Ви благодариме што ја посетивте Nature.com.Верзијата на прелистувачот што ја користите има ограничена поддршка за CSS.За најдобро искуство, препорачуваме да користите ажуриран прелистувач (или да го оневозможите режимот на компатибилност во Internet Explorer).Во меѓувреме, за да обезбедиме континуирана поддршка, ќе ја направиме страницата без стилови и JavaScript.
Пазарниот удел на системите за ладење со адсорпција и топлинските пумпи сè уште е релативно мал во споредба со традиционалните компресорски системи.И покрај огромната предност за користење на евтина топлина (наместо скапа електрична работа), имплементацијата на системи засновани на принципите на адсорпција сè уште е ограничена на неколку специфични апликации.Главниот недостаток што треба да се отстрани е намалувањето на специфичната моќност поради ниската топлинска спроводливост и ниската стабилност на адсорбентот.Моменталните најсовремени комерцијални системи за ладење со адсорпција се засноваат на адсорбери базирани на плочести разменувачи на топлина обложени за оптимизирање на капацитетот за ладење.Резултатите се добро познати дека намалувањето на дебелината на облогата доведува до намалување на импедансата на пренос на маса, а зголемувањето на односот на површината и волуменот на спроводливите структури ја зголемува моќноста без да се загрози ефикасноста.Металните влакна што се користат во оваа работа можат да обезбедат специфична површина во опсег од 2500–50.000 m2/m3.Три методи за добивање на многу тенки, но стабилни облоги на соли хидрати на метални површини, вклучително и метални влакна, за производство на облоги за првпат демонстрираат разменувач на топлина со висока густина на моќност.Површинскиот третман базиран на анодизирање на алуминиум е избран за да се создаде посилна врска помеѓу облогата и подлогата.Микроструктурата на добиената површина беше анализирана со помош на електронска микроскопија за скенирање.Намалена вкупна рефлексија Фуриеова трансформација на инфрацрвена спектроскопија и енергетска дисперзивна спектроскопија на Х-зраци беа користени за да се провери присуството на саканиот вид во анализата.Нивната способност да формираат хидрати беше потврдена со комбинирана термогравиметриска анализа (TGA)/диференцијална термогравиметриска анализа (DTG).Лошиот квалитет над 0,07 g (вода)/g (композит) беше пронајден во облогата на MgSO4, покажувајќи знаци на дехидрација на околу 60 °C и може да се репродуцира по рехидратација.Позитивни резултати се добиени и со SrCl2 и ZnSO4 со масена разлика од околу 0,02 g/g под 100 °C.Хидроксиетилцелулозата е избрана како додаток за зголемување на стабилноста и адхезијата на облогата.Адсорптивните својства на производите беа оценети со симултан TGA-DTG и нивната адхезија беше карактеризирана со метод базиран на тестовите опишани во ISO2409.Конзистентноста и адхезијата на облогата со CaCl2 се значително подобрени додека се одржува нејзиниот капацитет за адсорпција со тежинска разлика од околу 0,1 g/g на температури под 100 °C.Дополнително, MgSO4 ја задржува способноста да формира хидрати, покажувајќи масена разлика од повеќе од 0,04 g/g на температури под 100 °C.Конечно, се испитуваат обложени метални влакна.Резултатите покажуваат дека ефективната топлинска спроводливост на структурата на влакната обложена со Al2(SO4)3 може да биде 4,7 пати поголема во споредба со волуменот на чист Al2(SO4)3.Облогата на проучуваните облоги беше визуелно испитана, а внатрешната структура беше евалуирана со помош на микроскопска слика на пресеците.Добиена е обвивка од Al2(SO4)3 со дебелина од околу 50 µm, но целокупниот процес мора да се оптимизира за да се постигне порамномерна дистрибуција.
Системите за адсорпција привлекоа големо внимание во изминатите неколку децении бидејќи обезбедуваат еколошка алтернатива на традиционалните топлински пумпи со компресија или системи за ладење.Со зголемувањето на стандардите за удобност и глобалните просечни температури, системите за адсорпција може да ја намалат зависноста од фосилните горива во блиска иднина.Дополнително, сите подобрувања во адсорпциското ладење или топлинските пумпи може да се пренесат на складирање на топлинска енергија, што претставува дополнително зголемување на потенцијалот за ефикасно користење на примарната енергија.Главната предност на адсорпционите топлински пумпи и системите за ладење е тоа што тие можат да работат со мала топлинска маса.Ова ги прави погодни за извори на ниска температура како што се сончевата енергија или отпадната топлина.Во однос на апликациите за складирање енергија, адсорпцијата ја има предноста на поголема густина на енергија и помала дисипација на енергија во споредба со разумното или латентно складирање на топлина.
Адсорпционите топлински пумпи и системите за ладење го следат истиот термодинамички циклус како и нивните колеги за компресија на пареа.Главната разлика е замената на компонентите на компресорот со адсорбери.Елементот може да адсорбира пареа од разладно средство со низок притисок на умерени температури, испарувајќи повеќе разладно средство дури и кога течноста е ладна.Потребно е да се обезбеди постојано ладење на адсорберот за да се исклучи енталпијата на адсорпција (егзотерм).Адсорберот се регенерира на висока температура, предизвикувајќи десорбирање на пареата на средството за ладење.Греењето мора да продолжи да обезбедува енталпија на десорпција (ендотермично).Бидејќи процесите на адсорпција се карактеризираат со температурни промени, високата густина на моќноста бара висока топлинска спроводливост.Сепак, ниската топлинска спроводливост е далеку од главниот недостаток во повеќето апликации.
Главниот проблем на спроводливоста е да се зголеми нејзината просечна вредност додека се одржува транспортната патека која обезбедува проток на адсорпциони/десорпциони пареи.За да се постигне ова, вообичаено се користат два пристапа: композитни разменувачи на топлина и обложени разменувачи на топлина.Најпопуларните и најуспешните композитни материјали се оние кои користат адитиви на база на јаглерод, имено експандиран графит, активен јаглен или јаглеродни влакна.Оливеира и сор.2 импрегниран експандиран графит во прав со калциум хлорид за производство на адсорбер со специфичен капацитет за ладење (SCP) до 306 W/kg и коефициент на перформанси (COP) до 0,46.Зајачковски и сор.3 предложи комбинација од експандиран графит, јаглеродни влакна и калциум хлорид со вкупна спроводливост од 15 W/mK.Jian et al4 тестираа композити со експандиран природен графит обработен со сулфурна киселина (ENG-TSA) како супстрат во двостепен циклус на ладење со адсорпција.Моделот предвиде COP од 0,215 до 0,285 и SCP од 161,4 до 260,74 W/kg.
Убедливо најостварливото решение е обложениот разменувач на топлина.Механизмите за обложување на овие разменувачи на топлина може да се поделат во две категории: директна синтеза и лепила.Најуспешниот метод е директната синтеза, која вклучува формирање на адсорбирачки материјали директно на површината на разменувачите на топлина од соодветните реагенси.Sotech5 патентираше метод за синтетизирање обложен зеолит за употреба во серија ладилници произведени од Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 ги тестираше перформансите на два зеолити обложени на нерѓосувачки челик.Сепак, овој метод работи само со специфични адсорбенти, што го прави обложувањето со лепила интересна алтернатива.Врзувачите се пасивни супстанции избрани за поддршка на адхезијата на сорбентот и/или преносот на масата, но не играат никаква улога во подобрувањето на адсорпцијата или спроводливоста.Френи и сор.7 обложени алуминиумски разменувачи на топлина со AQSOA-Z02 зеолит стабилизирани со врзивно средство на база на глина.Calabrese et al.8 ја проучувале подготовката на зеолитни облоги со полимерни врзива.Ammann et al.9 предложиле метод за подготовка на порозни зеолитни облоги од магнетни мешавини на поливинил алкохол.Алумина (алумина) се користи и како врзивно средство 10 во адсорберот.Според нашите сознанија, целулозата и хидроксиетил целулозата се користат само во комбинација со физички адсорбенти11,12.Понекогаш лепилото не се користи за бојата, туку се користи за изградба на структурата 13 самостојно.Комбинацијата на алгинат полимерни матрици со повеќе соли хидрати формира флексибилни композитни структури на монистра кои го спречуваат истекувањето за време на сушењето и обезбедуваат соодветен пренос на маса.Глините како бентонит и атапулгит се користени како врзива за подготовка на композити15,16,17.Етилцелулозата се користи за микрокапсулирање на калциум хлорид18 или натриум сулфид19.
Композитите со порозна метална структура може да се поделат на разменувачи на топлина со адитиви и разменувачи на топлина со обложени.Предноста на овие структури е високата специфична површина.Ова резултира со поголема контактна површина помеѓу адсорбентот и металот без додавање на инертна маса, што ја намалува вкупната ефикасност на циклусот на ладење.Ланг и сор.20 ја подобрија севкупната спроводливост на адсорбер на зеолит со структура од алуминиумски саќе.Гилерминот и сор.21 ја подобри топлинската спроводливост на NaX зеолитните слоеви со бакар и никел пена.Иако композитите се користат како материјали за промена на фазата (PCMs), наодите на Li et al.22 и Жао и сор.23 се исто така од интерес за хемисорпција.Тие ги споредија перформансите на експандиран графит и метална пена и заклучија дека второто е подобро само ако корозијата не е проблем.Паломба и сор.неодамна направија споредба со други метални порозни структури24.Ван дер Пал и сор.ги проучувале металните соли вградени во пените 25 .Сите претходни примери одговараат на густи слоеви на адсорбенти со честички.Металните порозни конструкции практично не се користат за обложување на адсорбери, што е пооптимално решение.Пример за врзување за зеолити може да се најде во Wittstadt et al.26 но не е направен обид да се врзат хидратите на сол и покрај нивната поголема енергетска густина 27 .
Така, во овој напис ќе бидат истражени три методи за подготовка на адсорбентни облоги: (1) обложување со врзивно средство, (2) директна реакција и (3) површинска обработка.Хидроксиетилцелулозата беше врзивно средство на избор во оваа работа поради претходно објавената стабилност и добрата адхезија на облогата во комбинација со физички адсорбенти.Овој метод првично беше испитуван за рамни облоги, а подоцна се примени на конструкции од метални влакна.Претходно беше објавена прелиминарна анализа на можноста за хемиски реакции со формирање на адсорбентни облоги.Претходното искуство сега се пренесува на обложување на конструкции од метални влакна.Површинскиот третман избран за оваа работа е метод базиран на анодизирање на алуминиум.Елоксирањето на алуминиум е успешно комбинирано со метални соли за естетски цели29.Во овие случаи, може да се добијат многу стабилни и отпорни на корозија премази.Сепак, тие не можат да спроведат никаков процес на адсорпција или десорпција.Овој труд претставува варијанта на овој пристап кој овозможува поместување на масата користејќи ги лепливите својства на оригиналниот процес.Според нашите сознанија, ниту еден од методите опишани овде не е претходно проучен.Тие претставуваат многу интересна нова технологија бидејќи овозможуваат формирање на хидрирани адсорбентни облоги, кои имаат голем број на предности во однос на често проучуваните физички адсорбенти.
Алуминиумските плочи со печат што се користат како подлоги за овие експерименти беа обезбедени од ALINVEST Břidličná, Чешка.Тие содржат 98,11% алуминиум, 1,3622% железо, 0,3618% манган и траги од бакар, магнезиум, силициум, титаниум, цинк, хром и никел.
Материјалите избрани за производство на композити се избираат во согласност со нивните термодинамички својства, имено, во зависност од количината на вода што можат да ја адсорбираат/десорбираат на температури под 120°C.
Магнезиум сулфат (MgSO4) е една од најинтересните и најпроучени хидрирани соли30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Термодинамичките својства се систематски измерени и се покажа дека се погодни за апликации во полето на ладење со адсорпција, топлински пумпи и складирање енергија.Се користеше сув магнезиум сулфат CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Калциум хлоридот (CaCl2) (H319) е уште една добро проучена сол бидејќи нејзиниот хидрат има интересни термодинамички својства41,42,43,44.Калциум хлорид хексахидрат CAS-бр.7774-34-7 97% користени (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Цинк сулфатот (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) и неговите хидрати имаат термодинамички својства погодни за процеси на адсорпција на ниски температури45,46.Се користеше цинк сулфат хептахидрат CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Германија).
Стронциум хлоридот (SrCl2) (H318), исто така, има интересни термодинамички својства4,45,47 иако често се комбинира со амонијак во адсорпционата топлинска пумпа или истражувањето за складирање енергија.За синтезата е користен стронциум хлорид хексахидрат CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0% (Сигма Олдрич, Сент Луис, Мисури, САД).
Бакар сулфат (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) не е меѓу хидратите кои често се среќаваат во стручната литература, иако неговите термодинамички својства се од интерес за примени на ниски температури48,49.За синтезата е користен бакар сулфат CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Магнезиум хлоридот (MgCl2) е една од хидрираните соли на која во последно време добива поголемо внимание на полето на складирање на топлинска енергија50,51.За експериментите се користеше магнезиум хлорид хексахидрат CAS-Nr.7791-18-6 чисто фармацевтско одделение (Applichem GmbH., Дармштад, Германија).
Како што беше споменато погоре, хидроксиетил целулоза беше избрана поради позитивните резултати во слични апликации.Материјалот што се користи во нашата синтеза е хидроксиетил целулоза CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Металните влакна се направени од кратки жици споени заедно со компресија и синтерување, процес познат како екстракција со топење со растоварување (CME)52.Тоа значи дека нивната топлинска спроводливост не зависи само од масовната спроводливост на металите што се користат во производството и од порозноста на конечната структура, туку и од квалитетот на врските помеѓу нишките.Влакната не се изотропни и имаат тенденција да бидат распоредени во одредена насока за време на производството, што ја прави топлинската спроводливост во попречната насока многу помала.
Својствата на апсорпција на вода беа испитани со користење на симултана термогравиметриска анализа (TGA)/диференцијална термогравиметриска анализа (DTG) во вакуумско пакување (Netzsch TG 209 F1 Libra).Мерењата беа извршени во тече азотна атмосфера со брзина на проток од 10 ml/min и температурен опсег од 25 до 150°C во садници со алуминиум оксид.Стапката на загревање беше 1 °C/min, тежината на примерокот варира од 10 до 20 mg, резолуцијата беше 0,1 μg.Во оваа работа, треба да се забележи дека разликата во масата по единица површина има голема неизвесност.Примероците што се користат во TGA-DTG се многу мали и неправилно исечени, што го прави неточно определувањето на нивната површина.Овие вредности може да се екстраполираат само на поголема површина ако се земат предвид големите отстапувања.
Спектрите на инфрацрвена трансформација на Фурие со ослабена вкупна рефлексија (ATR-FTIR) беа добиени на спектрометар Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Лајпциг, Германија) со помош на додаток од платина ATR (Bruker Optik GmbH, Германија).Спектрите на чистите суви дијамантски кристали беа измерени директно во вакуум пред да се користат примероците како позадина за експериментални мерења.Примероците беа измерени во вакуум со користење на спектрална резолуција од 2 cm-1 и просечен број на скенирања од 32. Опсегот на брановиот број од 8000 до 500 cm-1.Спектралната анализа е направена со помош на програмата OPUS.
СЕМ анализата беше изведена со помош на DSM 982 Gemini од Zeiss при забрзувачки напон од 2 и 5 kV.Енергетска дисперзивна спектроскопија на рендгенски зраци (EDX) беше изведена со користење на Thermo Fischer System 7 со Peltier ладен детектор за дрифт на силикон (SSD).
Подготовката на металните плочи беше извршена според постапката слична на онаа опишана во 53. Прво, потопете ја плочата во 50% сулфурна киселина.15 минути.Потоа тие беа внесени во 1 М раствор на натриум хидроксид околу 10 секунди.Потоа примероците се мијат со голема количина дестилирана вода, а потоа се натопени во дестилирана вода 30 минути.По прелиминарната површинска обработка, примероците беа потопени во 3% заситен раствор.HEC и целната сол.На крај извадете ги и исушете ги на 60°C.
Методот на елоксирање го подобрува и зајакнува природниот оксиден слој на пасивниот метал.Алуминиумските панели беа анодизирани со сулфурна киселина во стврдната состојба, а потоа затворени во топла вода.Елоксирањето следеше почетно офортување со 1 mol/l NaOH (600 s) проследено со неутрализација во 1 mol/l HNO3 (60 s).Растворот на електролитот е мешавина од 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 и 1 M MgSO4 + 7H2O.Елоксирањето беше спроведено на (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 за 1200 секунди.Процесот на запечатување беше спроведен во различни раствори од саламура како што е опишано во материјалите (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Примерокот во него се вари 1800 секунди.
Испитани се три различни методи за производство на композити: леплива облога, директна реакција и површинска обработка.Предностите и недостатоците на секој метод на обука се систематски анализирани и дискутирани.За евалуација на резултатите беа користени директно набљудување, нано-слики и хемиска/елементарна анализа.
Елоксирањето беше избрано како метод за површинска обработка на конверзија за да се зголеми адхезијата на хидратите на солта.Оваа површинска обработка создава порозна структура на алумина (алумина) директно на алуминиумската површина.Традиционално, овој метод се состои од две фази: првата фаза создава порозна структура на алуминиум оксид, а втората фаза создава облога од алуминиум хидроксид што ги затвора порите.Следниве се два методи за блокирање на сол без блокирање на пристапот до гасната фаза.Првиот се состои од саќе систем кој користи мали цевки од алуминиум оксид (Al2O3) добиени во првиот чекор за да ги задржат адсорбентните кристали и да ја зголемат неговата адхезија на металните површини.Добиените саќе имаат дијаметар од околу 50 nm и должина од 200 nm (сл. 1а).Како што споменавме претходно, овие шуплини обично се затвораат во вториот чекор со тенок слој од Al2O(OH)2 боемит поддржан од процесот на вриење на цевката од алумина.Во вториот метод, овој процес на запечатување е модифициран на таков начин што кристалите на сол се заробени во рамномерно покривен слој од боемит (Al2O(OH)), кој во овој случај не се користи за запечатување.Втората фаза се изведува во заситен раствор на соодветната сол.Опишаните обрасци имаат големини во опсег од 50-100 nm и изгледаат како прскани капки (сл. 1б).Површината добиена како резултат на процесот на запечатување има изразена просторна структура со зголемена контактна површина.Оваа шема на површината, заедно со нивните многубројни конфигурации за поврзување, е идеална за носење и држење кристали на сол.Двете опишани структури се чини дека се навистина порозни и имаат мали шуплини кои се чини дека се добро прилагодени за задржување на хидрати на сол и за адсорпција на пареа во солта за време на работата на адсорберот.Сепак, елементарната анализа на овие површини со помош на EDX може да открие траги на магнезиум и сулфур на површината на боемит, кои не се откриени во случај на површина од алуминиум.
ATR-FTIR на примерокот потврди дека елементот е магнезиум сулфат (види слика 2б).Спектарот покажува карактеристични врвови на сулфат јони на 610-680 и 1080-1130 cm-1 и карактеристични решетки водни врвови на 1600-1700 cm-1 и 3200-3800 cm-1 (види Сл. 2а, в).).Присуството на јони на магнезиум речиси и не го менува спектарот54.
(а) EDX на боемит обложена алуминиумска плоча MgSO4, (б) ATR-FTIR спектри на боемити и MgSO4 облоги, (в) ATR-FTIR спектри на чист MgSO4.
Одржувањето на ефикасноста на адсорпција беше потврдено од TGA.На сл.3б покажува врв на десорпција од прибл.60°C.Овој врв не одговара на температурата на двата пикови забележани во TGA на чиста сол (сл. 3а).Беше оценета повторливоста на циклусот адсорпција-десорпција, а истата крива беше забележана по поставувањето на примероците во влажна атмосфера (сл. 3в).Разликите забележани во втората фаза на десорпција може да бидат резултат на дехидрација во течна атмосфера, бидејќи тоа често води до нецелосна дехидрација.Овие вредности одговараат на приближно 17,9 g/m2 при првото одводнување и 10,3 g/m2 при второто одводнување.
Споредба на TGA анализа на боемит и MgSO4: TGA анализа на чист MgSO4 (а), мешавина (б) и по рехидратација (в).
Истиот метод беше спроведен со калциум хлорид како адсорбент.Резултатите се претставени на слика 4. Визуелната проверка на површината откри мали промени во металниот сјај.Крзното едвај се гледа.SEM потврди присуство на мали кристали рамномерно распоредени по површината.Сепак, TGA не покажа дехидрација под 150°C.Ова може да се должи на фактот дека процентот на сол е премногу мал во споредба со вкупната маса на подлогата за откривање со TGA.
Резултатите од површинската обработка на бакар сулфатната обвивка со методот на елоксирање се прикажани на сл.5. Во овој случај, очекуваното инкорпорирање на CuSO4 во структурата на оксидот на Al не се случи.Наместо тоа, се забележуваат лабави игли бидејќи вообичаено се користат за бакар хидроксид Cu(OH)2 што се користи со типични тиркизни бои.
Елоксираната површинска обработка исто така беше тестирана во комбинација со стронциум хлорид.Резултатите покажаа нерамномерна покриеност (види Слика 6а).За да се утврди дали солта ја покривала целата површина, направена е EDX анализа.Кривата за точка во сивата област (точка 1 на слика 6б) покажува малку стронциум и многу алуминиум.Ова укажува на ниска содржина на стронциум во измерената зона, што, пак, укажува на ниска покриеност на стронциум хлорид.Спротивно на тоа, белите површини имаат висока содржина на стронциум и мала содржина на алуминиум (точки 2-6 на Сл. 6б).EDX анализата на белата површина покажува потемни точки (точки 2 и 4 на Сл. 6б), ниска содржина на хлор и висока содржина на сулфур.Ова може да укаже на формирање на стронциум сулфат.Посветлите точки одразуваат висока содржина на хлор и ниска содржина на сулфур (точки 3, 5 и 6 на слика 6б).Ова може да се објасни со фактот дека главниот дел од белата обвивка се состои од очекуваниот стронциум хлорид.TGA на примерокот ја потврди интерпретацијата на анализата со врв на карактеристичната температура на чист стронциум хлорид (сл. 6в).Нивната мала вредност може да се оправда со мал дел од сол во споредба со масата на металната потпора.Масата на десорпција утврдена во експериментите одговара на количината од 7,3 g/m2 што се ослободува по единица површина на адсорберот на температура од 150 °C.
Беа тестирани и облоги од цинк сулфат третирани со елоксал.Макроскопски, облогата е многу тенок и униформа слој (сл. 7а).Сепак, SEM откри површина покриена со мали кристали одделени со празни области (сл. 7б).TGA на облогата и подлогата беше споредена со онаа на чистата сол (слика 7в).Чистата сол има еден асиметричен врв на 59,1°C.Обложениот алуминиум покажа два мали врвови на 55,5°C и 61,3°C, што укажува на присуство на цинк сулфат хидрат.Разликата во масата откриена во експериментот одговара на 10,9 g/m2 при температура на дехидрација од 150°C.
Како и во претходната апликација53, хидроксиетил целулозата се користеше како врзивно средство за подобрување на адхезијата и стабилноста на сорбентната обвивка.Компатибилноста на материјалот и ефектот врз перформансите на адсорпција беа оценети со TGA.Анализата се врши во однос на вкупната маса, односно примерокот вклучува метална плоча која се користи како облога.Адхезијата се тестира со тест заснован на тестот за вкрстен засек дефиниран во спецификацијата ISO2409 (не може да ја исполни спецификацијата за одвојување на засеците во зависност од дебелината и ширината на спецификацијата).
Премачкувањето на панелите со калциум хлорид (CaCl2) (види слика 8а) резултираше со нерамномерна распределба, што не беше забележано кај чистиот алуминиумски слој што се користеше за тестот за попречно засек.Во споредба со резултатите за чист CaCl2, TGA (слика 8б) покажува два карактеристични врвови поместени кон пониски температури од 40 и 20°C, соодветно.Тестот за напречен пресек не дозволува објективна споредба бидејќи чистиот примерок CaCl2 (примерокот десно на Сл. 8в) е прашкаст талог, кој ги отстранува најгорните честички.Резултатите од HEC покажаа многу тенок и униформен слој со задоволителна адхезија.Разликата на масата прикажана на сл.8b одговара на 51,3 g/m2 по единица површина на адсорберот на температура од 150°C.
Позитивни резултати во однос на адхезијата и униформноста беа добиени и со магнезиум сулфат (MgSO4) (види Сл. 9).Анализата на процесот на десорпција на облогата покажа присуство на еден врв од прибл.60°C.Оваа температура одговара на главниот чекор на десорпција што се гледа во дехидрацијата на чистите соли, што претставува уште еден чекор на 44°C.Тоа одговара на преминот од хексахидрат во пентахидрат и не е забележан во случај на облоги со врзива.Тестовите со пресек покажуваат подобрена дистрибуција и адхезија во споредба со облогите направени со чиста сол.Разликата на масата забележана во TGA-DTC одговара на 18,4 g/m2 по единица површина на адсорберот на температура од 150°C.
Поради површинските неправилности, стронциум хлоридот (SrCl2) има нерамна обвивка на перките (сл. 10а).Сепак, резултатите од тестот за попречно засек покажаа униформа дистрибуција со значително подобрена адхезија (сл. 10в).TGA анализата покажа многу мала разлика во тежината, што мора да се должи на помалата содржина на сол во споредба со металната подлога.Сепак, чекорите на кривата покажуваат присуство на процес на дехидрација, иако врвот е поврзан со температурата што се добива кога се карактеризира чиста сол.Врвовите на 110°C и 70,2°C забележани на Сл.10б беа пронајдени и при анализа на чиста сол.Сепак, главниот чекор на дехидрација забележан во чиста сол на 50°C не се рефлектираше во кривите со помош на врзивно средство.Спротивно на тоа, смесата за врзување покажа два врвови на 20,2°C и 94,1°C, кои не беа измерени за чистата сол (сл. 10б).На температура од 150 °C, забележаната масена разлика одговара на 7,2 g/m2 по единица површина на адсорберот.
Комбинацијата на HEC и цинк сулфат (ZnSO4) не даде прифатливи резултати (слика 11).TGA анализата на обложениот метал не откри никакви процеси на дехидрација.Иако дистрибуцијата и адхезијата на облогата се подобрени, неговите својства сè уште се далеку од оптимални.
Наједноставниот начин за обложување на металните влакна со тенок и униформен слој е влажната импрегнација (сл. 12а), која вклучува подготовка на целната сол и импрегнација на металните влакна со воден раствор.
Кога се подготвувате за влажна импрегнација, се среќаваат два главни проблеми.Од една страна, површинскиот напон на солениот раствор го спречува правилното вградување на течноста во порозната структура.Кристализацијата на надворешната површина (сл. 12г) и воздушните меури заробени во структурата (сл. 12в) може да се намалат само со намалување на површинскиот напон и претходно навлажнување на примерокот со дестилирана вода.Присилното растворање во примерокот со евакуација на воздухот внатре или со создавање проток на раствор во структурата се други ефективни начини за да се обезбеди целосно полнење на структурата.
Вториот проблем на кој се сретна при подготовката беше отстранувањето на филмот од дел од солта (види Сл. 12б).Овој феномен се карактеризира со формирање на сува обвивка на површината на растворање, која го запира конвективно стимулираното сушење и го започнува процесот стимулиран со дифузија.Вториот механизам е многу побавен од првиот.Како резултат на тоа, потребна е висока температура за разумно време на сушење, што го зголемува ризикот од формирање меурчиња во мострата.Овој проблем е решен со воведување на алтернативен метод на кристализација кој не се базира на промена на концентрацијата (испарување), туку на промена на температурата (како во примерот со MgSO4 на сл. 13).
Шематски приказ на процесот на кристализација при ладење и одвојување на цврсти и течни фази со помош на MgSO4.
Заситените раствори на сол може да се подготват на или над собна температура (HT) користејќи го овој метод.Во првиот случај, кристализацијата беше принудена со намалување на температурата под собна температура.Во вториот случај, кристализацијата се случи кога примерокот беше ладен на собна температура (RT).Резултатот е мешавина од кристали (Б) и растворени (А), чиј течен дел се отстранува со компримиран воздух.Овој пристап не само што го избегнува формирањето на филм на овие хидрати, туку и го намалува времето потребно за подготовка на други композити.Меѓутоа, отстранувањето на течноста со компримиран воздух доведува до дополнителна кристализација на солта, што резултира со погуста обвивка.
Друг метод што може да се користи за обложување на метални површини вклучува директно производство на целни соли преку хемиски реакции.Обложените разменувачи на топлина направени со реакција на киселини на металните површини на перките и цевките имаат голем број на предности, како што беше објавено во нашата претходна студија.Примената на овој метод на влакна доведе до многу лоши резултати поради формирање на гасови за време на реакцијата.Притисокот на меурчињата на водородниот гас се акумулира во сондата и се менува додека производот се исфрла (сл. 14а).
Облогата е модифицирана преку хемиска реакција за подобра контрола на дебелината и дистрибуцијата на облогата.Овој метод вклучува пропуштање на кисела магла низ примерокот (Слика 14б).Ова се очекува да резултира со униформа облога со реакција со металот на подлогата.Резултатите беа задоволителни, но процесот беше премногу бавен за да се смета за ефективен метод (сл. 14в).Пократко време на реакција може да се постигне со локализирано загревање.
За да се надминат недостатоците на горенаведените методи, проучен е метод на обложување заснован на употреба на лепила.ХЕЦ беше избран врз основа на резултатите презентирани во претходниот дел.Сите примероци беа подготвени на 3% тежина.Врзувачот се меша со сол.Влакната беа претходно обработени по истата постапка како и за ребрата, односно натопени во 50% вол.во рок од 15 минути.сулфурна киселина, потоа натопена во натриум хидроксид 20 секунди, измиена во дестилирана вода и на крајот натопена во дестилирана вода 30 минути.Во овој случај, додаден е дополнителен чекор пред импрегнацијата.Потопете ја мострата накратко во разреден раствор на целна сол и исушете ја на приближно 60°C.Процесот е дизајниран да ја модифицира површината на металот, создавајќи места за нуклеација кои ја подобруваат дистрибуцијата на облогата во последната фаза.Фиброзната структура има една страна каде филаментите се потенки и цврсто спакувани, а спротивната страна каде филаментите се подебели и помалку распоредени.Ова е резултат на 52 производни процеси.
Резултатите за калциум хлорид (CaCl2) се сумирани и илустрирани со слики во Табела 1. Добра покриеност по инокулацијата.Дури и оние нишки без видливи кристали на површината имаа намалени метални рефлексии, што укажува на промена во финишот.Меѓутоа, откако примероците беа импрегнирани со водена смеса од CaCl2 и HEC и се исушија на температура од околу 60°C, облогите беа концентрирани на пресеците на структурите.Ова е ефект предизвикан од површинскиот напон на растворот.По натопувањето, течноста останува внатре во примерокот поради неговата површинска напнатост.Во основа се јавува на пресекот на структурите.Најдобрата страна на примерокот има неколку дупки исполнети со сол.Тежината се зголеми за 0,06 g/cm3 по обложувањето.
Премачкувањето со магнезиум сулфат (MgSO4) произведе повеќе сол по единица волумен (Табела 2).Во овој случај, измерениот прираст е 0,09 g/cm3.Процесот на сеење резултираше со широко покривање на примерокот.По процесот на обложување, солта блокира големи површини од тенката страна на примерокот.Покрај тоа, некои области на мат се блокирани, но одредена порозност е задржана.Во овој случај, формирањето на сол лесно се забележува на пресекот на структурите, што потврдува дека процесот на обложување главно се должи на површинскиот напон на течноста, а не на интеракцијата помеѓу солта и металната подлога.
Резултатите за комбинацијата на стронциум хлорид (SrCl2) и HEC покажаа слични својства на претходните примери (Табела 3).Во овој случај, потенката страна на примерокот е речиси целосно покриена.Видливи се само поединечни пори, формирани при сушење како резултат на ослободување на пареа од примерокот.Моделот забележан на мат страната е многу сличен на претходниот случај, областа е блокирана со сол и влакната не се целосно покриени.
Со цел да се оцени позитивниот ефект на фиброзната структура врз топлинските перформанси на разменувачот на топлина, беше утврдена ефективната топлинска спроводливост на обложената влакнеста структура и споредена со чистиот материјал за обложување.Топлинската спроводливост беше измерена според ASTM D 5470-2017 со помош на уредот со рамен панел прикажан на Слика 15а користејќи референтен материјал со позната топлинска спроводливост.Во споредба со другите минливи методи на мерење, овој принцип е поволен за порозните материјали што се користат во тековната студија, бидејќи мерењата се вршат во стабилна состојба и со доволна големина на примерокот (основна површина 30 × 30 mm2, висина приближно 15 mm).Примероците од чистиот материјал за обложување (референтна) и структурата на обложени влакна беа подготвени за мерења во насока на влакното и нормално на насоката на влакното за да се оцени ефектот на анизотропната топлинска спроводливост.Примероците беа мелени на површината (Р320 гриз) за да се минимизира ефектот на грубоста на површината поради подготовката на примерокот, што не ја одразува структурата во примерокот.