле башка композиттерди даярдоо үчүн талап кылынган убакытты кыскартат.Бирок, кысылган аба менен суюктуктун алынышы туздун кошумча кристаллдашуусуна алып келет, натыйжада калың катмар пайда болот.
Металл беттерин каптоо үчүн колдонула турган дагы бир ыкма химиялык реакциялар аркылуу максаттуу туздарды түз өндүрүүнү камтыйт.Канаттардын жана түтүктөрдүн металл беттериндеги кислоталардын реакциясынын натыйжасында жасалган капталган жылуулук алмаштыргычтар биздин мурунку изилдөөбүздө айтылгандай бир катар артыкчылыктарга ээ.Бул ыкманы жипчелерге колдонуу реакция учурунда газдардын пайда болушуна байланыштуу өтө начар натыйжаларга алып келген.Суутек газ көбүкчөлөрүнүн басымы зонддун ичинде пайда болуп, продукт сыртка чыгарылганда жылып кетет (14а-сүрөт).
Жабуунун калыңдыгын жана бөлүштүрүлүшүн жакшыраак көзөмөлдөө үчүн каптоо химиялык реакция аркылуу өзгөртүлгөн.Бул ыкма үлгү аркылуу кислота туманынын агымын өткөрүүнү камтыйт (сүрөт 14б).Бул субстрат металлы менен реакция аркылуу бирдиктүү каптоого алып келет деп күтүлүүдө.Натыйжалар канааттандырарлык болду, бирок процесс өтө жай болгондуктан, эффективдүү ыкма катары каралат (сүрөт 14c).Кыскараак реакция убактысына локализацияланган жылытуу аркылуу жетишүүгө болот.
Жогорудагы ыкмалардын кемчиликтерин жоюу үчүн чаптамаларды колдонууга негизделген каптоо ыкмасы изилденген.ЖЭК мурунку бөлүмдө берилген жыйынтыктардын негизинде тандалган.Бардык үлгүлөр 3% салмагы менен даярдалган.бириктиргич туз менен аралаштырылат.Булалар кабыргалардагыдай эле процедурага ылайык алдын ала иштетилген, башкача айтканда, 50% көлөмгө чыланган.15 мүнөттүн ичинде.күкүрт кислотасын, андан кийин натрий гидроксидине 20 секунд чылап, дистилденген сууга жууп, акырында дистилденген сууга 30 мүнөт малынган.Бул учурда, импрегнация алдында кошумча кадам кошулган.Үлгүнү суюлтулган максаттуу туз эритмесинде кыска убакытка чөмтүрүңүз жана болжол менен 60°C кургатыңыз.жараян акыркы этапта жабуунун бөлүштүрүүнү жакшыртуу nucleation сайттарды түзүү, металлдын бетин өзгөртүү үчүн иштелип чыккан.Фиброздуу түзүлүштүн жипчелери ичке жана тыгыз жыйылган бир тарабы жана жипчелери жоон жана азыраак таралган карама-каршы тарабы болот.Бул 52 өндүрүш процессинин натыйжасы.
Кальций хлориди (CaCl2) боюнча жыйынтыктар 1-таблицада сүрөттөр менен сүрөттөлгөн. Эмдөөдөн кийин жакшы камтуу.Атүгүл бетинде эч кандай көзгө көрүнбөгөн кристаллдар да металлдык чагылууларды азайтып, фиништин өзгөргөнүн көрсөткөн.Бирок, үлгүлөр CaCl2 жана HEC суу аралашмасы менен сиңирилгенден кийин жана болжол менен 60°C температурада кургатылгандан кийин, жабуулар конструкциялардын кесилишкен жерлеринде топтолгон.Бул эритменин беттик чыңалуусунан келип чыккан эффект.Чылоодон кийин суюктук беттик чыңалуудан улам үлгүнүн ичинде калат.Негизинен бул структуралардын кесилишинде пайда болот.Үлгүнүн эң жакшы тарабында туз менен толтурулган бир нече тешиктер бар.Салмагы капталгандан кийин 0,06 г/см3 көбөйгөн.
Магний сульфаты (MgSO4) менен каптоо көлөм бирдигине көбүрөөк туз чыгарган (2-таблица).Бул учурда өлчөнгөн өсүү 0,09 г/см3 түзөт.Үрөн себүү процесси кеңири үлгүлөрдү камтууга алып келди.Каптоо процессинен кийин туз үлгүнүн жука тарабынын чоң жерлерин тосот.Мындан тышкары, жалтырабаган кээ бир жерлери тосулуп, бирок кээ бир көзөнөктүүлүгү сакталат.Бул учурда туздун пайда болушу конструкциялардын кесилишинде оңой байкалат, бул каптоо процесси туз менен металл субстраттын өз ара аракеттенүүсү эмес, негизинен суюктуктун беттик чыңалуусунан келип чыккандыгын тастыктайт.
Стронций хлоридинин (SrCl2) жана HECдин айкалышынын натыйжалары мурунку мисалдарга окшош касиеттерди көрсөттү (3-таблица).Бул учурда үлгүнүн ичке тарабы дээрлик толугу менен жабылат.Үлгүдөн буунун чыгышынын натыйжасында кургатуу учурунда пайда болгон жеке тешикчелер гана көрүнөт.Жалтырабаган жагында байкалган үлгү мурунку учурга абдан окшош, ал жер туз менен тосулуп, жипчелер толук жабылган эмес.
Жылуулук алмаштыргычтын жылуулук көрсөткүчүнө жипчелүү структуранын оң таасирин баалоо үчүн капталган булалуу структуранын эффективдүү жылуулук өткөрүмдүүлүгү аныкталды жана таза каптоочу материал менен салыштырылды.Жылуулук өткөрүмдүүлүк ASTM D 5470-2017 боюнча 15а-сүрөттө көрсөтүлгөн жалпак панелдик аппаратты колдонуу менен белгилүү жылуулук өткөргүчтүгү бар эталондук материалды колдонуу менен өлчөнгөн.Башка өткөөл ченөө методдоруна салыштырмалуу бул принцип учурдагы изилдөөдө колдонулган тешиктүү материалдар үчүн пайдалуу, анткени өлчөөлөр туруктуу абалда жана жетиштүү үлгү өлчөмү менен (базалык аянты 30 × 30 мм2, бийиктиги болжол менен 15 мм) жүргүзүлөт.Анизотроптук жылуулук өткөрүмдүүлүктүн таасирин баалоо үчүн була багытында жана була багытына перпендикуляр өлчөө үчүн таза каптоочу материалдын (маалымдама) жана капталган була структурасынын үлгүлөрү даярдалган.Үлгүлөрдү даярдоодон улам беттин тегиздигинин таасирин азайтуу үчүн үлгүлөр бетинде (P320 грити) майдаланган, бул үлгү ичиндеги структураны чагылдырбайт.