Nature.com сайтаар зочилсонд баярлалаа.Таны ашиглаж буй хөтчийн хувилбар нь хязгаарлагдмал CSS дэмжлэгтэй.Хамгийн сайн ашиглахын тулд бид танд шинэчилсэн хөтөч ашиглахыг зөвлөж байна (эсвэл Internet Explorer-д нийцтэй байдлын горимыг идэвхгүй болгох).Энэ хооронд байнгын дэмжлэгийг хангахын тулд бид сайтыг ямар ч загвар, JavaScript-гүйгээр үзүүлэх болно.
Адсорбцийн хөргөлтийн систем ба дулааны насосны зах зээлд эзлэх хувь уламжлалт компрессорын системтэй харьцуулахад харьцангуй бага хэвээр байна.Хямд үнэтэй дулааныг ашиглах нь асар их давуу талтай хэдий ч (цахилгааны өндөр өртөгтэй ажлын оронд) шингээх зарчимд суурилсан системийг хэрэгжүүлэх нь хэд хэдэн тодорхой хэрэглээнд хязгаарлагдмал хэвээр байна.Арилгах шаардлагатай гол сул тал бол бага дулаан дамжуулалт, шингээгчийн тогтвортой байдал багатай тул тусгай хүч буурах явдал юм.Орчин үеийн арилжааны шингээх хөргөлтийн системүүд нь хөргөлтийн хүчин чадлыг оновчтой болгохын тулд бүрсэн хавтан дулаан солилцуур дээр суурилсан шингээгч дээр суурилдаг.Бүрхүүлийн зузааныг багасгах нь масс дамжуулах эсэргүүцэл буурахад хүргэдэг бөгөөд дамжуулагч байгууламжийн гадаргуугийн талбайн эзлэхүүний харьцааг нэмэгдүүлэх нь үр ашгийг бууруулахгүйгээр хүчийг нэмэгдүүлдэг.Энэ ажилд ашигласан металл утаснууд нь 2500-50,000 м2 / м3-ийн тодорхой гадаргуугийн талбайг хангаж чадна.Металл гадаргуу, түүний дотор металл утас зэрэг давсны гидратаас маш нимгэн боловч тогтвортой бүрээсийг гаргаж авах гурван арга нь өндөр чадлын нягтралтай дулаан солилцогчийг анх удаа харуулж байна.Хөнгөн цагааны аноджуулалт дээр суурилсан гадаргуугийн боловсруулалтыг бүрээс ба субстратын хооронд илүү бат бөх холбоо тогтоохын тулд сонгосон.Үүссэн гадаргуугийн бичил бүтцийг сканерын электрон микроскоп ашиглан шинжилэв.Шинжилгээнд хүссэн зүйл байгаа эсэхийг шалгахын тулд нийт тусгал багассан Фурье хувиргах хэт улаан туяаны спектроскопи болон эрчим хүчний дисперсийн рентген спектроскопи ашигласан.Тэдний гидрат үүсгэх чадварыг хосолсон термогравиметрийн шинжилгээ (TGA) / дифференциал термогравиметрийн шинжилгээ (DTG) баталлаа.MgSO4 бүрхүүлээс 0.07 г (ус)/г (нийлмэл) -ээс дээш чанар муутай, 60 0С орчимд шингэн алдалтын шинж тэмдэг илэрч, шингэн сэлбэсний дараа дахин үржих боломжтой.Мөн 100 °C-аас доош 0.02 г/г массын зөрүүтэй SrCl2 ба ZnSO4-ийн эерэг үр дүн гарсан.Гидроксиэтилцеллюлозыг давхаргын тогтвортой байдал, наалдацыг нэмэгдүүлэх нэмэлт болгон сонгосон.Бүтээгдэхүүний шингээх шинж чанарыг TGA-DTG-ээр нэгэн зэрэг үнэлж, тэдгээрийн наалдацыг ISO2409-д тодорхойлсон туршилтын дагуу тодорхойлсон.CaCl2 бүрхүүлийн тууштай байдал, наалдац нь 100 ° C-аас доош температурт 0.1 г/г жингийн зөрүүтэй шингээх чадварыг хадгалахын зэрэгцээ мэдэгдэхүйц сайжирсан.Үүнээс гадна MgSO4 нь гидрат үүсгэх чадварыг хадгалж, 100 ° C-аас доош температурт 0.04 г/г-аас их массын зөрүүг харуулдаг.Эцэст нь бүрсэн металл утаснуудыг шалгана.Үр дүн нь Al2(SO4)3-аар бүрсэн шилэн бүтцийн үр ашигтай дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь цэвэр Al2(SO4)3-ийн эзэлхүүнтэй харьцуулахад 4.7 дахин их болохыг харуулж байна.Судалгаанд хамрагдсан бүрхүүлийн бүрээсийг нүдээр шалгаж, хөндлөн огтлолын микроскопийн зургийг ашиглан дотоод бүтцийг үнэлэв.Ойролцоогоор 50 μм зузаантай Al2(SO4)3 бүрээсийг авсан боловч илүү жигд тархалтад хүрэхийн тулд ерөнхий процессыг оновчтой болгох шаардлагатай.
Адсорбцийн системүүд нь уламжлалт шахалтын дулааны насос эсвэл хөргөлтийн системээс байгаль орчинд ээлтэй хувилбараар хангадаг тул сүүлийн хэдэн арван жилийн хугацаанд ихээхэн анхаарал татсан.Тав тухтай байдлын стандарт, дэлхийн дундаж температур нэмэгдэж байгаа тул шингээх систем нь ойрын ирээдүйд чулуужсан түлшний хамаарлыг бууруулж магадгүй юм.Нэмж дурдахад шингээх хөргөлт эсвэл дулааны насосны аливаа сайжруулалтыг дулааны энергийн хуримтлалд шилжүүлэх боломжтой бөгөөд энэ нь анхдагч эрчим хүчийг үр ашигтай ашиглах боломжийг нэмэгдүүлнэ.Адсорбцийн дулааны насос ба хөргөлтийн системийн гол давуу тал нь бага дулааны масстай ажиллах чадвартай байдаг.Энэ нь тэдгээрийг нарны эрчим хүч эсвэл хаягдал дулаан гэх мэт бага температурт ашиглахад тохиромжтой болгодог.Эрчим хүч хуримтлуулах хэрэглээний хувьд шингээлт нь мэдрэмжтэй эсвэл далд дулаан хуримтлалтай харьцуулахад эрчим хүчний өндөр нягтралтай, бага энерги зарцуулдаг давуу талтай.
Адсорбцийн дулааны насос ба хөргөлтийн системүүд нь уурын шахалттай ижил термодинамикийн мөчлөгийг дагаж мөрддөг.Гол ялгаа нь компрессорын эд ангиудыг шингээгчээр солих явдал юм.Элемент нь дунд зэргийн температурт бага даралтын хөргөлтийн уурыг шингээх чадвартай бөгөөд шингэн хүйтэн байсан ч илүү их хөргөгчийг ууршуулдаг.Адсорбцийн энтальпийг (экзотерм) оруулахгүйн тулд шингээгчийн тогтмол хөргөлтийг хангах шаардлагатай.Шингээгчийг өндөр температурт сэргээж, хөргөлтийн уурыг шингээхэд хүргэдэг.Десорбцийн энтальпийг (эндотермик) хангахын тулд халаалт үргэлжлэх ёстой.Шингээх процесс нь температурын өөрчлөлтөөр тодорхойлогддог тул эрчим хүчний өндөр нягтрал нь өндөр дулаан дамжилтыг шаарддаг.Гэсэн хэдий ч бага дулаан дамжуулалт нь ихэнх хэрэглээний гол сул тал юм.
Дамжуулах чанарын гол асуудал бол шингээх/десорбцийн уурын урсгалыг хангадаг тээвэрлэлтийн замыг хадгалахын зэрэгцээ түүний дундаж утгыг нэмэгдүүлэх явдал юм.Үүнд хүрэхийн тулд ихэвчлэн хоёр аргыг ашигладаг: нийлмэл дулаан солилцуур ба бүрсэн дулаан солилцуур.Хамгийн алдартай, амжилттай болсон нийлмэл материалууд нь нүүрстөрөгч дээр суурилсан нэмэлтүүд, тухайлбал өргөссөн бал чулуу, идэвхжүүлсэн нүүрс эсвэл нүүрстөрөгчийн утас юм.Оливейра нар.306 Вт/кг хүртэл тусгай хөргөлтийн хүчин чадал (SCP), 0.46 хүртэлх гүйцэтгэлийн коэффициент (COP) бүхий шингээгч үйлдвэрлэхийн тулд кальцийн хлорид агуулсан 2 шингээсэн өргөссөн бал чулууны нунтаг.Zajaczkowski нар.3 нийт 15 Вт/мК цахилгаан дамжуулах чадвартай өргөтгөсөн бал чулуу, нүүрстөрөгчийн эслэг, кальцийн хлоридын хослолыг санал болгосон.Jian et al4 хоёр үе шаттай шингээлтийн хөргөлтийн мөчлөгт субстрат болгон өргөжүүлсэн байгалийн бал чулууг (ENG-TSA) боловсруулсан хүхрийн хүчил бүхий нийлмэл материалыг туршиж үзсэн.Загвар нь COP-ийг 0.215-аас 0.285 хүртэл, SCP-ийг 161.4-ээс 260.74 Вт/кг хүртэл урьдчилан таамагласан.
Одоогийн байдлаар хамгийн боломжийн шийдэл бол бүрсэн дулаан солилцуур юм.Эдгээр дулаан солилцогчийг бүрэх механизмыг хоёр төрөлд хувааж болно: шууд синтез ба цавуу.Хамгийн амжилттай арга бол шууд синтез бөгөөд зохих урвалжаас дулаан солилцооны гадаргуу дээр шууд шингээх материалыг үүсгэдэг.Sotech5 нь Fahrenheit GmbH-ийн үйлдвэрлэсэн хэд хэдэн хөргөгчинд ашиглахын тулд бүрсэн цеолитыг нэгтгэх аргыг патентжуулсан.Schnabel et al6 зэвэрдэггүй ган дээр бүрсэн хоёр цеолитын гүйцэтгэлийг туршиж үзсэн.Гэсэн хэдий ч энэ арга нь зөвхөн тусгай шингээгчтэй ажилладаг тул цавуугаар бүрэх нь сонирхолтой хувилбар болдог.Биндэрүүд нь сорбентын наалдац ба/эсвэл массын шилжилтийг дэмжих зорилгоор сонгогдсон идэвхгүй бодис боловч шингээлт, дамжуулах чанарыг сайжруулахад ямар ч үүрэг гүйцэтгэдэггүй.Freni нар.AQSOA-Z02 цеолит бүхий 7 бүрээстэй хөнгөн цагаан дулаан солилцуур нь шаварт суурилсан холбогчоор тогтворжсон.Calabrese нар 8 полимер холбогчоор цеолит бүрээс бэлтгэх талаар судалсан.Ammann нар 9 поливинил спиртийн соронзон хольцоос сүвэрхэг цеолит бүрээс бэлтгэх аргыг санал болгосон.Хөнгөн цагааны исэл (хөнгөн цагаан исэл) нь шингээгчийн 10-р холбогч болгон ашигладаг.Бидний мэдэж байгаагаар целлюлоз ба гидроксиэтил целлюлозыг зөвхөн физик шингээгчтэй хослуулан хэрэглэдэг11,12.Заримдаа цавууг будгийн зориулалтаар ашигладаггүй, харин 13-р бүтцийг бие даан барихад ашигладаг.Алгинатын полимер матрицыг олон давсны гидраттай хослуулснаар хатаах явцад гоожихоос сэргийлж, хангалттай хэмжээний масс дамжуулалтыг хангадаг уян хатан нийлмэл ирмэгийн бүтцийг бий болгодог.Бентонит, аттапульгит зэрэг шаврыг нийлмэл материал бэлтгэхэд холбогч болгон ашигласан байдаг15,16,17.Этилцеллюлозыг кальцийн хлорид18 эсвэл натрийн сульфидыг19 микрокапсулжуулахад ашигласан.
Сүвэрхэг металл бүтэцтэй нийлмэл материалыг нэмэлт дулаан солилцогч ба бүрсэн дулаан солилцогч гэж хувааж болно.Эдгээр бүтцийн давуу тал нь өндөр өвөрмөц гадаргуугийн талбай юм.Үүний үр дүнд шингээгч ба металлын хооронд инертийн масс нэмэлгүйгээр илүү том контакт гадаргуу үүсдэг бөгөөд энэ нь хөргөлтийн мөчлөгийн нийт үр ашгийг бууруулдаг.Ланг нар.20 нь хөнгөн цагаан зөгийн сархинаг бүтэцтэй цеолит шингээгчийн ерөнхий дамжуулалтыг сайжруулсан.Gillerminot et al.21 нь зэс, никель хөөсөөр NaX цеолитын давхаргын дулаан дамжуулалтыг сайжруулсан.Хэдийгээр нийлмэл материалыг фазын өөрчлөлтийн материал (PCM) болгон ашигладаг боловч Ли нар.22 болон Жао нар.23 нь химисорбцийн хувьд бас сонирхолтой байдаг.Тэд өргөссөн бал чулуу болон металл хөөсний гүйцэтгэлийг харьцуулж үзээд зэврэлтээс ангид байх тохиолдолд л сүүлчийнх нь илүү тохиромжтой гэж дүгнэжээ.Паломба нар.бусад металл сүвэрхэг бүтцийг саяхан харьцуулсан байна24.Ван дер Пал нар.хөөсөнцөрт шингэсэн металлын давсыг судалсан 25 .Өмнөх бүх жишээнүүд нь тоосонцор шингээгчийн нягт давхаргатай тохирч байна.Металл сүвэрхэг бүтцийг шингээгчийг бүрэхийн тулд бараг ашигладаггүй бөгөөд энэ нь илүү оновчтой шийдэл юм.Цеолитуудтай холбогдох жишээг Виттштадт нараас олж болно.26 гэхдээ өндөр энергийн нягтралтай ч давсны гидратыг холбох оролдлого хийгдээгүй байна 27 .
Иймд шингээгч бүрээс бэлтгэх гурван аргыг энэ нийтлэлд авч үзэх болно: (1) холбогч бүрэх, (2) шууд урвал, (3) гадаргуугийн боловсруулалт.Гидроксиэтилцеллюлоз нь урьд өмнө мэдэгдэж байсан тогтвортой байдал, физик шингээгчтэй хослуулан бүрхүүл сайн наалддаг тул энэ ажилд сонгосон холбогч байсан.Энэ аргыг эхлээд хавтгай бүрхүүлд зориулж судалж, дараа нь металл шилэн бүтцэд ашигласан.Өмнө нь шингээгч бүрээс үүсэх химийн урвалын боломжийн урьдчилсан дүн шинжилгээг мэдээлсэн.Өмнөх туршлагыг одоо металл шилэн бүтцийг бүрэх ажилд шилжүүлж байна.Энэ ажилд сонгосон гадаргуугийн боловсруулалт нь хөнгөн цагааны аноджуулалт дээр суурилсан арга юм.Хөнгөн цагааны аноджуулалтыг гоо зүйн зорилгоор металлын давстай амжилттай хослуулсан29.Эдгээр тохиолдолд маш тогтвортой, зэврэлтэнд тэсвэртэй бүрээсийг авах боломжтой.Гэсэн хэдий ч тэдгээр нь шингээх эсвэл шингээх процессыг хийж чадахгүй.Энэхүү баримт бичиг нь анхны процессын наалдамхай шинж чанарыг ашиглан массыг зөөх боломжийг олгодог энэхүү аргын хувилбарыг танилцуулж байна.Бидний мэдэж байгаагаар энд дурдсан аргуудын аль нь ч өмнө нь судлагдаагүй байна.Эдгээр нь маш сонирхолтой шинэ технологийг төлөөлдөг, учир нь тэдгээр нь чийгшүүлсэн шингээгч бүрхүүл үүсгэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь байнга судлагдсан физик шингээгчээс хэд хэдэн давуу талтай байдаг.
Эдгээр туршилтын субстрат болгон ашигласан тамгатай хөнгөн цагаан хавтанг Чех улсын ALINVEST Břidličná компани нийлүүлсэн.Тэд 98.11% хөнгөн цагаан, 1.3622% төмөр, 0.3618% манган, зэс, магни, цахиур, титан, цайр, хром, никель зэрэг ул мөрийг агуулдаг.
Нийлмэл материалыг үйлдвэрлэхэд сонгосон материалыг термодинамик шинж чанар, тухайлбал 120 ° C-аас доош температурт шингээх/десорб хийх усны хэмжээнээс хамааран сонгоно.
Магнийн сульфат (MgSO4) нь хамгийн сонирхолтой, судлагдсан усжуулсан давсуудын нэг юм30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Термодинамик шинж чанаруудыг системтэйгээр хэмжиж, шингээх хөргөлт, дулааны насос, эрчим хүч хадгалах салбарт хэрэглэхэд тохиромжтой болохыг тогтоосон.Хуурай магнийн сульфат CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Герман) ашигласан.
Кальцийн хлорид (CaCl2) (H319) нь өөр нэг сайн судлагдсан давс юм, учир нь түүний гидрат нь сонирхолтой термодинамик шинж чанартай байдаг41,42,43,44.Кальцийн хлорид гексагидрат CAS-No.7774-34-7 97% ашигласан (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Герман).
Цайрын сульфат (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) ба түүний гидратууд нь бага температурт шингээх процесст тохиромжтой термодинамик шинж чанартай байдаг45,46.Цайрын сульфат гептагидрат CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Герман) ашигласан.
Стронцийн хлорид (SrCl2) (H318) нь бас сонирхолтой термодинамик шинж чанартай байдаг.Синтезд стронцийн хлорид гексагидрат CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Сигма Олдрич, Сент Луис, Миссури, АНУ) ашигласан.
Зэсийн сульфат (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) нь мэргэжлийн ном зохиолд байнга олддог гидратуудын тоонд ордоггүй боловч түүний термодинамик шинж чанар нь бага температурт хэрэглэхэд сонирхолтой байдаг48,49.Зэсийн сульфатыг CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) нийлэгжүүлэхэд ашигласан.
Магнийн хлорид (MgCl2) нь сүүлийн үед дулааны энергийн хуримтлалын салбарт ихээхэн анхаарал хандуулж байгаа усжуулсан давсуудын нэг юм50,51.Туршилтанд CAS-Nr.7791-18-6 цэвэр эмийн зэрэглэлийн магнийн хлоридын гексагидратыг (Applichem GmbH, Дармштадт, Герман) ашигласан.
Дээр дурдсанчлан гидроксиэтил целлюлозыг ижил төстэй хэрэглээнд эерэг үр дүнд хүрсэн тул сонгосон.Бидний синтез хийхэд ашигласан материал бол гидроксиэтил целлюлоз CAS-Nr 9004-62-0 (Сигма Олдрих, Сент Луис, MO, АНУ).
Металл утаснууд нь шахалт болон агломерын аргаар холбосон богино утсаар хийгдсэн бөгөөд энэ процессыг тигель хайлмал олборлолт (CME)52 гэж нэрлэдэг.Энэ нь тэдгээрийн дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь үйлдвэрлэхэд ашигласан металлын задгай дамжуулалт, эцсийн бүтцийн сүвэрхэг чанараас гадна утаснуудын хоорондох холбоосын чанараас хамаарна гэсэн үг юм.Шилэн утас нь изотроп биш бөгөөд үйлдвэрлэлийн явцад тодорхой чиглэлд тархах хандлагатай байдаг бөгөөд энэ нь хөндлөн чиглэлд дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийг хамаагүй бага болгодог.
Ус шингээх шинж чанарыг вакуум багцад (Netzsch TG 209 F1 Libra) нэгэн зэрэг термогравиметрийн шинжилгээ (TGA)/дифференциал термогравиметрийн шинжилгээ (DTG) ашиглан судалсан.Хэмжилтийг азотын урсдаг агаар мандалд 10 мл/мин урсгалын хурдтай, 25-150 хэмийн температурын хэлбэлзэлтэй хөнгөн цагаан ислийн тигелд хийсэн.Халаалтын хурд нь 1 ° C / мин, дээжийн жин 10-20 мг хооронд хэлбэлзэж, нягтрал нь 0.1 мкг байв.Энэ ажилд нэгж гадаргуу дээрх массын зөрүү нь ихээхэн эргэлзээтэй байгааг тэмдэглэх нь зүйтэй.TGA-DTG-д ашигласан дээжүүд нь маш жижиг бөгөөд жигд бус зүсэгдсэн байдаг нь тэдний талбайн тодорхойлолтыг буруу болгодог.Эдгээр утгыг зөвхөн том хазайлтыг харгалзан үзвэл илүү том талбайд экстраполяци хийх боломжтой.
Сунгарсан нийт тусгал Фурье хувиргах хэт улаан туяаны спектрийг Bruker Vertex 80 v FTIR спектрометр (Bruker Optik GmbH, Лейпциг, Герман) дээр ATR платинум дагалдах хэрэгсэл (Bruker Optik GmbH, Герман) ашиглан авсан.Туршилтын хэмжилтийн дэвсгэр болгон дээжийг ашиглахын өмнө цэвэр хуурай алмазын талстуудын спектрийг вакуум орчинд шууд хэмжсэн.Дээжийг вакуум орчинд 2 см-1-ийн спектрийн нарийвчлал, дунджаар 32 сканнердсан тоогоор хэмжсэн. Долгионы тоо 8000-аас 500 см-1 хүртэл байна.Спектрийн шинжилгээг OPUS программ ашиглан хийсэн.
SEM шинжилгээг Zeiss компанийн DSM 982 Gemini ашиглан 2 ба 5 кВ хурдасгах хүчдэлд хийсэн.Эрчим хүчний тархалттай рентген спектроскопи (EDX) нь Peltier хөргөлттэй цахиурын шилжилт мэдрэгч (SSD) бүхий Thermo Fischer System 7 ашиглан хийгдсэн.
Металл хавтанг бэлтгэх ажлыг 53-т заасантай төстэй журмын дагуу гүйцэтгэсэн. Эхлээд хавтанг 50% хүхрийн хүчилд дүрнэ.15 минут.Дараа нь тэдгээрийг 10 секундын турш 1 М натрийн гидроксидын уусмалд оруулав.Дараа нь дээжийг их хэмжээний нэрмэл усаар угааж, дараа нь нэрмэл усанд 30 минутын турш дэвтээнэ.Урьдчилсан гадаргуугийн боловсруулалтын дараа дээжийг 3% -ийн ханасан уусмалд дүрнэ.HEC ба зорилтот давс.Эцэст нь тэдгээрийг гаргаж аваад 60 градусын температурт хатаана.
Аноджуулах арга нь идэвхгүй металл дээрх байгалийн ислийн давхаргыг сайжруулж, бэхжүүлдэг.Хөнгөн цагаан хавтанг хүхрийн хүчлээр хатууруулж, дараа нь халуун усаар битүүмжилсэн.Аноджуулах ажлыг 1 моль/л NaOH (600 сек)-ээр эхний сийлбэр хийж, дараа нь 1 моль/л HNO3 (60 сек) -д саармагжуулсан.Электролитийн уусмал нь 2,3 М H2SO4, 0,01 М Al2(SO4)3, 1 М MgSO4 + 7H2O-ийн холимог юм.Аноджуулалтыг (40 ± 1) ° C, 30 мА / см2 температурт 1200 секундын турш гүйцэтгэсэн.Битүүмжлэх процессыг материалд (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) тайлбарласны дагуу янз бүрийн давсны уусмалд хийсэн.Дээжийг 1800 секундын турш буцалгана.
Нийлмэл материал үйлдвэрлэх гурван өөр аргыг судалсан: наалдамхай бүрээс, шууд урвал, гадаргуугийн боловсруулалт.Сургалтын арга тус бүрийн давуу болон сул талуудыг системтэйгээр задлан шинжилж, хэлэлцдэг.Үр дүнг үнэлэхийн тулд шууд ажиглалт, нано дүрслэл, химийн/элементийн шинжилгээг ашигласан.
Аноджуулалтыг давсны гидратуудын наалдацыг нэмэгдүүлэхийн тулд хувиргах гадаргууг боловсруулах арга болгон сонгосон.Энэхүү гадаргуугийн боловсруулалт нь хөнгөн цагааны гадаргуу дээр шууд хөнгөн цагааны исэл (хөнгөн цагаан) сүвэрхэг бүтцийг бий болгодог.Уламжлал ёсоор энэ арга нь хоёр үе шатаас бүрдэнэ: эхний үе шатанд хөнгөн цагаан ислийн сүвэрхэг бүтцийг бий болгож, хоёр дахь шатанд нүхийг хаадаг хөнгөн цагаан гидроксидын бүрээсийг бий болгодог.Дараахь нь хийн фаз руу нэвтрэхийг хориглохгүйгээр давсыг хаах хоёр арга юм.Эхнийх нь шингээгч талстыг барьж, металл гадаргууд наалдацыг нэмэгдүүлэхийн тулд эхний шатанд олж авсан жижиг хөнгөн цагаан исэл (Al2O3) хоолойг ашиглан зөгийн сархинагаас бүрддэг.Үүссэн зөгийн сархинагууд нь ойролцоогоор 50 нм диаметртэй, 200 нм урттай (Зураг 1а).Өмнө дурьдсанчлан, эдгээр хөндийгүүд нь ихэвчлэн хөнгөн цагаан хоолойн буцалгах процессоор дэмжигдсэн Al2O(OH)2-ийн нимгэн давхаргаар хоёр дахь шатанд хаагддаг.Хоёрдахь аргын хувьд энэ битүүмжлэх процессыг давсны талстууд нь жигд бүрхүүлийн давхаргад (Al2O(OH)) баригдах байдлаар өөрчлөгддөг бөгөөд энэ тохиолдолд битүүмжлэхэд ашигладаггүй.Хоёрдахь шатыг холбогдох давсны ханасан уусмалд хийнэ.Тайлбарласан хэв маяг нь 50-100 нм-ийн хэмжээтэй бөгөөд цацруулсан дусал шиг харагддаг (Зураг 1b).Битүүмжлэх үйл явцын үр дүнд олж авсан гадаргуу нь холбоо барих талбай ихэссэн орон зайн бүтэцтэй байдаг.Энэхүү гадаргуугийн хэв маяг нь тэдгээрийн олон тооны холболтын тохиргооны хамт давсны талстыг зөөх, барихад тохиромжтой.Тайлбарласан хоёр бүтэц нь үнэхээр сүвэрхэг бөгөөд жижиг хөндийтэй бөгөөд шингээгчийг ажиллуулах явцад давсны гидратыг хадгалах, уурыг давсанд шингээхэд тохиромжтой юм шиг харагдаж байна.Гэсэн хэдий ч EDX ашиглан эдгээр гадаргуугийн элементийн шинжилгээ нь хөнгөн цагааны гадаргуу дээр илрээгүй магни, хүхрийн ул мөрийн хэмжээг тодорхойлох боломжтой.
Дээжний ATR-FTIR нь элемент нь магнийн сульфат болохыг баталсан (Зураг 2b-г үз).Спектр нь 610–680 ба 1080–1130 см–1 хэмд сульфатын ионы оргил цэгүүдийг, 1600–1700 см–1 ба 3200–3800 см–1 хэмд торны усны өвөрмөц оргилыг харуулж байна (Зураг 2a, c-ийг үз).).Магнийн ионууд байгаа нь спектрийг бараг өөрчилдөггүй54.
(a) Boehmite бүрсэн MgSO4 хөнгөн цагаан хавтангийн EDX, (б) Boehmite болон MgSO4 бүрхүүлийн ATR-FTIR спектр, (в) цэвэр MgSO4-ийн ATR-FTIR спектр.
Шингээлтийн үр ашгийг хадгалах нь TGA-ээр батлагдсан.Зураг дээр.3b-д ойролцоогоор десорбцийн оргилыг харуулав.60°C.Энэ оргил нь цэвэр давсны TGA-д ажиглагдсан хоёр оргилын температуртай тохирохгүй байна (Зураг 3a).Шингээх-десорбцийн мөчлөгийн давтагдах чадварыг үнэлж, дээжийг чийгтэй агаар мандалд байрлуулсны дараа ижил муруй ажиглагдсан (Зураг 3c).Шингэн алдалтын хоёр дахь үе шатанд ажиглагдсан ялгаа нь урсдаг агаар мандалд шингэн алдалтын үр дагавар байж болох бөгөөд энэ нь ихэвчлэн бүрэн бус шингэн алдалтад хүргэдэг.Эдгээр утгууд нь эхний усгүйжүүлэхэд ойролцоогоор 17.9 г/м2, хоёр дахь усгүйжүүлэхэд 10.3 г/м2 хэмжээтэй тохирч байна.
Boehmite болон MgSO4-ийн TGA шинжилгээний харьцуулалт: Цэвэр MgSO4 (a), хольц (b) болон шингэн сэлбэсний дараа (c) TGA шинжилгээ.
Кальцийн хлоридыг шингээгчтэй ижил аргаар хийсэн.Үр дүнг Зураг 4-т үзүүлэв. Гадаргууг нүдээр шалгахад металлын гялбааны бага зэргийн өөрчлөлтүүд илэрсэн.Үслэг нь бараг харагдахгүй байна.SEM нь гадаргуу дээр жигд тархсан жижиг талстууд байгааг баталсан.Гэсэн хэдий ч TGA 150 ° C-аас доош шингэн алдалт илрээгүй.Энэ нь TGA-ээр илрүүлэхийн тулд субстратын нийт масстай харьцуулахад давсны эзлэх хувь хэтэрхий бага байгаатай холбоотой байж болох юм.
Зэсийн сульфатын бүрээсийг аноджуулах аргаар гадаргуугийн боловсруулалтын үр дүнг Зураг дээр үзүүлэв.5. Энэ тохиолдолд Al-оксидын бүтцэд CuSO4-ийн хүлээгдэж буй нэгдэх нь тохиолдоогүй.Үүний оронд ердийн оюу будгаар хэрэглэдэг зэсийн гидроксид Cu(OH)2-д ихэвчлэн ашиглагддаг тул сул зүү ажиглагдаж байна.
Аноджуулсан гадаргуугийн боловсруулалтыг мөн стронцийн хлоридтой хослуулан туршсан.Үр дүн нь тэгш бус хамрах хүрээг харуулсан (Зураг 6а-г үз).Давс бүх гадаргууг бүрхсэн эсэхийг тодорхойлохын тулд EDX шинжилгээг хийсэн.Саарал талбайн цэгийн муруй (Зураг 6б-ийн 1-р цэг) бага зэрэг стронций, их хэмжээний хөнгөн цагааныг харуулж байна.Энэ нь хэмжсэн бүсэд стронцийн агууламж бага байгааг харуулж байгаа бөгөөд энэ нь эргээд стронцийн хлоридын хамрах хүрээ бага байгааг харуулж байна.Үүний эсрэгээр, цагаан хэсгүүд нь стронцийн өндөр агууламжтай, хөнгөн цагааны агууламж багатай байдаг (Зураг 6b-ийн 2-6 цэг).Цагаан талбайн EDX шинжилгээ нь бараан цэгүүдийг (6б-р зурагт 2 ба 4-р цэгүүд), хлорын агууламж бага, хүхрийн агууламж ихтэй байгааг харуулж байна.Энэ нь стронцийн сульфат үүсэхийг илтгэж болно.Илүү тод цэгүүд нь хлорын агууламж өндөр, хүхрийн бага агууламжийг илэрхийлдэг (Зураг 6b-ийн 3, 5, 6-р цэгүүд).Үүнийг цагаан бүрхүүлийн гол хэсэг нь хүлээгдэж буй стронцийн хлоридоос бүрддэгтэй холбон тайлбарлаж болно.Дээжний TGA нь шинжилгээний тайлбарыг цэвэр стронцийн хлоридын шинж чанарын температурт оргил цэгээр баталгаажуулсан (Зураг 6c).Тэдний бага утгыг металл тулгуурын масстай харьцуулахад давсны багахан хэсгийг зөвтгөж болно.Туршилтаар тодорхойлсон десорбцийн масс нь 150 ° C-ийн температурт шингээгчийн нэгж талбайд 7.3 г / м2 хэмжээтэй тохирч байна.
Элоксалаар боловсруулсан цайрын сульфатын бүрээсийг мөн туршиж үзсэн.Макроскопийн хувьд бүрхүүл нь маш нимгэн, жигд давхарга юм (Зураг 7а).Гэсэн хэдий ч SEM нь хоосон хэсгүүдээр тусгаарлагдсан жижиг талстуудаар бүрхэгдсэн гадаргуугийн талбайг илрүүлсэн (Зураг 7б).Бүрхүүл ба субстратын TGA-ийг цэвэр давстай харьцуулсан (Зураг 7c).Цэвэр давс нь 59.1 хэмд нэг тэгш бус оргилтой байдаг.Бүрсэн хөнгөн цагаан нь 55.5 ° C ба 61.3 ° C температурт хоёр жижиг оргилыг харуулсан нь цайрын сульфатын гидрат байгааг харуулж байна.Туршилтанд илэрсэн массын зөрүү нь 150 ° C-ийн шингэн алдалтын температурт 10.9 г / м2 хэмжээтэй тохирч байна.
Өмнөх хэрэглээний53 нэгэн адил гидроксиэтил целлюлозыг сорбент бүрхүүлийн наалдамхай, тогтвортой байдлыг сайжруулахын тулд холбогч болгон ашигласан.Материалын нийцтэй байдал ба шингээлтийн гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөг TGA-аар үнэлэв.Шинжилгээ нь нийт масстай холбоотой, өөрөөр хэлбэл дээж нь бүрэх субстрат болгон ашигладаг металл хавтанг агуулдаг.Наалдамхай чанарыг ISO2409 стандартад тодорхойлсон хөндлөн ховилын туршилтад үндэслэсэн туршилтаар шалгадаг (зураг, өргөнөөс хамааран ховилын тусгаарлах үзүүлэлтийг хангаж чадахгүй).
Хавтанг кальцийн хлоридоор (CaCl2) бүрсэнээр (8а-р зургийг үз) жигд бус хуваарилалт үүссэн бөгөөд энэ нь хөндлөн ховилын туршилтанд ашигласан цэвэр хөнгөн цагаан бүрхүүлд ажиглагдаагүй.Цэвэр CaCl2-ийн үр дүнтэй харьцуулахад TGA (Зураг 8б) нь 40 ба 20 ° C-аас бага температурт шилжсэн хоёр шинж чанарын оргилыг харуулж байна.Цэвэр CaCl2 дээж (Зураг 8в-ийн баруун талд байгаа дээж) нь нунтаг тунадас бөгөөд хамгийн дээд хэсгүүдийг арилгадаг тул хөндлөн огтлолын туршилт нь бодитой харьцуулах боломжийг олгодоггүй.HEC-ийн үр дүнгээс харахад хангалттай наалдсан, маш нимгэн, жигд бүрээстэй байна.Массын зөрүүг зурагт үзүүлэв.8b нь 150 ° C-ийн температурт шингээгчийн нэгж талбайд 51.3 г / м2 байна.
Мөн магнийн сульфат (MgSO4)-ийн наалдац, жигд байдлын хувьд эерэг үр дүн гарсан (9-р зургийг үз).Бүрхүүлийн десорбцийн процессын дүн шинжилгээ нь ойролцоогоор нэг оргил байгааг харуулж байна.60°C.Энэ температур нь цэвэр давсны усгүйжүүлэлтийн үндсэн десорбцийн үе шаттай тохирч, 44 ° C-ийн өөр нэг үе шатыг төлөөлдөг.Энэ нь гексагидратаас пентахидрат руу шилжихтэй тохирч байгаа бөгөөд холбогч бодисоор бүрсэн тохиолдолд ажиглагддаггүй.Хөндлөн огтлолын туршилтууд нь цэвэр давс ашиглан хийсэн бүрээстэй харьцуулахад тархалт, наалдац сайжирсан болохыг харуулж байна.TGA-DTC-д ажиглагдсан массын зөрүү нь 150 ° C-ийн температурт шингээгчийн нэгж талбайд 18.4 г / м2 байна.
Гадаргуугийн жигд бус байдлаас шалтгаалан стронцийн хлорид (SrCl2) нь сэрвээ дээр жигд бус бүрээстэй байдаг (Зураг 10a).Гэсэн хэдий ч хөндлөн ховилын туршилтын үр дүнд наалдац мэдэгдэхүйц сайжирсан жигд тархалтыг харуулсан (Зураг 10c).TGA шинжилгээ нь жингийн маш бага ялгааг харуулсан бөгөөд энэ нь метал субстраттай харьцуулахад давсны агууламж багатай холбоотой байх ёстой.Гэсэн хэдий ч муруй дээрх алхмууд нь усгүйжүүлэлтийн процесс байгааг харуулж байгаа боловч оргил үе нь цэвэр давсыг тодорхойлох үед олж авсан температуртай холбоотой байдаг.110 ° C ба 70.2 ° C-ийн оргилууд Зураг дээр ажиглагдсан.Мөн цэвэр давсыг шинжлэхэд 10b илэрсэн.Гэсэн хэдий ч 50 0С-ийн цэвэр давсанд ажиглагдсан усгүйжүүлэлтийн үндсэн үе шат нь холбогчийг ашиглан муруйд тусгаагүй.Үүний эсрэгээр, холбогч хольц нь цэвэр давсны хувьд хэмжигдээгүй 20.2 ° C ба 94.1 ° C-т хоёр оргилыг харуулсан (Зураг 10б).150 ° C-ийн температурт ажиглагдсан массын зөрүү нь шингээгчийн нэгж талбайд 7.2 г / м2 байна.
HEC ба цайрын сульфат (ZnSO4)-ийн хослол нь хүлээн зөвшөөрөгдөх үр дүнг өгөөгүй (Зураг 11).Бүрсэн металлын TGA шинжилгээнд шингэн алдалтын процесс илрээгүй.Хэдийгээр бүрхүүлийн тархалт, наалдац сайжирсан ч түүний шинж чанар нь оновчтой биш хэвээр байна.
Металл утаснуудыг нимгэн, жигд давхаргаар бүрэх хамгийн энгийн арга бол нойтон нэвчилт (Зураг 12а) бөгөөд үүнд зорилтот давс бэлтгэх, металл утаснуудыг усан уусмалаар нэвчүүлэх зэрэг орно.
Нойтон нэвчилтэнд бэлтгэхдээ хоёр үндсэн асуудал тулгардаг.Нэг талаас, давсны уусмалын гадаргуугийн хурцадмал байдал нь шингэнийг сүвэрхэг бүтцэд зөв оруулахаас сэргийлдэг.Гадна гадаргуу дээрх талсжилт (Зураг 12d) болон бүтэц дотор хуримтлагдсан агаарын бөмбөлөгүүд (Зураг 12в) зөвхөн гадаргуугийн хурцадмал байдлыг бууруулж, дээжийг нэрмэл усаар урьдчилан норгох замаар л багасгаж болно.Дотор агаарыг нүүлгэн шилжүүлэх эсвэл бүтцэд уусмалын урсгалыг бий болгох замаар дээжинд албадан уусгах нь бүтцийг бүрэн дүүргэх үр дүнтэй арга юм.
Бэлтгэх явцад тулгарсан хоёр дахь асуудал бол давсны хэсгээс хальсыг зайлуулах явдал байв (12б-р зургийг үз).Энэ үзэгдэл нь уусалтын гадаргуу дээр хуурай бүрхүүл үүсэх замаар тодорхойлогддог бөгөөд энэ нь конвективээр өдөөгдсөн хаталтыг зогсоож, тархалтыг өдөөдөг процессыг эхлүүлдэг.Хоёр дахь механизм нь эхнийхээс хамаагүй удаан байдаг.Үүний үр дүнд хатаах боломжийн хугацаанд өндөр температур шаардагддаг бөгөөд энэ нь дээж дотор бөмбөлөг үүсэх эрсдлийг нэмэгдүүлдэг.Энэ асуудлыг концентрацийн өөрчлөлт (ууршилт) дээр биш, харин температурын өөрчлөлт дээр (13-р зурагт MgSO4-ийн жишээн дээр) үндэслэсэн талсжих өөр аргыг нэвтрүүлэх замаар шийддэг.
MgSO4 ашиглан хатуу ба шингэн фазыг хөргөх, салгах үеийн талстжих процессын бүдүүвч зураглал.
Энэ аргыг ашиглан ханасан давсны уусмалыг өрөөний температурт (HT) эсвэл түүнээс дээш температурт бэлтгэж болно.Эхний тохиолдолд тасалгааны температураас доош температурыг бууруулах замаар талсжилтыг албаддаг.Хоёр дахь тохиолдолд дээжийг тасалгааны температурт (RT) хөргөх үед талстжилт үүссэн.Үүний үр дүнд талстууд (B) ба ууссан (A) холилдсон бөгөөд шингэн хэсгийг шахсан агаараар зайлуулдаг.Энэ арга нь эдгээр гидратууд дээр хальс үүсгэхээс зайлсхийх төдийгүй бусад нийлмэл материалыг бэлтгэхэд шаардагдах хугацааг багасгадаг.Гэсэн хэдий ч шахсан агаараар шингэнийг зайлуулах нь давсны нэмэлт талсжилтад хүргэдэг бөгөөд ингэснээр зузаан бүрэх болно.
Металл гадаргууг бүрэх өөр нэг арга бол химийн урвалаар зорилтот давсыг шууд үйлдвэрлэх явдал юм.Сэрвээ ба хоолойн металл гадаргуу дээрх хүчлийн урвалаар бүрсэн дулаан солилцуур нь бидний өмнөх судалгаанд дурдсанчлан олон давуу талтай байдаг.Энэ аргыг утаснуудад хэрэглэснээр урвалын явцад хий үүсдэг тул маш муу үр дүнд хүргэсэн.Устөрөгчийн хийн бөмбөлгүүдийн даралт нь датчик дотор хуримтлагдаж, бүтээгдэхүүнийг гадагшлуулах үед шилждэг (Зураг 14a).
Бүрээсний зузаан, тархалтыг илүү сайн хянахын тулд химийн урвалын тусламжтайгаар бүрээсийг өөрчилсөн.Энэ арга нь дээжээр хүчиллэг манангийн урсгалыг нэвтрүүлэх явдал юм (Зураг 14б).Үүний үр дүнд субстратын металлтай урвалд орж жигд бүрэх болно.Үр дүн нь сэтгэл ханамжтай байсан ч үйл явц нь үр дүнтэй арга гэж үзэхэд хэтэрхий удаан байсан (Зураг 14в).Орон нутгийн халаалтаар урвалын хугацааг богиносгож болно.
Дээрх аргуудын сул талыг арилгахын тулд наалдамхай бодисыг ашиглахад үндэслэсэн бүрэх аргыг судалсан.Өмнөх хэсэгт танилцуулсан үр дүнд үндэслэн ЭЕШ-ыг сонгосон.Бүх дээжийг жингийн 3% -иар бэлтгэсэн.Биндэр нь давстай холилдоно.Ширхэгүүдийг хавиргатай адил журмын дагуу урьдчилан боловсруулсан, өөрөөр хэлбэл 50% -ийн эзлэхүүнээр дэвтээсэн.15 минутын дотор.хүхрийн хүчил, дараа нь 20 секундын турш натрийн гидроксид дэвтээж, нэрмэл усаар угааж, эцэст нь нэрмэл усанд 30 минутын турш дэвтээнэ.Энэ тохиолдолд нэвчилт хийхээс өмнө нэмэлт алхамыг нэмсэн.Дээжийг шингэрүүлсэн зорилтот давсны уусмалд богино хугацаанд дүрж, ойролцоогоор 60 ° C-т хатаана.Уг процесс нь металлын гадаргууг өөрчлөх зорилготой бөгөөд эцсийн шатанд бүрхүүлийн тархалтыг сайжруулдаг бөөмийн цэгүүдийг бий болгодог.Шилэн бүтэц нь утаснууд нь нимгэн, нягт савласан нэг талтай, утаснууд нь зузаан, тархалт багатай эсрэг талтай байдаг.Энэ нь 52 үйлдвэрлэлийн процессын үр дүн юм.
Кальцийн хлоридын (CaCl2) үр дүнг нэгтгэн 1-р хүснэгтэд зургаар үзүүлэв. Тарилгын дараа сайн бүрхэгдсэн.Гадаргуу дээр харагдахуйц талстгүй тэдгээр судал хүртэл металлын тусгалыг багасгасан нь өнгөлгөө өөрчлөгдсөнийг илтгэнэ.Гэсэн хэдий ч дээжийг CaCl2 ба HEC-ийн усан хольцоор шингээж, ойролцоогоор 60 ° C-ийн температурт хатаасны дараа бүрээсийг бүтцийн уулзвар дээр төвлөрүүлсэн.Энэ нь уусмалын гадаргуугийн хурцадмал байдлаас үүдэлтэй нөлөө юм.Шингэнийг дэвтээсний дараа гадаргуугийн хурцадмал байдлаас болж дээж дотор үлддэг.Үндсэндээ энэ нь бүтцийн уулзвар дээр тохиолддог.Сорьцын хамгийн сайн тал нь давсаар дүүргэсэн хэд хэдэн нүхтэй байдаг.Бүрхүүлсний дараа жин нь 0.06 г/см3-аар нэмэгдсэн.
Магнийн сульфатаар (MgSO4) бүрэх нь нэгж эзэлхүүн тутамд илүү их давс үүсгэдэг (Хүснэгт 2).Энэ тохиолдолд хэмжсэн өсөлт нь 0.09 г / см3 байна.Тариалангийн үйл явц нь дээжийг өргөнөөр хамрахад хүргэсэн.Бүрэх үйл явцын дараа давс нь дээжийн нимгэн талын том хэсгүүдийг блоклодог.Үүнээс гадна царцсан зарим хэсэг нь бөглөрсөн боловч зарим сүвэрхэг байдал хадгалагдан үлддэг.Энэ тохиолдолд давс үүсэх нь бүтцийн уулзвар дээр амархан ажиглагддаг бөгөөд энэ нь бүрхүүлийн үйл явц нь давс ба металл субстрат хоорондын харилцан үйлчлэлээс бус харин шингэний гадаргуугийн хурцадмал байдлаас шалтгаална гэдгийг баталж байна.
Стронцийн хлорид (SrCl2) ба HEC-ийн хослолын үр дүн нь өмнөх жишээнүүдтэй төстэй шинж чанарыг харуулсан (Хүснэгт 3).Энэ тохиолдолд дээжийн нимгэн тал нь бараг бүрэн хучигдсан байдаг.Дээжнээс уур ялгарсны үр дүнд хатаах явцад үүссэн зөвхөн бие даасан нүхнүүд харагдана.Царцсан тал дээр ажиглагдсан хэв маяг нь өмнөх тохиолдолтой маш төстэй бөгөөд хэсэг нь давсаар бөглөрсөн, утаснууд нь бүрэн хучигдаагүй байна.
Дулаан солилцооны дулааны үзүүлэлтэд утаслаг бүтцийн эерэг нөлөөг үнэлэхийн тулд бүрсэн фиброз бүтцийн үр ашигтай дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийг тодорхойлж, цэвэр бүрэх материалтай харьцуулсан.Дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийг ASTM D 5470-2017 стандартын дагуу Зураг 15а-д үзүүлсэн хавтгай самбар бүхий төхөөрөмж ашиглан дулаан дамжилтын илтгэлцүүр нь мэдэгдэж байгаа жишиг материалыг ашиглан хэмжсэн.Бусад түр зуурын хэмжилтийн аргуудтай харьцуулахад энэ зарчим нь одоогийн судалгаанд ашигласан сүвэрхэг материалын хувьд давуу талтай, учир нь хэмжилтийг тогтвортой байдалд, хангалттай хэмжээний дээжтэй (суурь талбай 30х30 мм2, өндөр нь ойролцоогоор 15 мм) гүйцэтгэдэг.Анизотроп дулаан дамжилтын илтгэлцүүрийн нөлөөллийг үнэлэхийн тулд цэвэр бүрхүүлийн материал (лавлагаа) болон бүрсэн шилэн бүтцийн дээжийг шилэн чиглэлд болон эслэгийн чиглэлд перпендикуляр хэмжихэд бэлтгэсэн.Сорьц бэлтгэхээс шалтгаалсан гадаргуугийн барзгаржилтын нөлөөг багасгахын тулд дээжийг гадаргуу дээр (P320 нунтаг) нунтагласан бөгөөд энэ нь дээж доторх бүтцийг тусгадаггүй.