Paldies, ka apmeklējāt vietni Nature.com.Jūsu izmantotajai pārlūkprogrammas versijai ir ierobežots CSS atbalsts.Lai nodrošinātu vislabāko pieredzi, ieteicams izmantot atjauninātu pārlūkprogrammu (vai atspējot saderības režīmu pārlūkprogrammā Internet Explorer).Tikmēr, lai nodrošinātu nepārtrauktu atbalstu, mēs atveidosim vietni bez stiliem un JavaScript.
Adsorbcijas saldēšanas sistēmu un siltumsūkņu tirgus daļa joprojām ir salīdzinoši neliela, salīdzinot ar tradicionālajām kompresoru sistēmām.Neraugoties uz milzīgo priekšrocību, ko sniedz lēta siltuma izmantošana (nevis dārgu elektrisko darbu veikšana), uz adsorbcijas principiem balstītu sistēmu ieviešana joprojām ir ierobežota ar dažiem specifiskiem lietojumiem.Galvenais trūkums, kas jānovērš, ir īpatnējās jaudas samazināšanās zemās siltumvadītspējas un adsorbenta zemās stabilitātes dēļ.Pašreizējās jaunākās komerciālās adsorbcijas dzesēšanas sistēmas ir balstītas uz adsorberiem, kuru pamatā ir plākšņu siltummaiņi, kas pārklāti, lai optimizētu dzesēšanas jaudu.Rezultāti ir labi zināmi, ka pārklājuma biezuma samazināšana noved pie masas pārneses pretestības samazināšanās, un vadošo konstrukciju virsmas laukuma un tilpuma attiecības palielināšana palielina jaudu, nemazinot efektivitāti.Šajā darbā izmantotās metāla šķiedras var nodrošināt īpatnējo virsmas laukumu diapazonā no 2500 līdz 50 000 m2/m3.Trīs metodes ļoti plānu, bet stabilu sālshidrātu pārklājumu iegūšanai uz metāla virsmām, tostarp metāla šķiedrām, pārklājumu ražošanai pirmo reizi demonstrē liela jaudas blīvuma siltummaini.Virsmas apstrāde, kuras pamatā ir alumīnija anodēšana, ir izvēlēta, lai izveidotu spēcīgāku saikni starp pārklājumu un pamatni.Iegūtās virsmas mikrostruktūra tika analizēta, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopiju.Samazināta kopējā atstarošana Furjē transformācijas infrasarkanā spektroskopija un enerģiju izkliedējošā rentgenstaru spektroskopija tika izmantota, lai pārbaudītu vēlamo sugu klātbūtni testā.To spēju veidot hidrātus apstiprināja kombinētā termogravimetriskā analīze (TGA) / diferenciālā termogravimetriskā analīze (DTG).MgSO4 pārklājumā tika konstatēta slikta kvalitāte, kas pārsniedz 0, 07 g (ūdens) / g (kompozīts), kam bija dehidratācijas pazīmes aptuveni 60 ° C temperatūrā, un to var atkārtot pēc rehidratācijas.Pozitīvi rezultāti tika iegūti arī ar SrCl2 un ZnSO4 ar masas starpību aptuveni 0,02 g/g zem 100 °C.Hidroksietilceluloze tika izvēlēta kā piedeva, lai palielinātu pārklājuma stabilitāti un adhēziju.Produktu adsorbcijas īpašības tika novērtētas ar vienlaicīgu TGA-DTG, un to adhēzija tika raksturota ar metodi, kas balstīta uz ISO2409 aprakstītajiem testiem.CaCl2 pārklājuma konsistence un adhēzija ir ievērojami uzlabota, vienlaikus saglabājot tā adsorbcijas spēju ar svara starpību aptuveni 0,1 g/g temperatūrā, kas zemāka par 100 °C.Turklāt MgSO4 saglabā spēju veidot hidrātus, uzrādot masas starpību vairāk nekā 0,04 g/g temperatūrā, kas zemāka par 100 °C.Visbeidzot tiek pārbaudītas pārklātas metāla šķiedras.Rezultāti liecina, ka ar Al2(SO4)3 pārklātās šķiedras struktūras efektīvā siltumvadītspēja var būt 4,7 reizes lielāka salīdzinājumā ar tīra Al2(SO4)3 tilpumu.Pētīto pārklājumu pārklājums tika pārbaudīts vizuāli, un iekšējā struktūra tika novērtēta, izmantojot mikroskopisko šķērsgriezumu attēlu.Tika iegūts Al2(SO4)3 pārklājums ar apmēram 50 µm biezumu, taču kopējais process ir jāoptimizē, lai panāktu vienmērīgāku sadalījumu.
Pēdējo desmitgažu laikā adsorbcijas sistēmas ir ieguvušas lielu uzmanību, jo tās nodrošina videi draudzīgu alternatīvu tradicionālajiem kompresijas siltumsūkņiem vai saldēšanas sistēmām.Pieaugot komforta standartiem un globālajai vidējai temperatūrai, adsorbcijas sistēmas tuvākajā nākotnē var samazināt atkarību no fosilā kurināmā.Turklāt jebkuri adsorbcijas dzesēšanas vai siltumsūkņu uzlabojumi var tikt pārnesti uz siltumenerģijas uzglabāšanu, kas nozīmē papildu primārās enerģijas efektīvas izmantošanas potenciāla pieaugumu.Adsorbcijas siltumsūkņu un saldēšanas sistēmu galvenā priekšrocība ir tā, ka tie var darboties ar mazu siltuma masu.Tas padara tos piemērotus zemas temperatūras avotiem, piemēram, saules enerģijai vai siltuma pārpalikumam.Runājot par enerģijas uzkrāšanas lietojumiem, adsorbcijas priekšrocība ir augstāks enerģijas blīvums un mazāka enerģijas izkliede salīdzinājumā ar saprātīgu vai latentu siltuma uzglabāšanu.
Adsorbcijas siltumsūkņi un saldēšanas sistēmas ievēro tādu pašu termodinamisko ciklu kā to tvaika kompresijas ekvivalenti.Galvenā atšķirība ir kompresora komponentu nomaiņa ar adsorberiem.Elements spēj adsorbēt zema spiediena aukstumaģenta tvaikus mērenā temperatūrā, iztvaicējot vairāk aukstumaģenta pat tad, ja šķidrums ir auksts.Nepieciešams nodrošināt pastāvīgu adsorbera dzesēšanu, lai izslēgtu adsorbcijas entalpiju (eksotermu).Adsorbers tiek reģenerēts augstā temperatūrā, izraisot aukstumaģenta tvaiku desorbciju.Karsēšanai jāturpina nodrošināt desorbcijas entalpiju (endotermisku).Tā kā adsorbcijas procesus raksturo temperatūras izmaiņas, lielam jaudas blīvumam ir nepieciešama augsta siltumvadītspēja.Tomēr zemā siltumvadītspēja ir galvenais trūkums lielākajā daļā lietojumu.
Galvenā vadītspējas problēma ir palielināt tās vidējo vērtību, vienlaikus saglabājot transporta ceļu, kas nodrošina adsorbcijas/desorbcijas tvaiku plūsmu.Lai to panāktu, parasti tiek izmantotas divas pieejas: kompozītmateriālu siltummaiņi un pārklāti siltummaiņi.Vispopulārākie un veiksmīgākie kompozītmateriāli ir tie, kuros tiek izmantotas piedevas uz oglekļa bāzes, proti, uzpūsts grafīts, aktivētā ogle vai oglekļa šķiedras.Oliveira et al.2 impregnēts uzpūsts grafīta pulveris ar kalcija hlorīdu, lai iegūtu adsorberu ar īpatnējo dzesēšanas jaudu (SCP) līdz 306 W/kg un veiktspējas koeficientu (COP) līdz 0,46.Zajaczkowski et al.3 piedāvāja paplašināta grafīta, oglekļa šķiedras un kalcija hlorīda kombināciju ar kopējo vadītspēju 15 W/mK.Jian et al4 pārbaudīja kompozītmateriālus ar sērskābi apstrādātu paplašinātu dabisko grafītu (ENG-TSA) kā substrātu divpakāpju adsorbcijas dzesēšanas ciklā.Modelis paredzēja COP no 0,215 līdz 0,285 un SCP no 161,4 līdz 260,74 W/kg.
Līdz šim visizdevīgākais risinājums ir pārklāts siltummainis.Šo siltummaiņu pārklājuma mehānismus var iedalīt divās kategorijās: tiešā sintēze un līmvielas.Visveiksmīgākā metode ir tiešā sintēze, kas ietver adsorbējošu materiālu veidošanos tieši uz siltummaiņu virsmas no atbilstošiem reaģentiem.Uzņēmums Sotech5 ir patentējis metodi pārklāta ceolīta sintezēšanai izmantošanai Fahrenheit GmbH ražoto dzesētāju sērijā.Schnabel et al6 pārbaudīja divu uz nerūsējošā tērauda pārklātu ceolītu veiktspēju.Tomēr šī metode darbojas tikai ar noteiktiem adsorbentiem, kas padara pārklājumu ar līmvielām par interesantu alternatīvu.Saistvielas ir pasīvas vielas, kas izvēlētas, lai atbalstītu sorbenta adhēziju un/vai masas pārnesi, bet tām nav nozīmes adsorbcijas vai vadītspējas uzlabošanā.Freni et al.7 pārklāti alumīnija siltummaiņi ar AQSOA-Z02 ceolītu, kas stabilizēts ar saistvielu uz māla bāzes.Calabrese et al.8 pētīja ceolīta pārklājumu sagatavošanu ar polimēru saistvielām.Ammann et al.9 ierosināja metodi porainu ceolīta pārklājumu sagatavošanai no polivinilspirta magnētiskajiem maisījumiem.Alumīnija oksīds (alumīnija oksīds) tiek izmantots arī kā saistviela 10 adsorberā.Cik mums zināms, celuloze un hidroksietilceluloze tiek izmantota tikai kopā ar fizikāliem adsorbentiem11,12.Dažreiz līme netiek izmantota krāsai, bet tiek izmantota, lai izveidotu konstrukciju 13 pati par sevi.Algināta polimēru matricu kombinācija ar vairākiem sāls hidrātiem veido elastīgas kompozītu lodīšu struktūras, kas novērš noplūdi žāvēšanas laikā un nodrošina pietiekamu masas pārnesi.Tādi māli kā bentonīts un atapulgīts ir izmantoti kā saistvielas kompozītmateriālu pagatavošanai15,16,17.Etilceluloze ir izmantota kalcija hlorīda18 vai nātrija sulfīda19 mikrokapsulēšanai.
Kompozītmateriālus ar porainu metāla struktūru var iedalīt piedevu siltummaiņos un pārklājuma siltummaiņos.Šo konstrukciju priekšrocība ir liela īpatnējā virsma.Tādējādi tiek iegūta lielāka saskares virsma starp adsorbentu un metālu, nepievienojot inertu masu, kas samazina kopējo dzesēšanas cikla efektivitāti.Lang et al.20 ir uzlabojuši ceolīta adsorbera ar alumīnija šūnveida struktūru vispārējo vadītspēju.Gillerminot et al.21 uzlaboja NaX ceolīta slāņu siltumvadītspēju ar vara un niķeļa putām.Lai gan kompozītmateriālus izmanto kā fāzes maiņas materiālus (PCM), Li et al.22 un Zhao et al.23 interesē arī ķīmijas sorbcija.Viņi salīdzināja putuplasta grafīta un metāla putu veiktspēju un secināja, ka pēdējais ir vēlams tikai tad, ja korozija nav problēma.Palomba et al.nesen salīdzināja citas metāla porainas struktūras24.Van der Pal et al.ir pētījuši putās iestrādātos metālu sāļus 25 .Visi iepriekšējie piemēri atbilst blīviem daļiņu adsorbentu slāņiem.Metāla porainas konstrukcijas praktiski netiek izmantotas adsorberu pārklāšanai, kas ir optimālāks risinājums.Piemēru saistīšanai ar ceolītiem var atrast Wittstadt et al.26, bet nav mēģināts saistīt sāls hidrātus, neskatoties uz to lielāku enerģijas blīvumu 27 .
Tādējādi šajā rakstā tiks pētītas trīs metodes adsorbējošu pārklājumu sagatavošanai: (1) saistvielas pārklājums, (2) tiešā reakcija un (3) virsmas apstrāde.Hidroksietilceluloze bija izvēlētā saistviela šajā darbā, jo iepriekš tika ziņots par stabilitāti un labu pārklājuma adhēziju kombinācijā ar fizikāliem adsorbentiem.Šī metode sākotnēji tika pētīta plakaniem pārklājumiem un vēlāk tika piemērota metāla šķiedru konstrukcijām.Iepriekš tika ziņots par iepriekšēju analīzi par ķīmisko reakciju iespējamību, veidojot adsorbējošus pārklājumus.Iepriekšējā pieredze tagad tiek pārnesta uz metālšķiedru konstrukciju pārklāšanu.Šim darbam izvēlētā virsmas apstrāde ir metode, kuras pamatā ir alumīnija anodēšana.Alumīnija anodēšana estētiskos nolūkos ir veiksmīgi apvienota ar metālu sāļiem29.Šajos gadījumos var iegūt ļoti stabilus un korozijizturīgus pārklājumus.Tomēr tie nevar veikt nekādu adsorbcijas vai desorbcijas procesu.Šajā rakstā ir parādīts šīs pieejas variants, kas ļauj pārvietot masu, izmantojot sākotnējā procesa adhezīvās īpašības.Cik mums ir zināms, neviena no šeit aprakstītajām metodēm nav iepriekš pētīta.Tie ir ļoti interesanta jauna tehnoloģija, jo ļauj veidot hidratētus adsorbentu pārklājumus, kam ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar bieži pētītajiem fizikālajiem adsorbentiem.
Apzīmogotās alumīnija plāksnes, ko izmantoja kā substrātus šiem eksperimentiem, nodrošināja ALINVEST Břidličná, Čehijas Republika.Tie satur 98,11% alumīnija, 1,3622% dzelzs, 0,3618% mangāna un vara, magnija, silīcija, titāna, cinka, hroma un niķeļa pēdas.
Kompozītu ražošanai izvēlētie materiāli tiek izvēlēti atbilstoši to termodinamiskajām īpašībām, proti, atkarībā no ūdens daudzuma, ko tie spēj adsorbēt/desorbēt temperatūrā, kas zemāka par 120°C.
Magnija sulfāts (MgSO4) ir viens no interesantākajiem un pētītākajiem hidratētajiem sāļiem30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Termodinamiskās īpašības ir sistemātiski izmērītas un atzītas par piemērotām pielietojumam adsorbcijas saldēšanas, siltumsūkņu un enerģijas uzkrāšanas jomā.Tika izmantots sausais magnija sulfāts CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vācija).
Kalcija hlorīds (CaCl2) (H319) ir vēl viens labi pētīts sāls, jo tā hidrātam ir interesantas termodinamiskās īpašības41,42,43,44.Kalcija hlorīda heksahidrāts CAS Nr.7774-34-7 97% lietots (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vācija).
Cinka sulfātam (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) un tā hidrātiem ir termodinamiskās īpašības, kas piemērotas zemas temperatūras adsorbcijas procesiem45,46.Tika izmantots cinka sulfāta heptahidrāts CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Vācija).
Stroncija hlorīdam (SrCl2) (H318) ir arī interesantas termodinamiskās īpašības4,45,47, lai gan tas bieži tiek kombinēts ar amonjaku adsorbcijas siltumsūkņa vai enerģijas uzkrāšanas pētījumos.Sintēzei tika izmantots stroncija hlorīda heksahidrāts CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, Sentluisa, Misūri, ASV).
Vara sulfāts (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) nav viens no hidrātiem, kas bieži sastopami profesionālajā literatūrā, lai gan tā termodinamiskās īpašības ir interesantas lietošanai zemā temperatūrā48,49.Sintēzei tika izmantots vara sulfāts CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, ASV).
Magnija hlorīds (MgCl2) ir viens no hidratētajiem sāļiem, kam pēdējā laikā ir pievērsta lielāka uzmanība siltumenerģijas uzkrāšanas jomā50,51.Eksperimentos tika izmantots magnija hlorīda heksahidrāts CAS-Nr.7791-18-6 tīra farmaceitiskā šķira (Applichem GmbH., Darmštate, Vācija).
Kā minēts iepriekš, hidroksietilceluloze tika izvēlēta pozitīvu rezultātu dēļ līdzīgos lietojumos.Mūsu sintēzē izmantotais materiāls ir hidroksietilceluloze CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, Sentluisa, MO, ASV).
Metāla šķiedras ir izgatavotas no īsām stieplēm, kas savienotas kopā ar saspiešanu un saķepināšanu, kas pazīstams kā tīģeļa kausējuma ekstrakcija (CME)52.Tas nozīmē, ka to siltumvadītspēja ir atkarīga ne tikai no ražošanā izmantoto metālu tilpuma vadītspējas un gala struktūras porainības, bet arī no saišu kvalitātes starp vītnēm.Šķiedras nav izotropiskas un ražošanas laikā mēdz izplatīties noteiktā virzienā, kas padara siltumvadītspēju šķērsvirzienā daudz zemāku.
Ūdens absorbcijas īpašības tika pētītas, izmantojot vienlaicīgu termogravimetrisko analīzi (TGA) / diferenciālo termogravimetrisko analīzi (DTG) vakuuma iepakojumā (Netzsch TG 209 F1 Libra).Mērījumus veica plūstošā slāpekļa atmosfērā ar plūsmas ātrumu 10 ml/min un temperatūras diapazonā no 25 līdz 150°C alumīnija oksīda tīģeļos.Sildīšanas ātrums bija 1 °C/min, parauga svars svārstījās no 10 līdz 20 mg, izšķirtspēja bija 0,1 μg.Šajā darbā jāatzīmē, ka masas starpībai uz virsmas vienību ir liela nenoteiktība.TGA-DTG izmantotie paraugi ir ļoti mazi un neregulāri sagriezti, kas padara to laukuma noteikšanu neprecīzu.Šīs vērtības var ekstrapolēt uz lielāku laukumu tikai tad, ja tiek ņemtas vērā lielas novirzes.
Vājināta kopējā atstarošana Furjē transformācijas infrasarkanie (ATR-FTIR) spektri tika iegūti ar Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometru (Bruker Optik GmbH, Leipciga, Vācija), izmantojot ATR platīna piederumu (Bruker Optik GmbH, Vācija).Tīri sausu dimanta kristālu spektri tika mērīti tieši vakuumā, pirms paraugi tika izmantoti kā fons eksperimentālajiem mērījumiem.Paraugi tika mērīti vakuumā, izmantojot spektrālo izšķirtspēju 2 cm-1 un vidējo skenējumu skaitu 32. Viļņu skaits diapazonā no 8000 līdz 500 cm-1.Spektrālā analīze tika veikta, izmantojot OPUS programmu.
SEM analīze tika veikta, izmantojot Zeiss DSM 982 Gemini ar paātrinājuma spriegumiem 2 un 5 kV.Enerģijas izkliedējošā rentgena spektroskopija (EDX) tika veikta, izmantojot Thermo Fischer System 7 ar Peltier atdzesētu silīcija novirzes detektoru (SSD).
Metāla plākšņu sagatavošana tika veikta saskaņā ar procedūru, kas ir līdzīga tai, kas aprakstīta 53. punktā. Vispirms iegremdējiet plāksni 50% sērskābē.15 minūtes.Pēc tam tos apmēram 10 sekundes ievietoja 1 M nātrija hidroksīda šķīdumā.Pēc tam paraugus mazgā ar lielu daudzumu destilēta ūdens un pēc tam 30 minūtes mērcēja destilētā ūdenī.Pēc iepriekšējas virsmas apstrādes paraugi tika iegremdēti 3% piesātinātā šķīdumā.HEC un mērķa sāls.Visbeidzot izņemiet tos un nosusiniet 60°C temperatūrā.
Anodēšanas metode uzlabo un nostiprina dabisko oksīda slāni uz pasīvā metāla.Alumīnija paneļi tika anodēti ar sērskābi sacietētā stāvoklī un pēc tam noslēgti karstā ūdenī.Anodēšana sekoja sākotnējai kodināšanai ar 1 mol/l NaOH (600 s), kam sekoja neitralizācija 1 mol/l HNO3 (60 s).Elektrolīta šķīdums ir 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 un 1 M MgSO4 + 7H2O maisījums.Anodēšana tika veikta (40 ± 1) ° C, 30 mA/cm2 1200 sekundes.Blīvēšanas process tika veikts dažādos sālījumos, kā aprakstīts materiālos (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Paraugu tajā vāra 1800 sekundes.
Ir izpētītas trīs dažādas kompozītmateriālu ražošanas metodes: līmes pārklājums, tiešā reakcija un virsmas apstrāde.Katras apmācības metodes priekšrocības un trūkumi tiek sistemātiski analizēti un apspriesti.Rezultātu novērtēšanai tika izmantota tieša novērošana, nanoattēlveidošana un ķīmiskā/elementu analīze.
Anodēšana tika izvēlēta kā konversijas virsmas apstrādes metode, lai palielinātu sāls hidrātu saķeri.Šī virsmas apstrāde rada porainu alumīnija oksīda (alumīnija oksīda) struktūru tieši uz alumīnija virsmas.Tradicionāli šī metode sastāv no diviem posmiem: pirmajā posmā tiek izveidota poraina alumīnija oksīda struktūra, bet otrajā posmā - alumīnija hidroksīda pārklājums, kas aizver poras.Tālāk ir norādītas divas sāls bloķēšanas metodes, nebloķējot piekļuvi gāzes fāzei.Pirmais sastāv no šūnveida sistēmas, izmantojot nelielas alumīnija oksīda (Al2O3) caurules, kas iegūtas pirmajā solī, lai noturētu adsorbenta kristālus un palielinātu to saķeri ar metāla virsmām.Iegūto šūnveida šūnu diametrs ir aptuveni 50 nm un garums 200 nm (1.a att.).Kā minēts iepriekš, šie dobumi parasti tiek aizvērti otrajā posmā ar plānu Al2O(OH)2 bēmīta slāni, ko atbalsta alumīnija oksīda caurules viršanas process.Otrajā metodē šis blīvēšanas process tiek modificēts tā, ka sāls kristāli tiek uztverti vienmērīgi pārklājošā bēmīta (Al2O(OH)) slānī, kas šajā gadījumā netiek izmantots blīvēšanai.Otro posmu veic attiecīgā sāls piesātinātā šķīdumā.Aprakstīto modeļu izmēri ir diapazonā no 50 līdz 100 nm, un tie izskatās kā izšļakstīti pilieni (1.b attēls).Blīvēšanas procesa rezultātā iegūtajai virsmai ir izteikta telpiskā struktūra ar palielinātu saskares laukumu.Šis virsmas raksts kopā ar daudzajām savienošanas konfigurācijām ir ideāli piemērots sāls kristālu pārnēsāšanai un turēšanai.Abas aprakstītās struktūras šķiet patiesi porainas, un tām ir mazi dobumi, kas, šķiet, ir labi piemēroti sāls hidrātu noturēšanai un tvaiku adsorbēšanai sālī adsorbera darbības laikā.Tomēr šo virsmu elementārā analīze, izmantojot EDX, var noteikt magnija un sēra daudzumu uz bēmīta virsmas, kas alumīnija oksīda virsmas gadījumā netiek atklāti.
Parauga ATR-FTIR apstiprināja, ka elements ir magnija sulfāts (sk. 2.b attēlu).Spektrs parāda raksturīgās sulfāta jonu virsotnes pie 610–680 un 1080–1130 cm–1 un raksturīgās režģa ūdens virsotnes pie 1600–1700 cm–1 un 3200–3800 cm–1 (sk. 2.a, c att.).).Magnija jonu klātbūtne gandrīz nemaina spektru54.
(a) ar bēmītu pārklātas MgSO4 alumīnija plāksnes EDX, (b) bēmīta un MgSO4 pārklājumu ATR-FTIR spektri, (c) tīra MgSO4 ATR-FTIR spektri.
Adsorbcijas efektivitātes saglabāšanu apstiprināja TGA.Uz att.3b parāda desorbcijas maksimumu apm.60°C.Šis maksimums neatbilst divu pīķu temperatūrai, kas novērota tīra sāls TGA (3.a attēls).Tika novērtēta adsorbcijas-desorbcijas cikla atkārtojamība, un tāda pati līkne tika novērota pēc paraugu ievietošanas mitrā atmosfērā (3.c att.).Otrajā desorbcijas posmā novērotās atšķirības var būt dehidratācijas rezultāts plūstošā atmosfērā, jo tas bieži noved pie nepilnīgas dehidratācijas.Šīs vērtības atbilst aptuveni 17,9 g/m2 pirmajā atūdeņošanā un 10,3 g/m2 otrajā atūdeņošanā.
Bēmīta un MgSO4 TGA analīzes salīdzinājums: tīra MgSO4 (a), maisījuma (b) un pēc rehidratācijas (c) TGA analīze.
Tāda pati metode tika veikta ar kalcija hlorīdu kā adsorbentu.Rezultāti ir parādīti 4. attēlā. Virsmas vizuālā pārbaude atklāja nelielas izmaiņas metāla mirdzumā.Kažoks ir tikko redzams.SEM apstiprināja mazu kristālu klātbūtni, kas vienmērīgi sadalīti pa virsmu.Tomēr TGA neuzrādīja dehidratāciju zem 150 ° C.Tas var būt saistīts ar faktu, ka sāls īpatsvars ir pārāk mazs salīdzinājumā ar substrāta kopējo masu, lai to varētu noteikt ar TGA.
Vara sulfāta pārklājuma virsmas apstrādes ar anodēšanas metodi rezultāti parādīti att.5. Šajā gadījumā paredzamā CuSO4 iekļaušanās Al oksīda struktūrā nenotika.Tā vietā tiek novērotas vaļīgas adatas, jo tās parasti izmanto vara hidroksīdam Cu(OH)2, ko izmanto kopā ar tipiskām tirkīza krāsām.
Anodētās virsmas apstrāde tika pārbaudīta arī kombinācijā ar stroncija hlorīdu.Rezultāti liecināja par nevienmērīgu pārklājumu (sk. 6.a attēlu).Lai noteiktu, vai sāls pārklāja visu virsmu, tika veikta EDX analīze.Punkta līkne pelēkajā zonā (1. punkts 6.b attēlā) parāda maz stroncija un daudz alumīnija.Tas norāda uz zemu stroncija saturu izmērītajā zonā, kas savukārt norāda uz zemu stroncija hlorīda pārklājumu.Un otrādi, baltajiem laukumiem ir augsts stroncija saturs un zems alumīnija saturs (6.b attēla 2.–6. punkts).Baltā laukuma EDX analīzē ir redzami tumšāki punktiņi (2. un 4. punkts 6.b attēlā), ar zemu hlora un augstu sēra saturu.Tas var liecināt par stroncija sulfāta veidošanos.Spilgtāki punkti atspoguļo augstu hlora saturu un zemu sēra saturu (3., 5. un 6. punkts 6.b attēlā).Tas izskaidrojams ar to, ka baltā pārklājuma galveno daļu veido paredzamais stroncija hlorīds.Parauga TGA apstiprināja analīzes interpretāciju ar maksimumu tīram stroncija hlorīdam raksturīgajā temperatūrā (6.c attēls).To mazo vērtību var attaisnot ar nelielu sāls frakciju salīdzinājumā ar metāla balsta masu.Eksperimentos noteiktā desorbcijas masa atbilst daudzumam 7,3 g/m2, kas izdalās uz adsorbera laukuma vienību 150°C temperatūrā.
Tika pārbaudīti arī ar eloksālu apstrādāti cinka sulfāta pārklājumi.Makroskopiski pārklājums ir ļoti plāns un viendabīgs slānis (7.a att.).Tomēr SEM atklāja virsmas laukumu, kas pārklāts ar maziem kristāliem, kurus atdala tukši laukumi (7.b att.).Pārklājuma un substrāta TGA tika salīdzināta ar tīra sāls TGA (7.c attēls).Tīram sāls ir viens asimetrisks maksimums pie 59,1°C.Pārklātajam alumīnijam bija divi nelieli maksimumi 55,5 ° C un 61, 3 ° C temperatūrā, kas norāda uz cinka sulfāta hidrāta klātbūtni.Eksperimentā atklātā masas starpība atbilst 10,9 g/m2 pie dehidratācijas temperatūras 150°C.
Tāpat kā iepriekšējā pieteikumā53, hidroksietilceluloze tika izmantota kā saistviela, lai uzlabotu sorbenta pārklājuma adhēziju un stabilitāti.Materiālu saderību un ietekmi uz adsorbcijas veiktspēju novērtēja TGA.Analīze tiek veikta attiecībā pret kopējo masu, ti, paraugā ir metāla plāksne, ko izmanto kā pārklājuma substrātu.Adhēziju pārbauda ar testu, kura pamatā ir ISO2409 specifikācijā definētais šķērsgriezuma tests (nevar atbilst roba atdalīšanas specifikācijai atkarībā no specifikācijas biezuma un platuma).
Pārklājot paneļus ar kalcija hlorīdu (CaCl2) (sk. 8.a att.), tika iegūts nevienmērīgs sadalījums, kas netika novērots tīrā alumīnija pārklājumā, ko izmantoja šķērsgriezuma iecirtuma testā.Salīdzinot ar tīra CaCl2 rezultātiem, TGA (8.b attēls) uzrāda divus raksturīgus maksimumus, kas novirzīti uz zemāku temperatūru attiecīgi 40 un 20 °C.Šķērsgriezuma tests neļauj veikt objektīvu salīdzinājumu, jo tīrs CaCl2 paraugs (paraugs labajā pusē 8.c attēlā) ir pulverveida nogulsnes, kas noņem augšējās daļiņas.HEC rezultāti parādīja ļoti plānu un vienmērīgu pārklājumu ar apmierinošu adhēziju.Attēlā parādītā masas starpība.8b atbilst 51,3 g/m2 uz adsorbera laukuma vienību 150°C temperatūrā.
Pozitīvi rezultāti adhēzijas un viendabīguma ziņā tika iegūti arī ar magnija sulfātu (MgSO4) (sk. 9. att.).Pārklājuma desorbcijas procesa analīze parādīja vienu maksimumu apm.60°C.Šī temperatūra atbilst galvenajam desorbcijas posmam, kas novērots tīru sāļu dehidratācijā, kas ir vēl viens posms 44 °C temperatūrā.Tas atbilst pārejai no heksahidrāta uz pentahidrātu un netiek novērots pārklājumu gadījumā ar saistvielām.Šķērsgriezuma testi liecina par labāku sadalījumu un adhēziju, salīdzinot ar pārklājumiem, kas izgatavoti, izmantojot tīru sāli.TGA-DTC novērotā masas atšķirība atbilst 18,4 g/m2 uz adsorbera laukuma vienību 150°C temperatūrā.
Virsmas nelīdzenumu dēļ stroncija hlorīdam (SrCl2) ir nevienmērīgs pārklājums uz spurām (10.a att.).Tomēr šķērseniskā iecirtuma testa rezultāti uzrādīja vienmērīgu sadalījumu ar ievērojami uzlabotu adhēziju (10.c att.).TGA analīze uzrādīja ļoti nelielu svara atšķirību, kas, iespējams, ir saistīta ar zemāku sāls saturu salīdzinājumā ar metāla substrātu.Tomēr līknes soļi parāda dehidratācijas procesa klātbūtni, lai gan maksimums ir saistīts ar temperatūru, kas iegūta, raksturojot tīru sāli.Pīķi pie 110°C un 70,2°C, kas novēroti Fig.10b tika atrasti arī, analizējot tīru sāli.Tomēr galvenais dehidratācijas posms, kas novērots tīrā sālī 50 ° C temperatūrā, netika atspoguļots līknēs, izmantojot saistvielu.Turpretim saistvielu maisījumam bija divi maksimumi pie 20,2 °C un 94,1 °C, kas netika izmērīti tīram sālim (10.b attēls).150 °C temperatūrā novērotā masas starpība atbilst 7,2 g/m2 uz adsorbera laukuma vienību.
HEC un cinka sulfāta (ZnSO4) kombinācija nedeva pieņemamus rezultātus (11. attēls).Pārklātā metāla TGA analīze neatklāja nekādus dehidratācijas procesus.Lai gan pārklājuma sadalījums un adhēzija ir uzlabojusies, tā īpašības joprojām ir tālu no optimālajām.
Vienkāršākais veids, kā pārklāt metāla šķiedras ar plānu un vienmērīgu slāni, ir mitrā impregnēšana (12.a att.), kas ietver mērķa sāls sagatavošanu un metāla šķiedru impregnēšanu ar ūdens šķīdumu.
Gatavojoties mitrai impregnēšanai, rodas divas galvenās problēmas.No vienas puses, sāls šķīduma virsmas spraigums novērš pareizu šķidruma iekļaušanu porainajā struktūrā.Kristalizēšanos uz ārējās virsmas (12.d att.) un gaisa burbuļus, kas ieslodzīti konstrukcijas iekšpusē (12.c att.), var samazināt, tikai samazinot virsmas spraigumu un iepriekš samitrinot paraugu ar destilētu ūdeni.Piespiedu šķīdināšana paraugā, evakuējot gaisu konstrukcijā vai izveidojot šķīduma plūsmu konstrukcijā, ir citi efektīvi veidi, kā nodrošināt pilnīgu konstrukcijas piepildījumu.
Otra sagatavošanas laikā radusies problēma bija plēves noņemšana no sāls daļas (sk. 12.b att.).Šo parādību raksturo sausa pārklājuma veidošanās uz šķīšanas virsmas, kas aptur konvektīvi stimulēto žāvēšanu un uzsāk difūzijas stimulēto procesu.Otrais mehānisms ir daudz lēnāks nekā pirmais.Tā rezultātā saprātīgam žāvēšanas laikam ir nepieciešama augsta temperatūra, kas palielina burbuļu veidošanās risku parauga iekšpusē.Šo problēmu risina, ieviešot alternatīvu kristalizācijas metodi, kuras pamatā ir nevis koncentrācijas izmaiņas (iztvaikošana), bet gan temperatūras izmaiņas (kā piemērā ar MgSO4 13. attēlā).
Kristalizācijas procesa shematisks attēlojums dzesēšanas laikā un cietās un šķidrās fāzes atdalīšana, izmantojot MgSO4.
Izmantojot šo metodi, piesātināto sāļu šķīdumus var pagatavot istabas temperatūrā (HT) vai augstāk.Pirmajā gadījumā kristalizācija tika piespiesta, pazeminot temperatūru zem istabas temperatūras.Otrajā gadījumā kristalizācija notika, kad paraugs tika atdzesēts līdz istabas temperatūrai (RT).Rezultāts ir kristālu (B) un izšķīdušo (A) maisījums, kura šķidrā daļa tiek noņemta ar saspiestu gaisu.Šī pieeja ne tikai ļauj izvairīties no plēves veidošanās uz šiem hidrātiem, bet arī samazina laiku, kas nepieciešams citu kompozītmateriālu sagatavošanai.Tomēr šķidruma noņemšana ar saspiestu gaisu izraisa sāls papildu kristalizāciju, kā rezultātā veidojas biezāks pārklājums.
Vēl viena metode, ko var izmantot metāla virsmu pārklāšanai, ietver tiešu mērķa sāļu ražošanu, izmantojot ķīmiskas reakcijas.Pārklātiem siltummaiņiem, kas izgatavoti, reaģējot ar skābēm uz spuru un cauruļu metāla virsmām, ir vairākas priekšrocības, kā ziņots mūsu iepriekšējā pētījumā.Šīs metodes pielietošana šķiedrām radīja ļoti sliktus rezultātus, jo reakcijas laikā veidojās gāzes.Ūdeņraža gāzes burbuļu spiediens uzkrājas zondes iekšpusē un mainās, kad produkts tiek izmests (14.a attēls).
Pārklājums ir pārveidots ķīmiskās reakcijas rezultātā, lai labāk kontrolētu pārklājuma biezumu un sadalījumu.Šī metode ietver skābes miglas plūsmas izvadīšanu cauri paraugam (14.b attēls).Paredzams, ka, reaģējot ar substrāta metālu, tiks izveidots vienmērīgs pārklājums.Rezultāti bija apmierinoši, taču process bija pārāk lēns, lai to uzskatītu par efektīvu metodi (14.c att.).Īsāku reakcijas laiku var panākt ar lokālu karsēšanu.
Lai novērstu iepriekšminēto metožu trūkumus, ir izpētīta pārklājuma metode, kuras pamatā ir līmvielu izmantošana.HEC tika izvēlēts, pamatojoties uz iepriekšējā sadaļā sniegtajiem rezultātiem.Visi paraugi tika sagatavoti ar 3% masas.Saistvielu sajauc ar sāli.Šķiedras tika iepriekš apstrādātas saskaņā ar to pašu procedūru kā ribām, ti, iemērc 50 % tilpuma.15 minūšu laikā.sērskābi, pēc tam 20 sekundes mērcē nātrija hidroksīdā, mazgā destilētā ūdenī un visbeidzot 30 minūtes mērcē destilētā ūdenī.Šajā gadījumā pirms impregnēšanas tika pievienots papildu solis.Uz īsu brīdi iegremdējiet paraugu atšķaidītā mērķa sāls šķīdumā un žāvējiet aptuveni 60 °C temperatūrā.Process ir paredzēts, lai modificētu metāla virsmu, izveidojot kodolu veidošanās vietas, kas uzlabo pārklājuma sadalījumu pēdējā posmā.Šķiedru struktūrai ir viena puse, kur pavedieni ir plānāki un cieši saspiesti, un pretējā puse, kur pavedieni ir biezāki un mazāk izplatīti.Tas ir 52 ražošanas procesu rezultāts.
Kalcija hlorīda (CaCl2) rezultāti ir apkopoti un ilustrēti ar attēliem 1. tabulā. Labs pārklājums pēc inokulācijas.Pat tiem pavedieniem, kuru virsmā nebija redzamu kristālu, bija samazināti metāliskie atspīdumi, kas liecina par apdares izmaiņām.Taču pēc tam, kad paraugi tika piesūcināti ar CaCl2 un HEC ūdens maisījumu un žāvēti aptuveni 60°C temperatūrā, pārklājumi tika koncentrēti konstrukciju krustpunktos.Šo efektu izraisa šķīduma virsmas spraigums.Pēc mērcēšanas šķidrums paliek parauga iekšpusē tā virsmas spraiguma dēļ.Būtībā tas notiek konstrukciju krustpunktā.Parauga labākajā pusē ir vairāki caurumi, kas piepildīti ar sāli.Pēc pārklāšanas svars palielinājās par 0,06 g/cm3.
Pārklājot ar magnija sulfātu (MgSO4), tika iegūts vairāk sāls uz tilpuma vienību (2. tabula).Šajā gadījumā izmērītais pieaugums ir 0,09 g/cm3.Sēšanas procesa rezultātā tika iegūts plašs paraugu pārklājums.Pēc pārklāšanas sāls bloķē lielus laukumus no parauga plānās puses.Turklāt daži matējuma laukumi ir bloķēti, bet daļa porainības tiek saglabāta.Šajā gadījumā sāls veidošanās ir viegli novērojama konstrukciju krustpunktā, kas apliecina, ka pārklāšanas process galvenokārt ir saistīts ar šķidruma virsmas spraigumu, nevis sāls un metāla substrāta mijiedarbību.
Stroncija hlorīda (SrCl2) un HEC kombinācijas rezultāti uzrādīja līdzīgas īpašības kā iepriekšējos piemēros (3. tabula).Šajā gadījumā parauga plānākā puse ir gandrīz pilnībā pārklāta.Ir redzamas tikai atsevišķas poras, kas veidojas žāvēšanas laikā tvaika izdalīšanās rezultātā no parauga.Matētajā pusē novērotais raksts ir ļoti līdzīgs iepriekšējam gadījumam, vieta ir bloķēta ar sāli un šķiedras nav pilnībā pārklātas.
Lai novērtētu šķiedru struktūras pozitīvo ietekmi uz siltummaiņa siltuma veiktspēju, tika noteikta pārklājuma šķiedras struktūras efektīvā siltumvadītspēja un salīdzināta ar tīru pārklājuma materiālu.Siltumvadītspēja tika mērīta saskaņā ar ASTM D 5470-2017, izmantojot plakanā paneļa ierīci, kas parādīta 15.a attēlā, izmantojot atsauces materiālu ar zināmu siltumvadītspēju.Salīdzinot ar citām pārejas mērījumu metodēm, šis princips ir izdevīgs pašreizējā pētījumā izmantotajiem porainajiem materiāliem, jo ​​mērījumi tiek veikti līdzsvara stāvoklī un ar pietiekamu parauga lielumu (bāzes laukums 30 × 30 mm2, augstums aptuveni 15 mm).Mērījumiem šķiedras virzienā un perpendikulāri šķiedras virzienam tika sagatavoti tīrā pārklājuma materiāla (atskaites) un pārklātās šķiedras struktūras paraugi, lai novērtētu anizotropās siltumvadītspējas ietekmi.Paraugi tika slīpēti uz virsmas (P320 smiltis), lai samazinātu virsmas raupjuma ietekmi parauga sagatavošanas dēļ, kas neatspoguļo struktūru paraugā.