Merci fir besicht Nature.com.D'Browser Versioun déi Dir benotzt huet limitéiert CSS Ënnerstëtzung.Fir déi bescht Erfahrung empfeelen mir Iech en aktualiséierte Browser ze benotzen (oder de Kompatibilitéitsmodus am Internet Explorer auszeschalten).An der Tëschenzäit, fir weider Ënnerstëtzung ze garantéieren, wäerte mir de Site ouni Stiler a JavaScript maachen.
De Maartundeel vun Adsorptiouns Kältesystemer an Wärmepompelen ass nach ëmmer relativ kleng am Verglach mat traditionelle Kompressorsystemer.Trotz dem grousse Virdeel fir bëlleg Hëtzt ze benotzen (amplaz vun deier elektresch Aarbecht), ass d'Ëmsetzung vu Systemer baséiert op Adsorptiounsprinzipien nach ëmmer op e puer spezifesch Uwendungen limitéiert.Den Haaptnodeel, dee muss eliminéiert ginn, ass d'Reduktioun vun der spezifescher Kraaft wéinst der gerénger thermescher Konduktivitéit an der gerénger Stabilitéit vum Adsorbent.Aktuelle Staat vun der Konscht kommerziell Adsorptioun Frigoen Systemer sinn baséiert op adsorbers baséiert op Placke Wärmetauscher Beschichtete Killkapazitéit ze optimiséieren.D'Resultater si gutt bekannt datt d'Ofsenkung vun der Dicke vun der Beschichtung zu enger Ofsenkung vun der Massentransferimpedanz féiert, an d'Erhéijung vun der Uewerfläch bis de Volume Verhältnis vun de konduktiven Strukturen erhéicht d'Kraaft ouni d'Effizienz ze kompromittéieren.D'Metallfaser, déi an dëser Aarbecht benotzt ginn, kënnen eng spezifesch Uewerfläch am Beräich vun 2500-50.000 m2 / m3 ubidden.Dräi Methoden fir ganz dënn awer stabil Beschichtungen vu Salzhydraten op Metalloberflächen ze kréien, dorënner Metallfaseren, fir d'Produktioun vu Beschichtungen weisen fir d'éischte Kéier e Wärmetauscher mat héijer Kraaftdicht.D'Uewerflächbehandlung baséiert op Aluminiumanodiséierung gëtt gewielt fir eng méi staark Verbindung tëscht der Beschichtung an dem Substrat ze kreéieren.D'Mikrostruktur vun der doraus resultéierend Uewerfläch gouf mat Scannen Elektronenmikroskopie analyséiert.Reduzéiert total Reflexioun Fourier transforméiert Infraroutspektroskopie an Energie dispersiv Röntgenspektroskopie goufen benotzt fir d'Präsenz vun der gewënschter Arten an der Assay ze kontrolléieren.Hir Fäegkeet fir Hydrate ze bilden gouf bestätegt duerch kombinéiert thermogravimetresch Analyse (TGA) / differentiell thermogravimetresch Analyse (DTG).Schlecht Qualitéit iwwer 0,07 g (Waasser) / g (Komposit) gouf an der MgSO4 Beschichtung fonnt, déi Unzeeche vun Dehydratioun bei ongeféier 60 ° C weist a reproduzéierbar no der Rehydratioun.Positiv Resultater goufen och mat SrCl2 an ZnSO4 mat engem Mass Differenz vun ongeféier 0,02 g /g ënner 100 ° C kritt.Hydroxyethylcellulose gouf als Additiv gewielt fir d'Stabilitéit an d'Adhäsioun vun der Beschichtung ze erhéijen.D'adsorptive Eegeschafte vun de Produkter goufen duerch simultan TGA-DTG bewäert an hir Adhäsioun gouf charakteriséiert duerch eng Method baséiert op den Tester beschriwwen am ISO2409.D'Konsistenz an d'Adhäsioun vun der CaCl2 Beschichtung gëtt wesentlech verbessert wärend seng Adsorptiounskapazitéit mat engem Gewiichtsdifferenz vun ongeféier 0,1 g / g bei Temperaturen ënner 100 ° C behalen.Zousätzlech behält MgSO4 d'Fäegkeet fir Hydrate ze bilden, wat e Massendifferenz vu méi wéi 0,04 g / g bei Temperaturen ënner 100 °C weist.Schlussendlech gi beschichtete Metallfaser iwwerpréift.D'Resultater weisen datt déi effektiv thermesch Konduktivitéit vun der Faserstruktur, déi mat Al2(SO4)3 beschichtet ass, 4,7 Mol méi héich ka sinn am Verglach zum Volume vu pure Al2(SO4)3.D'Beschichtung vun de studéierte Beschichtungen gouf visuell iwwerpréift, an déi intern Struktur gouf mat engem mikroskopesche Bild vun de Querschnitt bewäert.Eng Beschichtung vun Al2(SO4)3 mat enger Dicke vu ronn 50 µm gouf kritt, awer de Gesamtprozess muss optimiséiert ginn fir eng méi eenheetlech Verdeelung z'erreechen.
Adsorptiounssystemer hu vill Opmierksamkeet an de leschte Joerzéngte gewonnen, well se eng ëmweltfrëndlech Alternativ zu traditionelle Kompressor Wärmepompelen oder Kältesystemer ubidden.Mat steigenden Komfortnormen a weltwäiten Duerchschnëttstemperaturen, kënnen Adsorptiounssystemer d'Ofhängegkeet vu fossille Brennstoffer an der nächster Zukunft reduzéieren.Zousätzlech kënnen all Verbesserungen an der Adsorptiounskillung oder Wärmepompelen op thermesch Energielagerung transferéiert ginn, wat eng zousätzlech Erhéijung vum Potenzial fir effizient Notzung vun der Primärenergie duerstellt.Den Haaptvirdeel vun Adsorptioun Wärmepompelen a Kältesystemer ass datt se mat gerénger Hëtztmass funktionnéiere kënnen.Dëst mécht se gëeegent fir niddereg Temperatur Quelle wéi Solarenergie oder Offall Hëtzt.Wat d'Energielagerungsapplikatioune ugeet, huet d'Adsorptioun de Virdeel vu méi héijer Energiedicht a manner Energievergëftung am Verglach mat sensibel oder latenter Wärmelagerung.
Adsorptioun Wärmepompelen a Kältesystemer verfollegen deeselwechten thermodynamesche Zyklus wéi hir Dampkompressiounskollegen.Den Haaptunterschied ass den Ersatz vu Kompressorkomponenten mat Adsorber.D'Element ass fäeg, nidderegen Drock Kältemitteldamp bei moderéierten Temperaturen ze adsorbéieren, méi Kältemëttel ze verdampen och wann d'Flëssegkeet kal ass.Et ass noutwendeg fir eng konstant Ofkillung vum Adsorber ze garantéieren fir d'Enthalpie vun der Adsorptioun (Exotherm) auszeschléissen.Den Adsorber gëtt bei héijer Temperatur regeneréiert, wouduerch de Kältemitteldamp desorbéiert.Heizung muss weiderhin d'Enthalpie vun der Desorptioun (endothermesch) ubidden.Well Adsorptiounsprozesser duerch Temperaturännerungen charakteriséiert sinn, erfuerdert eng héich Kraaftdicht héich thermesch Konduktivitéit.Wéi och ëmmer, niddereg thermesch Konduktivitéit ass bei wäitem den Haaptnodeel an de meeschte Uwendungen.
Den Haaptproblem vun der Konduktivitéit ass säin Duerchschnëttswäert z'erhéijen wärend den Transportwee deen de Flux vun Adsorptioun / Desorptiounsdampen ubitt.Zwee Approche ginn allgemeng benotzt fir dëst z'erreechen: Komposit Wärmetauscher a Beschichtete Wärmetauscher.Déi populärsten an erfollegräichste Kompositmaterialien sinn déi, déi Kuelestoffbaséiert Additive benotzen, nämlech erweidert Grafit, Aktivkuelestoff oder Kuelestofffaser.Oliveira et al.2 imprägnéiert erweidert Grafitpulver mat Kalziumchlorid fir en Adsorber mat enger spezifescher Killkapazitéit (SCP) vu bis zu 306 W / kg an engem Leeschtungskoeffizient (COP) vu bis zu 0,46 ze produzéieren.Zajaczkowski et al.3 proposéiert eng Kombinatioun vun erweiderter Grafit, Kuelestofffaser a Kalziumchlorid mat enger Gesamtkonduktivitéit vu 15 W/mK.Jian et al4 getest Composites mat Schwefelsäure behandelt erweidert natierlecht Graphit (ENG-TSA) als Substrat an engem Zweestufegen Adsorptiounskillungszyklus.De Modell virausgesot COP vun 0,215 bis 0,285 an SCP vun 161,4 bis 260,74 W/kg.
Bei wäitem déi viabelst Léisung ass de Beschichtete Wärmetauscher.D'Beschichtungsmechanismen vun dësen Wärmetauscher kënnen an zwou Kategorien opgedeelt ginn: direkt Synthese a Klebstoff.Déi erfollegräichst Method ass d'direkt Synthese, déi d'Bildung vun Adsorptiounsmaterialien direkt op der Uewerfläch vun Wärmetauscher aus de passenden Reagenz involvéiert.Sotech5 huet eng Method patentéiert fir Beschichtete Zeolit ​​ze synthetiséieren fir ze benotzen an enger Serie vu Coolers hiergestallt vu Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 hunn d'Performance vun zwee Zeolite getest, déi op Edelstol beschichtet sinn.Allerdéngs funktionnéiert dës Method nëmme mat spezifesche Adsorbenten, wat d'Beschichtung mat Klebstoff eng interessant Alternativ mécht.Bindemëttel si passiv Substanzen, déi gewielt gi fir d'Sorbentadhäsioun an / oder Massentransfer z'ënnerstëtzen, awer spille keng Roll bei der Adsorptioun oder der Konduktivitéitsverbesserung.Freni et al.7 Beschichtete Aluminium Wärmetauscher mat AQSOA-Z02 Zeolit ​​stabiliséiert mat engem Clay-baséiert Bindemittel.Calabrese et al.8 studéiert d'Virbereedung vun Zeolitbeschichtungen mat polymeresche Bindemëttel.Ammann et al.9 proposéiert eng Method fir porös Zeolitbeschichtungen aus magnetesche Mëschunge vu Polyvinylalkohol ze preparéieren.Alumina (Aluminiumoxid) gëtt och als Bindemittel 10 am Adsorber benotzt.Fir eis Wëssen, Cellulose an Hydroxyethylcellulose ginn nëmme a Kombinatioun mat kierperlechen Adsorbenten11,12 benotzt.Heiansdo gëtt de Klebstoff net fir d'Faarwen benotzt, awer benotzt fir d'Struktur 13 eleng ze bauen.D'Kombinatioun vun alginate Polymer Matrixentgasung mat multiple Salz hydrates formt flexibel Komposit Perle Strukturen datt Auswee während der Trocknung verhënneren an adäquate Mass Transfert bidden.Clays wéi Bentonit an Attapulgit goufen als Bindemëttel fir d'Virbereedung vu Kompositen15,16,17 benotzt.Ethylcellulose gouf benotzt fir Kalziumchlorid18 oder Natriumsulfid19 ze mikroencapsuléieren.
Komposite mat enger poröser Metallstruktur kënnen an additiv Wärmetauscher a Beschichtete Wärmetauscher opgedeelt ginn.De Virdeel vun dëse Strukturen ass déi héich spezifesch Uewerfläch.Dëst resultéiert an enger méi grousser Kontaktfläch tëscht Adsorbent a Metall ouni d'Zousatz vun enger inert Mass, wat d'Gesamteffizienz vum Kältezyklus reduzéiert.Lang et al.20 hunn d'Gesamtkonduktivitéit vun engem Zeolit-Adsorber mat enger Aluminium-Honeycomb Struktur verbessert.Gillerminot et al.21 verbessert d'Wärmeleitung vun NaX Zeolitschichten mat Kupfer- a Nickelschaum.Obwuel Composite als Phase Change Material (PCMs) benotzt ginn, sinn d'Resultater vu Li et al.22; Zhao et al.23 sinn och interessant fir Chemisorptioun.Si hunn d'Performance vum erweiderten Graphit a Metallschaum verglach an ofgeschloss datt déi lescht nëmme léiwer war wann d'Korrosioun kee Problem war.Palomba et al.hu viru kuerzem aner metallesch porös Strukturen verglach24.Van der Pal et al.hunn Metallsalze studéiert, déi a Schaum agebaut sinn 25.All virdrun Beispiller entspriechen dichten Schichten vun particulate adsorbents.Metal poröse Strukture gi praktesch net benotzt fir Adsorber ze beschneiden, wat eng méi optimal Léisung ass.E Beispill vu Bindung un Zeoliten kann an Wittstadt et al.26 awer kee Versuch gouf gemaach fir Salzhydrater trotz hirer méi héijer Energiedicht 27 ze binden.
Also, dräi Methoden fir d'Virbereedung vun adsorbent Beschichtungen ginn an dësem Artikel exploréiert: (1) Binderbeschichtung, (2) direkt Reaktioun, an (3) Uewerflächenbehandlung.Hydroxyethylcellulose war de Bindemëttel vun der Wiel an dëser Aarbecht wéinst der virdru gemellt Stabilitéit a gudder Beschichtung Adhäsioun a Kombinatioun mat kierperlechen Adsorbenten.Dës Method gouf am Ufank fir flaach Beschichtungen ënnersicht a spéider op Metallfaserstrukturen applizéiert.Virdru gouf eng virleefeg Analyse vun der Méiglechkeet vu chemesche Reaktiounen mat der Bildung vun Adsorbentbeschichtungen gemellt.Fréier Erfahrung gëtt elo op d'Beschichtung vu Metallfaserstrukturen iwwerdroen.D'Uewerflächbehandlung, déi fir dës Aarbecht gewielt gëtt, ass eng Method baséiert op Aluminiumanodiséierung.Aluminiumanodiséierung gouf erfollegräich kombinéiert mat Metallsalze fir ästheteschen Zwecker29.An dëse Fäll kënne ganz stabil a korrosionsbeständeg Beschichtungen kritt ginn.Wéi och ëmmer, si kënnen keen Adsorptiouns- oder Desorptiounsprozess ausféieren.Dëse Pabeier stellt eng Variant vun dëser Approche vir, déi d'Mass erlaabt mat de Klebstoffeigenschaften vum urspréngleche Prozess ze beweegen.Fir déi bescht vun eisem Wëssen, keng vun de Methoden hei beschriwwe gouf virdru studéiert.Si representéieren eng ganz interessant nei Technologie, well se d'Bildung vu hydratiséierte Adsorbentbeschichtungen erlaben, déi eng Rei Virdeeler iwwer déi dacks studéiert kierperlech Adsorbenten hunn.
Déi gestempelt Aluminiumplacke, déi als Substrate fir dës Experimenter benotzt goufen, goufen vun ALINVEST Břidličná, Tschechesch Republik geliwwert.Si enthalen 98,11% Aluminium, 1,3622% Eisen, 0,3618% Mangan a Spure vu Kupfer, Magnesium, Silizium, Titan, Zénk, Chrom an Néckel.
D'Materialien, déi fir d'Fabrikatioun vu Komposite gewielt ginn, ginn am Aklang mat hiren thermodynamesche Properties ausgewielt, nämlech ofhängeg vun der Quantitéit u Waasser, déi se bei Temperaturen ënner 120 ° C adsorbéieren / desorbéieren.
Magnesiumsulfat (MgSO4) ass ee vun den interessantsten a studéierten hydratiséierte Salze30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Déi thermodynamesch Eegeschafte goufen systematesch gemooss a fonnt fir gëeegent fir Uwendungen an de Beräicher vun der Adsorptiounskillung, Wärmepompelen an Energielagerung.Dréchen Magnesiumsulfat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Däitschland) gouf benotzt.
Kalziumchlorid (CaCl2) (H319) ass en anert gutt studéiert Salz well säi Hydrat interessant thermodynamesch Eegeschaften41,42,43,44 huet.Kalziumchlorid Hexahydrat CAS-Nr.7774-34-7 97% benotzt (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Däitschland).
Zinksulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) a seng Hydrate hunn thermodynamesch Eegeschafte gëeegent fir niddereg Temperatur Adsorptiounsprozesser45,46.Zénk sulfate heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Däitschland) gouf benotzt.
Strontiumchlorid (SrCl2) (H318) huet och interessant thermodynamesch Eegeschafte4,45,47, obwuel et dacks mat Ammoniak an der Adsorptioun Wärmepompel oder Energiespeicherfuerschung kombinéiert gëtt.Strontiumchlorid Hexahydrat CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) gouf fir d'Synthese benotzt.
Kupfersulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ass net zu den Hydraten déi dacks an der professioneller Literatur fonnt ginn, obwuel seng thermodynamesch Eegeschafte fir niddreg Temperaturen Uwendungen interessant sinn48,49.Kupfersulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) gouf fir d'Synthese benotzt.
Magnesiumchlorid (MgCl2) ass ee vun de hydratiséierte Salze déi viru kuerzem méi Opmierksamkeet am Beräich vun der thermescher Energielagerung kritt huet50,51.Magnesiumchlorid Hexahydrat CAS-Nr.7791-18-6 pure pharmazeuteschen Schouljoer (Applichem GmbH., Darmstadt, Däitschland) gouf fir d'Experimenter benotzt.
Wéi uewen ernimmt, gouf Hydroxyethylcellulose gewielt wéinst de positiven Resultater an ähnlechen Uwendungen.D'Material, déi an eiser Synthese benotzt gëtt, ass Hydroxyethylcellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Metallfaser ginn aus kuerzen Drot gemaach, déi duerch Kompressioun a Sintering zesumme gebonnen sinn, e Prozess bekannt als Crucible Melt Extraction (CME)52.Dëst bedeit datt hir thermesch Konduktivitéit hänkt net nëmmen vun der Massekonduktivitéit vun de Metaller, déi an der Fabrikatioun benotzt ginn, an der Porositéit vun der definitiver Struktur, awer och vun der Qualitéit vun de Bindungen tëscht de Fuedem.D'Faseren sinn net isotrop a tendéieren an enger bestëmmter Richtung während der Produktioun ze verdeelen, wat d'Wärmeleitung an der transversaler Richtung vill méi niddereg mécht.
D'Waasserabsorptiounseigenschaften goufen ënnersicht mat simultaner thermogravimetrescher Analyse (TGA) / differentiell thermogravimetrescher Analyse (DTG) an engem Vakuum Package (Netzsch TG 209 F1 Libra).D'Miessunge goufen an enger fléissend Stickstoffatmosphär mat enger Flowrate vun 10 ml / min an engem Temperaturberäich vu 25 bis 150 ° C an Aluminiumoxid-Kräizen duerchgefouert.D'Heizungsquote war 1 °C /min, d'Proufgewiicht variéiert vun 10 bis 20 mg, d'Resolutioun war 0,1 μg.An dëser Aarbecht sollt et bemierkt ginn datt de Massendifferenz pro Eenheetfläch eng grouss Onsécherheet huet.D'Proben, déi am TGA-DTG benotzt ginn, si ganz kleng an onregelméisseg geschnidden, wat hir Gebittbestëmmung ongenau mécht.Dës Wäerter kënnen nëmmen op e méi grousst Gebitt extrapoléiert ginn wann grouss Ofwäichunge berücksichtegt ginn.
Attenuéiert Gesamtreflektioun Fourier Transform Infrarout (ATR-FTIR) Spektrum goufen op engem Bruker Vertex 80 v FTIR Spektrometer (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Däitschland) mat engem ATR Platin Accessoire (Bruker Optik GmbH, Däitschland) erfaasst.D'Spektre vu reng trocken Diamantkristalle goufen direkt am Vakuum gemooss ier Dir d'Proben als Hannergrond fir experimentell Miessunge benotzt.D'Proben goufen am Vakuum gemooss mat enger Spektralopléisung vun 2 cm-1 an enger duerchschnëttlecher Unzuel vu Scans vun 32. Wavennumber Gamme vu 8000 bis 500 cm-1.Spektral Analyse war mat der OPUS Programm gesuergt.
SEM Analyse gouf mat engem DSM 982 Gemini vun Zeiss bei Beschleunigungsspannungen vun 2 a 5 kV gemaach.Energie dispersiv Röntgenspektroskopie (EDX) gouf mat engem Thermo Fischer System 7 mat engem Peltier gekillte Silicon Drift Detektor (SSD) gemaach.
D'Virbereedung vun Metallplacke gouf no der Prozedur ähnlech wéi déi am 53 beschriwwen.15 Minutten.Duerno gi se an 1 M Natriumhydroxid Léisung fir ongeféier 10 Sekonnen agefouert.Duerno goufen d'Proben mat enger grousser Quantitéit vu destilléiertem Waasser gewascht, an dann an destilléiert Waasser fir 30 Minuten getippt.No der virleefeg Uewerflächbehandlung goufen d'Proben an enger 3% gesättigter Léisung ënnerdaach.HEC an Zil Salz.Zum Schluss huelen se se eraus a trocken se bei 60°C.
D'Anodiséierungsmethod verbessert a verstäerkt d'natierlech Oxidschicht op de passive Metall.D'Aluminiumplacke goufe mat Schwefelsäure an engem gehärte Staat anodiséiert an duerno a waarme Waasser versiegelt.Anodiséierung gefollegt eng initial Ässung mat 1 mol/l NaOH (600 s) gefollegt vun der Neutraliséierung an 1 mol/l HNO3 (60 s).D'Elektrolytléisung ass eng Mëschung aus 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, an 1 M MgSO4 + 7H2O.Anodizing gouf bei (40 ± 1) ° C, 30 mA / cm2 fir 1200 Sekonnen duerchgefouert.De Versiegelungsprozess gouf a verschiddene Salzléisungen duerchgefouert wéi an de Materialien beschriwwen (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).D'Probe gëtt an et fir 1800 Sekonnen gekacht.
Dräi verschidde Methoden fir Kompositen ze produzéieren goufen ënnersicht: Klebstoffbeschichtung, direkt Reaktioun an Uewerflächenbehandlung.D'Virdeeler an Nodeeler vun all Trainingsmethod ginn systematesch analyséiert an diskutéiert.Direkt Observatioun, Nanoimaging a chemesch / Elementaranalyse goufen benotzt fir d'Resultater ze evaluéieren.
Anodizing gouf als Konversioun Uewerfläch Behandlung Method gewielt fir d'Adhäsioun vu Salzhydraten ze erhéijen.Dës Uewerflächenbehandlung erstellt eng porös Struktur vun Aluminiumoxid (Aluminiumoxid) direkt op der Aluminiumoberfläch.Traditionell besteet dës Method aus zwou Etappen: déi éischt Stuf erstellt eng porös Struktur vun Aluminiumoxid, an déi zweet Stuf entsteet eng Beschichtung vun Aluminiumhydroxid, déi d'Poren zoumaachen.Déi folgend sinn zwou Methoden fir Salz ze blockéieren ouni den Zougang zu der Gasphase ze blockéieren.Déi éischt besteet aus engem Honeycomb System mat klengen Aluminiumoxid (Al2O3) Réier, déi am éischte Schrëtt kritt goufen, fir d'adsorbent Kristalle ze halen an hir Adhäsioun op Metalloberflächen ze erhéijen.Déi doraus resultéierend Hunneg hunn en Duerchmiesser vu ronn 50 nm an eng Längt vun 200 nm (Fig. 1a).Wéi virdru scho gesot, sinn dës Huelraim normalerweis an engem zweete Schrëtt zougemaach mat enger dënnter Schicht Al2O (OH) 2 Boehmite ënnerstëtzt vum Alumina-Röhre-Kachprozess.An der zweeter Method gëtt dëse Versiegelungsprozess esou modifizéiert, datt d'Salzkristalle an enger eenheetlecher Deckelschicht vu Böhmit (Al2O(OH)) agefaange ginn, déi an dësem Fall net fir d'Versiegelung benotzt gëtt.Déi zweet Stuf gëtt an enger gesättigter Léisung vum entspriechende Salz duerchgefouert.Déi beschriwwe Musteren hunn Gréissten am Beräich vun 50-100 nm a kucken wéi sprëtzeg Drëpsen (Fig. 1b).D'Uewerfläch, déi als Resultat vum Versiegelungsprozess kritt gëtt, huet eng ausgeprägte raimlech Struktur mat enger verstäerkter Kontaktfläch.Dëst Uewerflächmuster, zesumme mat hire ville Bindungskonfiguratiounen, ass ideal fir Salzkristalle ze droen an ze halen.Béid beschriwwe Strukture schéngen wierklech porös ze sinn an hunn kleng Huelraim, déi schéngen gutt gëeegent ze sinn fir Salzhydrater ze halen an Damp op d'Salz ze adsorbéieren wärend der Operatioun vum Adsorber.Wéi och ëmmer, elementar Analyse vun dësen Flächen mat EDX kann Spuermengen vu Magnesium a Schwefel op der Uewerfläch vum Boehmit entdecken, déi net am Fall vun enger Aluminiumoxidoberfläche festgestallt ginn.
Den ATR-FTIR vun der Probe huet bestätegt datt d'Element Magnesiumsulfat war (kuckt Figur 2b).De Spektrum weist charakteristesch Sulfat-Ion-Spëtze bei 610-680 an 1080-1130 cm-1 a charakteristesch Gitterwaasser-Spëtze bei 1600-1700 cm-1 an 3200-3800 cm-1 (kuckt Fig. 2a, c).).D'Präsenz vu Magnesiumionen ännert bal net de Spektrum54.
(a) EDX vun enger Boehmit Beschichtete MgSO4 Aluminiumplack, (b) ATR-FTIR Spektrum vu Boehmite a MgSO4 Beschichtungen, (c) ATR-FTIR Spektrum vu purem MgSO4.
D'Erhalen vun der Adsorptiounseffizienz gouf vum TGA bestätegt.Op Fig.3b weist en Desorptiounspëtz vun ca.60°C.Dëse Peak entsprécht net der Temperatur vun den zwee Peaks, déi an TGA vu purem Salz observéiert ginn (Fig. 3a).D'Wiederholbarkeet vun der Adsorptioun-Desorptiounszyklus gouf bewäert, an déiselwecht Kéirung gouf observéiert nodeems d'Proben an enger fiichter Atmosphär plazéiert goufen (Fig. 3c).D'Ënnerscheeder, déi an der zweeter Etapp vun der Desorptioun observéiert ginn, kënnen d'Resultat vun der Dehydratioun an enger fléissend Atmosphär sinn, well dëst dacks zu onvollstänneg Dehydratioun féiert.Dës Wäerter entspriechen ongeféier 17,9 g/m2 an der éischter Entwässerung an 10,3 g/m2 an der zweeter Ofwaasser.
Verglach vun TGA Analyse vun boehmite an MgSO4: TGA Analyse vun pure MgSO4 (a), Mëschung (b) an no rehydration (c).
Déi selwecht Method gouf mat Kalziumchlorid als Adsorbent duerchgefouert.D'Resultater ginn an der Figur presentéiert 4. Visuell Inspektioun vun der Uewerfläch huet kleng Ännerungen am metallesche Glanz opgedeckt.De Pelz ass kaum ze gesinn.SEM bestätegt d'Präsenz vu klenge Kristalle gleichméisseg iwwer d'Uewerfläch verdeelt.Wéi och ëmmer, TGA huet keng Dehydratioun ënner 150 ° C gewisen.Dëst kann wéinst der Tatsaach sinn datt den Undeel vu Salz ze kleng ass am Verglach mat der Gesamtmass vum Substrat fir TGA z'erkennen.
D'Resultater vun der Uewerflächenbehandlung vun der Kupfersulfatbeschichtung duerch d'Anodiséierungsmethod sinn an der Fig.5. An dësem Fall ass d'erwaart Inkorporatioun vu CuSO4 an d'Al-Oxidstruktur net geschitt.Amplaz gi locker Nadelen beobachtet well se allgemeng benotzt gi fir Kupferhydroxid Cu (OH) 2 benotzt mat typesche türkisfarben.
Déi anodiséiert Uewerflächenbehandlung gouf och a Kombinatioun mat Strontiumchlorid getest.D'Resultater weisen ongläiche Ofdeckung (kuckt Figur 6a).Fir ze bestëmmen ob d'Salz d'ganz Uewerfläch iwwerdeckt huet, gouf eng EDX Analyse gemaach.D'Kurve fir e Punkt am groe Beräich (Punkt 1 an der Fig. 6b) weist wéineg Strontium a vill Aluminium.Dëst beweist e nidderegen Inhalt vu Strontium an der gemoosser Zone, wat am Tour eng niddereg Ofdeckung vu Strontiumchlorid beweist.Ëmgekéiert, wäiss Beräicher hunn en héije Inhalt vun Strontium an engem nidderegen Inhalt vun Al (Punkten 2-6 an Fig. 6b).EDX Analyse vum wäisse Gebitt weist däischter Punkten (Punkten 2 a 4 op Fig. 6b), niddereg an Chlor an héich am Schwefel.Dëst kann d'Bildung vu Strontiumsulfat uginn.Heller Punkte reflektéieren héich Chlorgehalt a niddereg Schwefelgehalt (Punkten 3, 5 a 6 op Fig. 6b).Dëst kann erkläert ginn duerch d'Tatsaach, datt den Haaptdeel vun der wäisser Beschichtung aus dem erwaarten Strontiumchlorid besteet.D'TGA vun der Probe bestätegt d'Interpretatioun vun der Analyse mat engem Peak bei der charakteristescher Temperatur vu purem Strontiumchlorid (Fig. 6c).Hire klenge Wäert kann gerechtfäerdegt ginn duerch eng kleng Fraktioun vu Salz am Verglach mat der Mass vun der Metal Ënnerstëtzung.D'Desorptiounsmass, déi an den Experimenter festgeluecht gouf, entsprécht dem Betrag vun 7,3 g/m2, deen pro Eenheet Beräich vum Adsorber bei enger Temperatur vun 150°C ofgeleet gëtt.
Eloxal-behandelt Zinksulfatbeschichtungen goufen och getest.Makroskopesch ass d'Beschichtung eng ganz dënn an eenheetlech Schicht (Fig. 7a).Wéi och ëmmer, SEM huet eng Uewerfläch opgedeckt mat klenge Kristalle getrennt duerch eidel Gebidder (Fig. 7b).Den TGA vun der Beschichtung a vum Substrat gouf mat deem vu purem Salz verglach (Figure 7c).Pure Salz huet een asymmetreschen Héichpunkt bei 59,1°C.De Beschichtete Aluminium huet zwee kleng Peaks bei 55,5 ° C an 61,3 ° C gewisen, wat d'Präsenz vun Zinksulfathydrat beweist.De Massendifferenz, deen am Experiment opgedeckt gouf, entsprécht 10,9 g/m2 bei enger Dehydratiounstemperatur vun 150°C.
Wéi an der viregter Applikatioun53 gouf Hydroxyethylcellulose als Bindemëttel benotzt fir d'Adhäsioun an d'Stabilitéit vun der Sorbensbeschichtung ze verbesseren.Materialkompatibilitéit an Effekt op Adsorptiounsleeschtung gouf vum TGA bewäert.D'Analyse gëtt a Relatioun mat der Gesamtmass duerchgefouert, dh d'Probe enthält eng Metallplack, déi als Beschichtungssubstrat benotzt gëtt.D'Adhäsioun gëtt getest duerch en Test baséiert op dem Cross Notch Test definéiert an der ISO2409 Spezifizéierung (kann net der Notch Trennung Spezifizéierung entspriechen ofhängeg vun der Spezifizéierungsdicke a Breet).
D'Beschichtung vun de Paneele mat Kalziumchlorid (CaCl2) (kuckt Fig. 8a) huet zu enger ongläicher Verdeelung gefouert, déi net an der purer Aluminiumbeschichtung, déi fir den transversale Notchtest benotzt gouf, observéiert gouf.Am Verglach mat de Resultater fir reng CaCl2, TGA (Fig. 8b) weist zwee charakteristesche Biergspëtzten Richtung niddereg Temperaturen vun 40 an 20 ° C verréckelt, respektiv.De Querschnittstest erlaabt net en objektive Verglach, well de pure CaCl2-Probe (Prouf op der rietser an der Fig. 8c) e puderesche Nidderschlag ass, deen déi iewescht Partikel läscht.D'HEC Resultater weisen eng ganz dënn an eenheetlech Beschichtung mat zefriddestellend Adhäsioun.D'Mass Differenz an Fig.8b entsprécht 51,3 g/m2 pro Eenheetfläch vum Adsorber bei enger Temperatur vun 150°C.
Positiv Resultater wat d'Adhäsioun an d'Uniformitéit ugeet, goufen och mat Magnesiumsulfat (MgSO4) kritt (kuckt Fig. 9).Analyse vum Desorptiounsprozess vun der Beschichtung huet d'Präsenz vun engem Peak vun ca.60°C.Dës Temperatur entsprécht dem Haaptdesorptiounsschrëtt, deen an der Dehydratioun vu pure Salze gesi gëtt, wat en anere Schrëtt bei 44°C representéiert.Et entsprécht dem Iwwergank vum Hexahydrat op Pentahydrat a gëtt net am Fall vun Beschichtungen mat Bindemëttel beobachtet.Querschnittstester weisen eng verbessert Verdeelung an Adhäsioun am Verglach mat Beschichtungen mat purem Salz.De Massendifferenz observéiert am TGA-DTC entsprécht 18,4 g/m2 pro Eenheetfläch vum Adsorber bei enger Temperatur vun 150°C.
Wéinst Uewerflächenonregelméissegkeeten huet Strontiumchlorid (SrCl2) eng ongläich Beschichtung op de Placken (Fig. 10a).Allerdéngs hunn d'Resultater vun der transversal Notch Test eenheetlech Verdeelung mat wesentlech verbessert Haftung (Fig. 10c).TGA Analyse huet e ganz klengen Ënnerscheed am Gewiicht gewisen, wat wéinst dem nidderegen Salzgehalt am Verglach zum Metallsubstrat muss sinn.Wéi och ëmmer, d'Schrëtt op der Curve weisen d'Präsenz vun engem Dehydratiounsprozess, obwuel de Peak mat der Temperatur ass, déi kritt gëtt wann se pure Salz charakteriséiert.D'Spëtze bei 110 ° C an 70,2 ° C observéiert an Fig.10b goufen och fonnt wann Dir reng Salz analyséiert.Wéi och ëmmer, den Haaptdehydratiounsschrëtt, deen a purem Salz bei 50 ° C observéiert gouf, gouf net an de Kéiren reflektéiert mat der Binder.Am Géigesaz, huet d'Bindemëschung zwee Peaks bei 20,2 ° C an 94,1 ° C gewisen, déi net fir de pure Salz gemooss goufen (Fig. 10b).Bei enger Temperatur vun 150 °C entsprécht den observéierten Massendifferenz 7,2 g/m2 pro Eenheetfläch vum Adsorber.
D'Kombinatioun vun HEC an Zinksulfat (ZnSO4) huet net akzeptabel Resultater ginn (Dorënner 11).TGA Analyse vum Beschichtete Metall huet keng Dehydratiounsprozesser opgedeckt.Obwuel d'Verdeelung an d'Adhäsioun vun der Beschichtung verbessert hunn, sinn hir Eegeschaften nach wäit vun optimal.
Deen einfachste Wee fir Metallfaser mat enger dënnter an eenheetlecher Schicht ze beschichten ass naass Imprägnatioun (Fig. 12a), déi d'Virbereedung vum Zilsalz an d'Imprägnatioun vun Metallfaser mat enger wässerlecher Léisung beinhalt.
Wann Dir op naass Imprägnatioun virbereet, ginn zwee Haaptproblemer begéint.Engersäits verhënnert d'Uewerflächespannung vun der Salzléisung déi korrekt Inkorporatioun vun der Flëssegkeet an d'porös Struktur.Kristalliséierung op der baussenzeger Uewerfläch (Fig. 12d) a Loftblasen, déi an der Struktur gefaange sinn (Fig. 12c) kënnen nëmme reduzéiert ginn andeems d'Uewerflächespannung erofgeet an d'Probe mat destilléiertem Waasser virbefeucht.Gezwongen Opléisung an der Probe andeems d'Loft bannen evakuéiert oder duerch d'Schafe vun engem Léisungsfloss an der Struktur sinn aner effektiv Weeër fir eng komplett Füllung vun der Struktur ze garantéieren.
Den zweete Problem, deen während der Preparatioun begéint ass, war d'Entfernung vum Film aus engem Deel vum Salz (kuckt Fig. 12b).Dëst Phänomen ass charakteriséiert duerch d'Bildung vun enger dréchener Beschichtung op der Opléisungsfläch, déi d'konvektiv stimuléiert Trocknung stoppt an den Diffusiounsstimuléierte Prozess ufänkt.Déi zweet Mechanismus ass vill méi lues wéi déi éischt.Als Resultat ass eng héich Temperatur fir eng raisonnabel Trocknungszäit erfuerderlech, wat de Risiko vu Blasen an der Probe vergréissert.Dëse Problem gëtt geléist duerch d'Aféierung vun enger alternativer Kristalliséierungsmethod baséiert net op Konzentratiounsännerung (Verdampfung), mee op Temperaturännerung (wéi am Beispill mat MgSO4 an der Fig. 13).
Schematesch Representatioun vum Kristalliséierungsprozess beim Ofkillen an der Trennung vu festen a flëssege Phasen mat MgSO4.
Saturéiert Salzléisungen kënne bei oder iwwer Raumtemperatur (HT) mat dëser Method virbereet ginn.Am éischte Fall gouf d'Kristalliséierung gezwongen andeems d'Temperatur ënner Raumtemperatur erofgeet.Am zweete Fall ass d'Kristalliséierung geschitt wann d'Probe op Raumtemperatur (RT) ofgekillt gouf.D'Resultat ass eng Mëschung aus Kristallen (B) an opgeléist (A), de flëssege Deel vun deem duerch kompriméiert Loft ewechgeholl gëtt.Dës Approche vermeit net nëmmen d'Bildung vun engem Film op dës Hydraten, awer reduzéiert och d'Zäit déi néideg ass fir d'Virbereedung vun anere Kompositen.Wéi och ëmmer, d'Entfernung vu Flëssegkeet duerch kompriméiert Loft féiert zu zousätzlech Kristalliséierung vum Salz, wat zu enger méi décker Beschichtung resultéiert.
Eng aner Method, déi benotzt ka ginn fir Metalloberflächen ze beschichten, beinhalt d'direkt Produktioun vun Zilsalze duerch chemesch Reaktiounen.Beschichtete Wärmetauscher, déi duerch d'Reaktioun vu Säuren op de Metalloberfläche vu Placken a Réier gemaach ginn, hunn eng Rei Virdeeler, wéi an eiser fréierer Etude gemellt.D'Applikatioun vun dëser Method op Faseren huet zu ganz schlechte Resultater gefouert wéinst der Bildung vu Gase während der Reaktioun.Den Drock vun de Waasserstoffgasblasen baut sech an der Sond op a verännert sech wéi d'Produkt erausgeet (Fig. 14a).
D'Beschichtung gouf duerch eng chemesch Reaktioun geännert fir d'Dicke an d'Verdeelung vun der Beschichtung besser ze kontrolléieren.Dës Method implizéiert eng sauerem Mëschtstroum duerch d'Probe ze passéieren (Figur 14b).Dëst gëtt erwaart zu enger eenheetlecher Beschichtung duerch Reaktioun mam Substratmetall ze resultéieren.D'Resultater waren zefriddestellend, awer de Prozess war ze lues fir als efficace Method ugesinn ze ginn (Fig. 14c).Méi kuerz Reaktiounszäite kënnen duerch lokaliséiert Heizung erreecht ginn.
Fir d'Nodeeler vun den uewe genannte Methoden ze iwwerwannen, gouf eng Beschichtungsmethod baséiert op der Verwäertung vu Klebstoff studéiert.HEC gouf ausgewielt op Basis vun de Resultater, déi an der viregter Sektioun presentéiert goufen.All Proben goufen op 3% gew.De Bindemëttel gëtt mat Salz gemëscht.D'Faseren goufen no der selwechter Prozedur virbehandelt wéi fir d'Rippen, dh an 50% vol.bannent 15 Minutten.Schwefelsäure, duerno an Natriumhydroxid fir 20 Sekonnen ofgedeckt, an destilléiert Waasser gewascht a schliisslech an destilléiert Waasser fir 30 Minutten ofgedeckt.An dësem Fall gouf en zousätzleche Schrëtt virun der Imprägnatioun bäigefüügt.Taucht d'Probe kuerz an enger verdënnter Zilsalzléisung a trocken bei ongeféier 60°C.De Prozess ass entwéckelt fir d'Uewerfläch vum Metall z'änneren, Nukleatiounsplazen ze kreéieren déi d'Verdeelung vun der Beschichtung an der leschter Stuf verbesseren.D'fibrous Struktur huet eng Säit wou d'Filamenter méi dënn a fest gepackt sinn, an déi aner Säit wou d'Filamenter méi déck a manner verdeelt sinn.Dëst ass d'Resultat vun 52 Fabrikatiounsprozesser.
D'Resultater fir Kalziumchlorid (CaCl2) ginn zesummegefaasst an illustréiert mat Biller an der Tabell 1. Gutt Ofdeckung no Impfung.Och déi Strécke ouni sichtbare Kristalle op der Uewerfläch hunn metallesch Reflexiounen reduzéiert, wat eng Ännerung am Finish beweist.Wéi och ëmmer, nodeems d'Proben mat enger wässerlecher Mëschung aus CaCl2 an HEC imprägnéiert goufen a bei enger Temperatur vu ronn 60 ° C getrocknegt goufen, goufen d'Beschichtungen op de Kräizunge vun de Strukturen konzentréiert.Dëst ass en Effekt verursaacht duerch d'Uewerflächespannung vun der Léisung.Nom Soaking bleift d'Flëssegkeet bannent der Probe wéinst senger Uewerflächespannung.Prinzipiell geschitt et op der Kräizung vu Strukturen.Déi bescht Säit vum Exemplar huet e puer Lächer mat Salz gefëllt.D'Gewiicht ass ëm 0,06 g / cm3 eropgaang no der Beschichtung.
Beschichtung mat Magnesiumsulfat (MgSO4) produzéiert méi Salz pro Eenheet Volumen (Table 2).An dësem Fall ass de gemoossene Inkrement 0,09 g/cm3.De Saatprozess huet zu extensiv Probedeckung gefouert.Nom Beschichtungsprozess blockéiert d'Salz grouss Flächen vun der dënnter Säit vun der Probe.Zousätzlech sinn e puer Beräicher vun der Matte blockéiert, awer e puer Porositéit gëtt behalen.An dësem Fall gëtt d'Salzbildung liicht op der Kräizung vun de Strukturen beobachtet, wat bestätegt datt de Beschichtungsprozess haaptsächlech wéinst der Uewerflächespannung vun der Flëssegkeet ass, an net d'Interaktioun tëscht dem Salz an dem Metallsubstrat.
D'Resultater fir d'Kombinatioun vu Strontiumchlorid (SrCl2) an HEC hunn ähnlech Eegeschafte wéi déi virdrun Beispiller gewisen (Table 3).An dësem Fall ass déi dënn Säit vun der Probe bal komplett bedeckt.Nëmmen eenzel Poren sinn sichtbar, geformt während der Trocknung als Resultat vun der Verëffentlechung vum Damp aus der Probe.D'Muster observéiert op der matte Säit ass ganz ähnlech wéi de fréiere Fall, d'Géigend ass mat Salz blockéiert an d'Faseren sinn net komplett bedeckt.
Fir de positiven Effekt vun der fibrous Struktur op d'Wärmeleistung vum Wärmetauscher ze evaluéieren, gouf déi effektiv thermesch Konduktivitéit vun der beschichteter fibrous Struktur bestëmmt a verglach mam pure Beschichtungsmaterial.Wärmekonduktivitéit gouf gemooss no ASTM D 5470-2017 mat dem flaach Panel Apparat an der Figur 15a mat engem Referenzmaterial mat bekannter thermescher Konduktivitéit gemooss.Am Verglach mat anere transiente Miessmethoden ass dëse Prinzip avantagéis fir poröse Materialien, déi an der aktueller Studie benotzt ginn, well d'Messungen an engem stännegen Zoustand a mat enger genuch Probegréisst ausgefouert ginn (Basisfläch 30 × 30 mm2, Héicht ongeféier 15 mm).Proben vum pure Beschichtungsmaterial (Referenz) an d'beschichtete Faserstruktur goufe fir Miessunge a Richtung vun der Faser a senkrecht op d'Richtung vun der Faser virbereet fir den Effekt vun der anisotropescher thermescher Konduktivitéit ze evaluéieren.D'Exemplare goufen op der Uewerfläch gemoolt (P320 Grit) fir den Effekt vun der Uewerflächrauhegkeet ze minimiséieren wéinst der Exemplarpräparatioun, déi d'Struktur am Exemplar net reflektéiert.