Grazzi talli żort Nature.com.Il-verżjoni tal-browser li qed tuża għandha appoġġ limitat għal CSS.Għall-aħjar esperjenza, nirrakkomandaw li tuża browser aġġornat (jew tiddiżattiva l-Modalità ta' Kompatibbiltà fl-Internet Explorer).Sadanittant, biex niżguraw appoġġ kontinwu, aħna se nirrendu s-sit mingħajr stili u JavaScript.
Is-sehem tas-suq tas-sistemi ta 'refriġerazzjoni ta' adsorbiment u pompi tas-sħana għadu relattivament żgħir meta mqabbel ma 'sistemi ta' kompressur tradizzjonali.Minkejja l-vantaġġ kbir li tuża sħana rħisa (minflok xogħol elettriku għali), l-implimentazzjoni ta 'sistemi bbażati fuq prinċipji ta' adsorbiment għadha limitata għal ftit applikazzjonijiet speċifiċi.L-iżvantaġġ ewlieni li jeħtieġ li jiġi eliminat huwa t-tnaqqis fil-qawwa speċifika minħabba l-konduttività termali baxxa u l-istabbiltà baxxa tal-assorbent.Sistemi ta 'refriġerazzjoni ta' adsorbiment kummerċjali avvanzati attwali huma bbażati fuq adsorbers ibbażati fuq skambjaturi tas-sħana tal-pjanċa miksija biex jottimizzaw il-kapaċità tat-tkessiħ.Ir-riżultati huma magħrufa sew li t-tnaqqis tal-ħxuna tal-kisi jwassal għal tnaqqis fl-impedenza tat-trasferiment tal-massa, u ż-żieda tal-proporzjon tal-erja tal-wiċċ għall-volum tal-istrutturi konduttivi żżid il-qawwa mingħajr ma tikkomprometti l-effiċjenza.Il-fibri tal-metall użati f'dan ix-xogħol jistgħu jipprovdu erja tal-wiċċ speċifika fil-medda ta '2500-50,000 m2/m3.Tliet metodi biex jinkisbu kisjiet irqaq ħafna iżda stabbli ta 'idrati tal-melħ fuq uċuħ tal-metall, inklużi fibri tal-metall, għall-produzzjoni ta' kisjiet juru għall-ewwel darba skambjatur tas-sħana ta 'densità ta' qawwa għolja.It-trattament tal-wiċċ ibbażat fuq l-anodizzar tal-aluminju jintgħażel biex joħloq rabta aktar b'saħħitha bejn il-kisi u s-sottostrat.Il-mikrostruttura tal-wiċċ li jirriżulta ġiet analizzata bl-użu ta 'mikroskopija elettronika tal-iskannjar.Riflessjoni totali mnaqqsa Spettroskopija infra-aħmar tat-trasformata Fourier u spettroskopija tar-raġġi X li jxerrdu l-enerġija ntużaw biex jiċċekkjaw il-preżenza tal-ispeċi mixtieqa fl-assaġġ.Il-kapaċità tagħhom li jiffurmaw idrati ġiet ikkonfermata minn analiżi termogravimetrika magħquda (TGA)/analiżi termogravimetrika differenzjali (DTG).Kwalità fqira fuq 0.07 g (ilma)/g (kompost) instabet fil-kisja MgSO4, li turi sinjali ta 'deidrazzjoni f'madwar 60 °C u riproduċibbli wara r-riidratazzjoni.Riżultati pożittivi nkisbu wkoll b'SrCl2 u ZnSO4 b'differenza tal-massa ta 'madwar 0.02 g/g taħt 100 °C.Hydroxyethylcellulose ntgħażlet bħala addittiv biex tiżdied l-istabbiltà u l-adeżjoni tal-kisi.Il-proprjetajiet adsorbenti tal-prodotti ġew evalwati b'TGA-DTG simultanju u l-adeżjoni tagħhom kienet ikkaratterizzata minn metodu bbażat fuq it-testijiet deskritti fl-ISO2409.Il-konsistenza u l-adeżjoni tal-kisja CaCl2 titjieb b'mod sinifikanti filwaqt li tinżamm il-kapaċità ta 'assorbiment tagħha b'differenza fil-piż ta' madwar 0.1 g/g f'temperaturi taħt il-100 °C.Barra minn hekk, MgSO4 iżomm il-kapaċità li jifforma idrati, li juri differenza tal-massa ta 'aktar minn 0.04 g/g f'temperaturi taħt il-100 °C.Fl-aħħarnett, fibri tal-metall miksija huma eżaminati.Ir-riżultati juru li l-konduttività termali effettiva tal-istruttura tal-fibra miksija b'Al2(SO4)3 tista 'tkun 4.7 darbiet ogħla meta mqabbla mal-volum ta' Al2(SO4)3 pur.Il-kisi tal-kisi studjat ġie eżaminat viżwalment, u l-istruttura interna ġiet evalwata bl-użu ta 'immaġni mikroskopika tas-sezzjonijiet trasversali.Inkisbet kisja ta' Al2(SO4)3 bi ħxuna ta' madwar 50 µm, iżda l-proċess ġenerali għandu jiġi ottimizzat biex tinkiseb distribuzzjoni aktar uniformi.
Is-sistemi ta 'assorbiment kisbu ħafna attenzjoni matul l-aħħar deċennji peress li jipprovdu alternattiva favur l-ambjent għal pompi tas-sħana ta' kompressjoni tradizzjonali jew sistemi ta 'refriġerazzjoni.Bi standards ta 'kumdità li qed jogħlew u temperaturi medji globali, is-sistemi ta' adsorbiment jistgħu jnaqqsu d-dipendenza fuq il-fjuwils fossili fil-futur qarib.Barra minn hekk, kwalunkwe titjib fir-refriġerazzjoni ta 'l-adsorbiment jew il-pompi tas-sħana jista' jiġi trasferit għall-ħażna ta 'enerġija termali, li tirrappreżenta żieda addizzjonali fil-potenzjal għal użu effiċjenti ta' enerġija primarja.Il-vantaġġ ewlieni ta 'pompi tas-sħana ta' adsorbiment u sistemi ta 'refriġerazzjoni huwa li jistgħu joperaw b'massa ta' sħana baxxa.Dan jagħmilhom adattati għal sorsi ta 'temperatura baxxa bħall-enerġija solari jew sħana mormija.F'termini ta 'applikazzjonijiet ta' ħażna ta 'enerġija, l-adsorbiment għandu l-vantaġġ ta' densità ta 'enerġija ogħla u inqas dissipazzjoni ta' enerġija meta mqabbla ma 'ħażna ta' sħana sensibbli jew moħbija.
Pompi tas-sħana ta 'assorbiment u sistemi ta' refriġerazzjoni jsegwu l-istess ċiklu termodinamiku bħall-kontropartijiet tagħhom tal-kompressjoni tal-fwar.Id-differenza ewlenija hija s-sostituzzjoni tal-komponenti tal-kompressur b'adsorbers.L-element huwa kapaċi jassorbi fwar refriġerant bi pressjoni baxxa f'temperaturi moderati, jevapora aktar refriġerant anke meta l-likwidu jkun kiesaħ.Huwa meħtieġ li jiġi żgurat it-tkessiħ kostanti tal-adsorber sabiex tiġi eskluża l-entalpija tal-adsorbiment (exotherm).L-adsorber jiġi riġenerat f'temperatura għolja, u jikkawża li l-fwar tar-refriġerant jiddesorbi.It-tisħin għandu jkompli jipprovdi l-entalpija tad-desorbiment (endotermika).Minħabba li l-proċessi ta 'assorbiment huma kkaratterizzati minn bidliet fit-temperatura, densità ta' qawwa għolja teħtieġ konduttività termali għolja.Madankollu, konduttività termali baxxa hija bil-bosta l-iżvantaġġ ewlieni f'ħafna applikazzjonijiet.
Il-problema ewlenija tal-konduttività hija li żżid il-valur medju tagħha filwaqt li żżomm il-mogħdija tat-trasport li tipprovdi l-fluss ta 'fwar ta' adsorbiment/desorbiment.Żewġ approċċi huma komunement użati biex jinkiseb dan: skambjaturi tas-sħana komposti u skambjaturi tas-sħana miksija.Il-materjali komposti l-aktar popolari u ta 'suċċess huma dawk li jużaw addittivi bbażati fuq il-karbonju, jiġifieri grafita estiża, karbonju attivat, jew fibri tal-karbonju.Oliveira et al.2 trab tal-grafita estiża mimli bil-klorur tal-kalċju biex jipproduċi adsorber b'kapaċità speċifika ta 'tkessiħ (SCP) sa 306 W/kg u koeffiċjent ta' prestazzjoni (COP) sa 0.46.Zajaczkowski et al.3 ippropona taħlita ta 'grafita estiża, fibra tal-karbonju u klorur tal-kalċju b'konduttività totali ta' 15 W/mK.Jian et al4 ittestjaw komposti b'grafita naturali estiża ttrattata bl-aċidu sulfuriku (ENG-TSA) bħala sottostrat f'ċiklu ta 'tkessiħ ta' adsorbiment f'żewġ stadji.Il-mudell mbassar COP minn 0.215 għal 0.285 u SCP minn 161.4 għal 260.74 W/kg.
Bil-bosta l-aktar soluzzjoni vijabbli hija l-iskambjatur tas-sħana miksi.Il-mekkaniżmi tal-kisi ta 'dawn l-iskambjaturi tas-sħana jistgħu jinqasmu f'żewġ kategoriji: sintesi diretta u adeżivi.L-aktar metodu ta 'suċċess huwa sinteżi diretta, li tinvolvi l-formazzjoni ta' materjali adsorbenti direttament fuq il-wiċċ ta 'skambjaturi tas-sħana mir-reaġenti xierqa.Sotech5 ipprivattiva metodu għas-sintetizzazzjoni taż-żeolit ​​miksija għall-użu f'serje ta 'coolers manifatturati minn Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 ttestjaw il-prestazzjoni ta 'żewġ zeoliti miksija fuq l-istainless steel.Madankollu, dan il-metodu jaħdem biss b'assorbenti speċifiċi, li jagħmel il-kisi b'adeżivi alternattiva interessanti.Il-legaturi huma sustanzi passivi magħżula biex isostnu l-adeżjoni tas-sorbent u/jew it-trasferiment tal-massa, iżda ma għandhom l-ebda rwol fl-adsorbiment jew it-titjib tal-konduttività.Freni et al.7 skambjaturi tas-sħana tal-aluminju miksi b'zeolite AQSOA-Z02 stabbilizzat b'legatur ibbażat fuq it-tafal.Calabrese et al.8 studjaw il-preparazzjoni ta 'kisi taż-żeolit ​​b'legaturi polimeriċi.Ammann et al.9 ipproponew metodu għall-preparazzjoni ta 'kisi taż-żeolit ​​poruż minn taħlitiet manjetiċi ta' alkoħol polyvinyl.L-alumina (alumina) tintuża wkoll bħala binder 10 fl-adsorber.Sa fejn nafu tagħna, iċ-ċelluloża u l-hydroxyethyl cellulose jintużaw biss flimkien ma 'assorbenti fiżiċi11,12.Kultant il-kolla ma tintużax għaż-żebgħa, iżda tintuża biex tinbena l-istruttura 13 waħedha.Il-kombinazzjoni ta 'matriċi polimeru alġinat ma' idrati multipli tal-melħ tifforma strutturi ta 'żibeġ komposti flessibbli li jipprevjenu t-tnixxija waqt it-tnixxif u jipprovdu trasferiment tal-massa adegwat.Tafal bħal bentonite u attapulgite intuża bħala binders għall-preparazzjoni ta 'komposti15,16,17.Ethylcellulose intużat għall-mikrokapsulazzjoni tal-kalċju chloride18 jew tas-sodium sulfide19.
Komposti bi struttura tal-metall poruża jistgħu jinqasmu fi skambjaturi tas-sħana addittivi u skambjaturi tas-sħana miksija.Il-vantaġġ ta 'dawn l-istrutturi huwa l-erja tal-wiċċ speċifika għolja.Dan jirriżulta f'wiċċ ta 'kuntatt akbar bejn l-assorbent u l-metall mingħajr iż-żieda ta' massa inerta, li tnaqqas l-effiċjenza ġenerali taċ-ċiklu ta 'refriġerazzjoni.Lang et al.20 tejbu l-konduttività ġenerali ta 'adsorber taż-żeolit ​​bi struttura ta' xehda ta 'l-aluminju.Gillerminot et al.21 tejbet il-konduttività termali tas-saffi taż-żeolit ​​NaX bir-ragħwa tar-ram u n-nikil.Għalkemm il-komposti jintużaw bħala materjali ta 'bidla fil-fażi (PCMs), is-sejbiet ta' Li et al.22 u Zhao et al.23 huma wkoll ta' interess għall-kimiassorbiment.Huma qabblu l-prestazzjoni tal-grafita estiża u l-fowm tal-metall u kkonkludew li din tal-aħħar kienet preferibbli biss jekk il-korrużjoni ma kinitx kwistjoni.Palomba et al.reċentement qabblu strutturi porużi metalliċi oħra24.Van der Pal et al.studjaw imluħa tal-metall inkorporati fil-foams 25 .L-eżempji preċedenti kollha jikkorrispondu għal saffi densi ta 'adsorbenti ta' partikuli.Strutturi porużi tal-metall prattikament mhumiex użati biex jiksu l-adsorbers, li hija soluzzjoni aktar ottimali.Eżempju ta 'rbit maż-żeoliti jista' jinstab f'Witstadt et al.26 iżda ma sar l-ebda tentattiv biex jorbot l-idrati tal-melħ minkejja d-densità ogħla tal-enerġija tagħhom 27 .
Għalhekk, tliet metodi għall-preparazzjoni ta 'kisi adsorbenti se jiġu esplorati f'dan l-artikolu: (1) kisi tal-legaturi, (2) reazzjoni diretta, u (3) trattament tal-wiċċ.Hydroxyethylcellulose kien il-binder tal-għażla f'dan ix-xogħol minħabba l-istabbiltà rrappurtata qabel u l-adeżjoni tajba tal-kisi flimkien ma 'assorbenti fiżiċi.Dan il-metodu kien inizjalment investigat għal kisjiet ċatti u aktar tard applikat għal strutturi tal-fibra tal-metall.Preċedentement, ġiet irrappurtata analiżi preliminari tal-possibbiltà ta 'reazzjonijiet kimiċi bil-formazzjoni ta' kisjiet adsorbenti.L-esperjenza preċedenti issa qed tiġi trasferita għall-kisi ta 'strutturi tal-fibra tal-metall.It-trattament tal-wiċċ magħżul għal dan ix-xogħol huwa metodu bbażat fuq anodizzazzjoni tal-aluminju.L-anodizzar tal-aluminju ġie kkombinat b'suċċess ma 'melħ tal-metall għal skopijiet estetiċi29.F'dawn il-każijiet, jistgħu jinkisbu kisjiet stabbli ħafna u reżistenti għall-korrużjoni.Madankollu, ma jistgħux iwettqu l-ebda proċess ta 'adsorbiment jew desorbiment.Dan id-dokument jippreżenta varjant ta 'dan l-approċċ li jippermetti li l-massa tiġi mċaqalqa bl-użu tal-proprjetajiet adeżivi tal-proċess oriġinali.Sa fejn nafu tagħna, l-ebda wieħed mill-metodi deskritti hawn ma ġie studjat qabel.Jirrappreżentaw teknoloġija ġdida interessanti ħafna minħabba li jippermettu l-formazzjoni ta 'kisjiet adsorbenti idratati, li għandhom numru ta' vantaġġi fuq l-assorbenti fiżiċi studjati ta 'spiss.
Il-pjanċi tal-aluminju stampati użati bħala sottostrati għal dawn l-esperimenti ġew ipprovduti minn ALINVEST Břidličná, ir-Repubblika Ċeka.Fihom 98.11% aluminju, 1.3622% ħadid, 0.3618% manganiż u traċċi ta 'ram, manjesju, silikon, titanju, żingu, kromju u nikil.
Il-materjali magħżula għall-manifattura ta 'komposti huma magħżula skond il-proprjetajiet termodinamiċi tagħhom, jiġifieri, skond l-ammont ta' ilma li jistgħu jassorbu/desorbu f'temperaturi taħt il-120 ° C.
Is-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) huwa wieħed mill-imluħa idratati l-aktar interessanti u studjati30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Il-proprjetajiet termodinamiċi ġew imkejla b'mod sistematiku u nstabu li huma adattati għal applikazzjonijiet fl-oqsma tar-refriġerazzjoni ta 'l-adsorbiment, pompi tas-sħana u ħażna ta' enerġija.Intuża sulfat tal-manjeżju niexef CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, il-Ġermanja).
Il-klorur tal-kalċju (CaCl2) (H319) huwa melħ ieħor studjat sew minħabba li l-idrat tiegħu għandu proprjetajiet termodinamiċi interessanti41,42,43,44.Klorur tal-kalċju hexahydrate CAS-Nru.7774-34-7 97% użat (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, il-Ġermanja).
Is-sulfat taż-żingu (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) u l-idrati tiegħu għandhom proprjetajiet termodinamiċi adattati għal proċessi ta 'assorbiment ta' temperatura baxxa45,46.Sulfat taż-żingu heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Ġermanja) intuża.
Strontium chloride (SrCl2) (H318) għandu wkoll proprjetajiet termodinamiċi interessanti4,45,47 għalkemm ħafna drabi huwa kkombinat ma 'ammonja fil-pompa tas-sħana ta' adsorbiment jew riċerka dwar il-ħażna tal-enerġija.Strontium chloride hexahydrate CAS-Nr.10.476-85-4 99.0-102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) intuża għas-sintesi.
Sulfat tar-ram (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) mhuwiex fost l-idrati ta 'spiss misjuba fil-letteratura professjonali, għalkemm il-proprjetajiet termodinamiċi tiegħu huma ta' interess għal applikazzjonijiet ta 'temperatura baxxa48,49.Sulfat tar-ram CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) intuża għas-sintesi.
Il-klorur tal-manjeżju (MgCl2) huwa wieħed mill-imluħa idratati li reċentement irċieva aktar attenzjoni fil-qasam tal-ħażna tal-enerġija termali50,51.Klorur tal-manjeżju hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 grad farmaċewtiku pur (Applichem GmbH., Darmstadt, Ġermanja) intuża għall-esperimenti.
Kif imsemmi hawn fuq, l-hydroxyethyl cellulose ntgħażlet minħabba r-riżultati pożittivi f'applikazzjonijiet simili.Il-materjal użat fis-sintesi tagħna huwa hydroxyethyl cellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Fibri tal-metall huma magħmula minn wajers qosra magħqudin flimkien permezz ta 'kompressjoni u sinterizzazzjoni, proċess magħruf bħala estrazzjoni ta' tidwib tal-griġjol (CME)52.Dan ifisser li l-konduttività termali tagħhom tiddependi mhux biss fuq il-konduttività tal-massa tal-metalli użati fil-manifattura u l-porożità tal-istruttura finali, iżda wkoll fuq il-kwalità tar-rabtiet bejn il-ħjut.Il-fibri mhumiex iżotropiċi u għandhom tendenza li jitqassmu f'ċerta direzzjoni waqt il-produzzjoni, li tagħmel il-konduttività termali fid-direzzjoni trasversali ħafna aktar baxxa.
Il-proprjetajiet ta 'assorbiment ta' ilma ġew investigati bl-użu ta 'analiżi termogravimetrika simultanja (TGA)/analiżi termogravimetrika differenzjali (DTG) f'pakkett vakwu (Netzsch TG 209 F1 Libra).Il-kejl twettqu f'atmosfera ta 'nitroġenu li tgħaddi b'rata ta' fluss ta '10 ml/min u firxa ta' temperatura minn 25 sa 150 ° C fi griġjoli ta 'l-ossidu ta' l-aluminju.Ir-rata tat-tisħin kienet 1 °C/min, il-piż tal-kampjun varja minn 10 sa 20 mg, ir-riżoluzzjoni kienet 0.1 μg.F'dan ix-xogħol, għandu jiġi nnutat li d-differenza tal-massa għal kull unità ta 'wiċċ għandha inċertezza kbira.Il-kampjuni użati f'TGA-DTG huma żgħar ħafna u maqtugħin b'mod irregolari, li jagħmel id-determinazzjoni taż-żona tagħhom mhux preċiża.Dawn il-valuri jistgħu jiġu estrapolati biss għal żona akbar jekk jitqiesu devjazzjonijiet kbar.
Spettri attenwati ta 'riflessjoni totali Fourier transform infrared (ATR-FTIR) ġew akkwistati fuq spettrometru Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Ġermanja) bl-użu ta' aċċessorju tal-platinu ATR (Bruker Optik GmbH, Ġermanja).L-ispettri tal-kristalli puri tad-djamanti niexfa tkejlu direttament fil-vakwu qabel ma jintużaw il-kampjuni bħala sfond għal kejl sperimentali.Il-kampjuni tkejlu fil-vakwu bl-użu ta 'riżoluzzjoni spettrali ta' 2 cm-1 u numru medju ta 'skans ta' 32. Wavenumber jvarja minn 8000 sa 500 cm-1.L-analiżi spettrali saret bl-użu tal-programm OPUS.
Analiżi SEM saret bl-użu ta 'DSM 982 Gemini minn Zeiss f'vultaġġi ta' aċċelerazzjoni ta '2 u 5 kV.Spettroskopija tar-raġġi-X li jxerred l-enerġija (EDX) twettqet bl-użu ta 'Thermo Fischer System 7 b'detector ta' drift tas-silikon (SSD) imkessaħ Peltier.
Il-preparazzjoni ta 'pjanċi tal-metall twettqet skond il-proċedura simili għal dik deskritta f'53. L-ewwel, għaddas il-pjanċa f'50% aċidu sulfuriku.15-il minuta.Imbagħad ġew introdotti f'soluzzjoni ta 'idrossidu tas-sodju 1 M għal madwar 10 sekondi.Imbagħad il-kampjuni ġew maħsula b'ammont kbir ta 'ilma distillat, u mbagħad mxarrba f'ilma distillat għal 30 minuta.Wara t-trattament preliminari tal-wiċċ, il-kampjuni ġew mgħaddsa f'soluzzjoni saturata ta '3%.HEC u melħ fil-mira.Fl-aħħar, oħroġhom u nixxefhom f’60°C.
Il-metodu ta 'anodizzar itejjeb u jsaħħaħ is-saff ta' ossidu naturali fuq il-metall passiv.Il-pannelli tal-aluminju ġew anodizzati b'aċidu sulfuriku fi stat imwebbes u mbagħad issiġillati f'ilma sħun.L-anodizzar segwit minn inċiżjoni inizjali b'1 mol/l NaOH (600 s) segwit minn newtralizzazzjoni f'1 mol/l HNO3 (60 s).Is-soluzzjoni ta 'l-elettrolit hija taħlita ta' 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, u 1 M MgSO4 + 7H2O.L-anodizzar sar f'(40 ± 1) °C, 30 mA/cm2 għal 1200 sekonda.Il-proċess tas-siġillar sar f'diversi soluzzjonijiet tas-salmura kif deskritt fil-materjali (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Il-kampjun huwa mgħolli fih għal 1800 sekonda.
Ġew investigati tliet metodi differenti għall-produzzjoni ta 'komposti: kisi adeżiv, reazzjoni diretta, u trattament tal-wiċċ.Il-vantaġġi u l-iżvantaġġi ta 'kull metodu ta' taħriġ huma analizzati u diskussi b'mod sistematiku.Osservazzjoni diretta, nanoimaging, u analiżi kimika/elementali ntużaw biex jevalwaw ir-riżultati.
L-anodizzazzjoni ntgħażlet bħala metodu ta 'trattament tal-wiċċ ta' konverżjoni biex tiżdied l-adeżjoni tal-idrati tal-melħ.Dan it-trattament tal-wiċċ joħloq struttura poruża ta 'alumina (alumina) direttament fuq il-wiċċ ta' l-aluminju.Tradizzjonalment, dan il-metodu jikkonsisti f'żewġ stadji: l-ewwel stadju joħloq struttura poruża ta 'ossidu tal-aluminju, u t-tieni stadju joħloq kisi ta' idrossidu tal-aluminju li jagħlaq il-pori.Dawn li ġejjin huma żewġ metodi ta 'imblukkar tal-melħ mingħajr ma jimblokka l-aċċess għall-fażi tal-gass.L-ewwel tikkonsisti f'sistema ta 'xehda li tuża tubi żgħar ta' ossidu tal-aluminju (Al2O3) miksuba fl-ewwel pass biex iżżomm il-kristalli assorbenti u żżid l-adeżjoni tagħha mal-uċuħ tal-metall.Ix-xehdiet li jirriżultaw għandhom dijametru ta 'madwar 50 nm u tul ta' 200 nm (Fig. 1a).Kif issemma qabel, dawn il-kavitajiet huma ġeneralment magħluqa fit-tieni pass b'saff irqiq ta 'Al2O(OH)2 boehmite appoġġjat mill-proċess tat-togħlija tat-tubu tal-alumina.Fit-tieni metodu, dan il-proċess ta 'siġillar huwa modifikat b'tali mod li l-kristalli tal-melħ jinqabdu f'saff li jkopri b'mod uniformi ta' boehmite (Al2O(OH)), li ma jintużax għas-siġillar f'dan il-każ.It-tieni stadju jitwettaq f'soluzzjoni saturata tal-melħ korrispondenti.Il-mudelli deskritti għandhom daqsijiet fil-medda ta '50-100 nm u jidhru qishom qtar splashed (Fig. 1b).Il-wiċċ miksub bħala riżultat tal-proċess tas-siġillar għandu struttura spazjali ppronunzjata b'żona ta 'kuntatt miżjuda.Dan il-mudell tal-wiċċ, flimkien mal-ħafna konfigurazzjonijiet ta 'twaħħil tagħhom, huwa ideali biex iġorr u jżommu l-kristalli tal-melħ.Iż-żewġ strutturi deskritti jidhru li huma tassew porużi u għandhom ħofor żgħar li jidhru li huma adattati tajjeb biex iżommu l-idrati tal-melħ u jassorbu fwar għall-melħ waqt it-tħaddim tal-adsorber.Madankollu, analiżi elementali ta 'dawn l-uċuħ bl-użu ta' EDX tista 'tiskopri traċċi ta' manjesju u kubrit fuq il-wiċċ ta 'boehmite, li ma jinstabux fil-każ ta' wiċċ ta 'alumina.
L-ATR-FTIR tal-kampjun ikkonferma li l-element kien sulfat tal-manjeżju (ara l-Figura 2b).L-ispettru juri qċaċet karatteristiċi tal-jone tas-sulfat f'610–680 u 1080–1130 cm–1 u qċaċet karatteristiċi tal-ilma tal-kannizzata f'1600–1700 cm–1 u 3200–3800 cm–1 (ara Fig. 2a, c).).Il-preżenza ta 'jonji tal-manjeżju kważi ma tbiddilx l-ispettru54.
(a) EDX ta 'pjanċa tal-aluminju MgSO4 miksija b'boehmite, (b) spettri ATR-FTIR ta' kisi ta 'boehmite u MgSO4, (c) spettri ATR-FTIR ta' MgSO4 pur.
Iż-żamma tal-effiċjenza tal-adsorbiment ġiet ikkonfermata minn TGA.Fuq il-fig.3b juri quċċata ta 'desorbiment ta' madwar.60°C.Din il-quċċata ma tikkorrispondix għat-temperatura taż-żewġ qċaċet osservati f'TGA ta 'melħ pur (Fig. 3a).Ir-ripetibbiltà taċ-ċiklu ta 'assorbiment-desorbiment ġiet evalwata, u l-istess kurva ġiet osservata wara li tqiegħed il-kampjuni f'atmosfera umda (Fig. 3c).Id-differenzi osservati fit-tieni stadju ta 'desorbiment jistgħu jkunu r-riżultat ta' deidrazzjoni f'atmosfera li tiċċirkola, peress li dan ħafna drabi jwassal għal deidrazzjoni mhux kompluta.Dawn il-valuri jikkorrispondu għal madwar 17.9 g/m2 fl-ewwel dewatering u 10.3 g/m2 fit-tieni dewatering.
Tqabbil tal-analiżi TGA ta 'boehmite u MgSO4: Analiżi TGA ta' MgSO4 pur (a), taħlita (b) u wara riidratazzjoni (c).
L-istess metodu sar bil-klorur tal-kalċju bħala adsorbent.Ir-riżultati huma ppreżentati fil-Figura 4. Spezzjoni viżwali tal-wiċċ żvelat bidliet żgħar fid-dija metallika.Il-pil bilkemm jidher.SEM ikkonferma l-preżenza ta 'kristalli żgħar imqassma b'mod uniformi fuq il-wiċċ.Madankollu, TGA ma wera l-ebda deidrazzjoni taħt il-150 ° C.Dan jista 'jkun minħabba l-fatt li l-proporzjon ta' melħ huwa żgħir wisq meta mqabbel mal-massa totali tas-sottostrat għal skoperta minn TGA.
Ir-riżultati tat-trattament tal-wiċċ tal-kisi tas-sulfat tar-ram bil-metodu ta 'anodizzar huma murija fil-fig.5. F'dan il-każ, l-inkorporazzjoni mistennija ta 'CuSO4 fl-istruttura ta' l-ossidu Al ma seħħitx.Minflok, labar maħlula huma osservati peress li huma komunement użati għall-idrossidu tar-ram Cu(OH)2 użat ma 'żebgħa turkważ tipiċi.
It-trattament tal-wiċċ anodizzat ġie ttestjat ukoll flimkien mal-klorur tal-istronzju.Ir-riżultati wrew kopertura irregolari (ara l-Figura 6a).Biex tiddetermina jekk il-melħ koprietx il-wiċċ kollu, saret analiżi EDX.Il-kurva għal punt fiż-żona griża (punt 1 f'Fig. 6b) turi ftit strontium u ħafna aluminju.Dan jindika kontenut baxx ta 'strontium fiż-żona mkejla, li, imbagħad, jindika kopertura baxxa ta' klorur ta 'strontium.Bil-maqlub, żoni bojod għandhom kontenut għoli ta 'stronzju u kontenut baxx ta' aluminju (punti 2-6 f'Fig. 6b).L-analiżi EDX taż-żona bajda turi tikek aktar skuri (punti 2 u 4 f'Fig. 6b), baxxi fil-klorin u għolja fil-kubrit.Dan jista 'jindika l-formazzjoni ta' sulfat ta 'strontium.Tikek isbaħ jirriflettu kontenut għoli ta 'kloru u kontenut baxx ta' kubrit (punti 3, 5, u 6 f'Fig. 6b).Dan jista 'jiġi spjegat mill-fatt li l-parti prinċipali tal-kisja abjad tikkonsisti mill-klorur tal-istronzju mistenni.It-TGA tal-kampjun ikkonferma l-interpretazzjoni tal-analiżi b'quċċata fit-temperatura karatteristika tal-klorur tal-istronzju pur (Fig. 6c).Il-valur żgħir tagħhom jista 'jiġi ġġustifikat minn frazzjoni żgħira ta' melħ meta mqabbel mal-massa tal-appoġġ tal-metall.Il-massa ta 'desorbiment iddeterminata fl-esperimenti tikkorrispondi għall-ammont ta' 7.3 g/m2 li joħroġ għal kull unità ta 'erja tal-adsorber f'temperatura ta' 150 ° C.
Ġew ittestjati wkoll kisjiet tas-sulfat taż-żingu trattati b'eloxal.Makroskopikament, il-kisja hija saff irqiq ħafna u uniformi (Fig. 7a).Madankollu, SEM żvela żona tal-wiċċ miksija bi kristalli żgħar separati minn żoni vojta (Fig. 7b).It-TGA tal-kisi u s-sottostrat tqabbel ma 'dak tal-melħ pur (Figura 7c).Il-melħ pur għandu quċċata waħda asimmetrika f'59.1°C.L-aluminju miksi wera żewġ qċaċet żgħar f'55.5 ° C u 61.3 ° C, li jindika l-preżenza ta 'sulfat taż-żingu idrat.Id-differenza tal-massa żvelata fl-esperiment tikkorrispondi għal 10.9 g/m2 f'temperatura ta 'deidrazzjoni ta' 150 ° C.
Bħal fl-applikazzjoni preċedenti53, l-hydroxyethyl cellulose intużat bħala binder biex ittejjeb l-adeżjoni u l-istabbiltà tal-kisja tas-sorbent.Il-kompatibilità tal-materjal u l-effett fuq il-prestazzjoni tal-adsorbiment ġew evalwati minn TGA.L-analiżi titwettaq b'relazzjoni mal-massa totali, jiġifieri l-kampjun jinkludi pjanċa tal-metall użata bħala sottostrat tal-kisi.L-adeżjoni hija ttestjata permezz ta 'test ibbażat fuq it-test tal-talja trasversali definit fl-ispeċifikazzjoni ISO2409 (ma tistax tilħaq l-ispeċifikazzjoni tas-separazzjoni tal-talja skont il-ħxuna u l-wisa' tal-ispeċifikazzjoni).
Il-kisi tal-pannelli bil-klorur tal-kalċju (CaCl2) (ara Fig. 8a) irriżulta f'distribuzzjoni irregolari, li ma ġietx osservata fil-kisi tal-aluminju pur użat għat-test tal-talja trasversali.Meta mqabbel mar-riżultati għal CaCl2 pur, TGA (Fig. 8b) juri żewġ qċaċet karatteristiċi mċaqalqa lejn temperaturi aktar baxxi ta '40 u 20 ° C, rispettivament.It-test tas-sezzjoni trasversali ma jippermettix paragun oġġettiv minħabba li l-kampjun pur CaCl2 (kampjun fuq il-lemin f'Fig. 8c) huwa preċipitat trab, li jneħħi l-partiċelli ta 'fuq.Ir-riżultati HEC wrew kisja rqiqa ħafna u uniformi b'adeżjoni sodisfaċenti.Id-differenza tal-massa murija fil-fig.8b jikkorrispondi għal 51.3 g/m2 għal kull unità ta 'żona ta' l-adsorber f'temperatura ta '150 °C.
Riżultati pożittivi f'termini ta 'adeżjoni u uniformità nkisbu wkoll bis-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) (ara Fig. 9).Analiżi tal-proċess ta 'desorbiment tal-kisi wriet il-preżenza ta' quċċata waħda ta 'madwar.60°C.Din it-temperatura tikkorrispondi għall-pass ewlieni tad-desorbiment li jidher fid-deidrazzjoni ta 'melħ pur, li jirrappreżenta pass ieħor f'44 ° C.Jikkorrispondi għat-tranżizzjoni minn hexahydrate għal pentahydrate u mhux osservat fil-każ ta 'kisi b'legaturi.It-testijiet tas-sezzjoni trasversali juru distribuzzjoni u adeżjoni mtejba meta mqabbla ma 'kisi magħmul bl-użu ta' melħ pur.Id-differenza tal-massa osservata f'TGA-DTC tikkorrispondi għal 18.4 g/m2 għal kull unità ta 'erja tal-adsorber f'temperatura ta' 150 °C.
Minħabba l-irregolaritajiet tal-wiċċ, il-klorur tal-istronzju (SrCl2) għandu kisja irregolari fuq ix-xewk (Fig. 10a).Madankollu, ir-riżultati tat-test tal-talja trasversali wrew distribuzzjoni uniformi b'adeżjoni mtejba b'mod sinifikanti (Fig. 10c).L-analiżi TGA wriet differenza żgħira ħafna fil-piż, li għandha tkun dovuta għall-kontenut ta 'melħ aktar baxx meta mqabbel mas-sottostrat tal-metall.Madankollu, il-passi fuq il-kurva juru l-preżenza ta 'proċess ta' deidrazzjoni, għalkemm il-quċċata hija assoċjata mat-temperatura miksuba meta tikkaratterizza melħ pur.Il-qċaċet f'110°C u 70.2°C osservati fil-Fig.10b instabu wkoll meta ġie analizzat melħ pur.Madankollu, il-pass ewlieni tad-deidrazzjoni osservat fil-melħ pur f'50 ° C ma kienx rifless fil-kurvi bl-użu tal-binder.B'kuntrast, it-taħlita tal-legaturi wriet żewġ qċaċet f'20.2 ° C u 94.1 ° C, li ma tkejlux għall-melħ pur (Fig. 10b).F'temperatura ta '150 °C, id-differenza tal-massa osservata tikkorrispondi għal 7.2 g/m2 għal kull unità ta' erja tal-adsorber.
Il-kombinazzjoni ta 'HEC u sulfat taż-żingu (ZnSO4) ma tatx riżultati aċċettabbli (Figura 11).L-analiżi TGA tal-metall miksi ma wriet l-ebda proċess ta 'deidrazzjoni.Għalkemm id-distribuzzjoni u l-adeżjoni tal-kisi tjiebu, il-proprjetajiet tiegħu għadhom 'il bogħod mill-aħjar.
L-aktar mod sempliċi biex jiksi fibri tal-metall b'saff irqiq u uniformi huwa l-impregnazzjoni mxarrba (Fig. 12a), li tinkludi l-preparazzjoni tal-melħ fil-mira u l-mili ta 'fibri tal-metall b'soluzzjoni milwiema.
Meta tipprepara għall-impregnazzjoni mxarrba, jiltaqgħu ma 'żewġ problemi ewlenin.Min-naħa waħda, it-tensjoni tal-wiċċ tas-soluzzjoni salina tipprevjeni l-inkorporazzjoni korretta tal-likwidu fl-istruttura poruża.Il-kristallizzazzjoni fuq il-wiċċ ta 'barra (Fig. 12d) u l-bżieżaq tal-arja maqbuda ġewwa l-istruttura (Fig. 12c) jistgħu jitnaqqsu biss billi titbaxxa t-tensjoni tal-wiċċ u tixrib minn qabel il-kampjun b'ilma distillat.Id-dissoluzzjoni sfurzata fil-kampjun billi tiġi evakwata l-arja fi ħdan jew billi toħloq fluss ta 'soluzzjoni fl-istruttura huma modi effettivi oħra biex jiġi żgurat mili sħiħ tal-istruttura.
It-tieni problema li ltaqgħu magħhom waqt il-preparazzjoni kienet it-tneħħija tal-film minn parti mill-melħ (ara Fig. 12b).Dan il-fenomenu huwa kkaratterizzat mill-formazzjoni ta 'kisja niexfa fuq il-wiċċ ta' dissoluzzjoni, li jwaqqaf it-tnixxif stimulat b'mod konvettiv u jibda l-proċess stimulat tad-diffużjoni.It-tieni mekkaniżmu huwa ħafna aktar bil-mod mill-ewwel.Bħala riżultat, temperatura għolja hija meħtieġa għal ħin ta 'tnixxif raġonevoli, li jżid ir-riskju li jiffurmaw bżieżaq ġewwa l-kampjun.Din il-problema tissolva billi jiġi introdott metodu alternattiv ta 'kristallizzazzjoni bbażat mhux fuq bidla fil-konċentrazzjoni (evaporazzjoni), iżda fuq bidla fit-temperatura (bħal fl-eżempju b'MgSO4 f'Fig. 13).
Rappreżentazzjoni skematika tal-proċess ta 'kristallizzazzjoni waqt it-tkessiħ u s-separazzjoni tal-fażijiet solidi u likwidi bl-użu ta' MgSO4.
Soluzzjonijiet tal-melħ saturati jistgħu jiġu ppreparati f'temperatura tal-kamra jew 'il fuq (HT) bl-użu ta' dan il-metodu.Fl-ewwel każ, il-kristallizzazzjoni kienet sfurzata billi titbaxxa t-temperatura taħt it-temperatura tal-kamra.Fit-tieni każ, il-kristallizzazzjoni seħħet meta l-kampjun tkessaħ għat-temperatura tal-kamra (RT).Ir-riżultat huwa taħlita ta 'kristalli (B) u maħlula (A), li l-parti likwida tagħhom titneħħa bl-arja kkompressata.Dan l-approċċ mhux biss jevita l-formazzjoni ta 'film fuq dawn l-idrati, iżda wkoll inaqqas il-ħin meħtieġ għall-preparazzjoni ta' komposti oħra.Madankollu, it-tneħħija tal-likwidu bl-arja kkompressata twassal għal kristallizzazzjoni addizzjonali tal-melħ, li tirriżulta f'kisja eħxen.
Metodu ieħor li jista 'jintuża biex jiksi uċuħ tal-metall jinvolvi l-produzzjoni diretta ta' melħ fil-mira permezz ta 'reazzjonijiet kimiċi.L-iskambjaturi tas-sħana miksija magħmula mir-reazzjoni ta 'aċidi fuq l-uċuħ tal-metall tax-xewk u t-tubi għandhom numru ta' vantaġġi, kif irrappurtat fl-istudju preċedenti tagħna.L-applikazzjoni ta 'dan il-metodu għal fibri wasslet għal riżultati ħżiena ħafna minħabba l-formazzjoni ta' gassijiet waqt ir-reazzjoni.Il-pressjoni tal-bżieżaq tal-gass tal-idroġenu tinbena ġewwa s-sonda u tiċċaqlaq hekk kif il-prodott jiġi ejected (Fig. 14a).
Il-kisi ġie modifikat permezz ta 'reazzjoni kimika biex tikkontrolla aħjar il-ħxuna u d-distribuzzjoni tal-kisi.Dan il-metodu jinvolvi tgħaddi fluss taċ-ċpar aċiduż mill-kampjun (Figura 14b).Dan huwa mistenni li jirriżulta f'kisja uniformi b'reazzjoni mal-metall sottostrat.Ir-riżultati kienu sodisfaċenti, iżda l-proċess kien bil-mod wisq biex jitqies bħala metodu effettiv (Fig. 14c).Ħinijiet ta 'reazzjoni iqsar jistgħu jinkisbu permezz ta' tisħin lokalizzat.
Biex jingħelbu l-iżvantaġġi tal-metodi ta 'hawn fuq, ġie studjat metodu ta' kisi ibbażat fuq l-użu ta 'adeżivi.HEC intgħażlet abbażi tar-riżultati ppreżentati fit-taqsima preċedenti.Il-kampjuni kollha ġew ippreparati fi 3% wt.Il-binder huwa mħallat mal-melħ.Il-fibri ġew ittrattati minn qabel skond l-istess proċedura bħall-kustilji, jiġifieri mxarrba f'50% vol.fi żmien 15-il minuta.aċidu sulfuriku, imbagħad mxarrba fl-idrossidu tas-sodju għal 20 sekonda, maħsul f'ilma distillat u finalment mxarrba f'ilma distillat għal 30 minuta.F'dan il-każ, ġie miżjud pass addizzjonali qabel l-impregnazzjoni.Għaddas il-kampjun fil-qosor f'soluzzjoni dilwita tal-melħ fil-mira u nixxef f'madwar 60°C.Il-proċess huwa ddisinjat biex jimmodifika l-wiċċ tal-metall, u joħloq siti ta 'nukleazzjoni li jtejbu d-distribuzzjoni tal-kisi fl-istadju finali.L-istruttura fibruża għandha naħa waħda fejn il-filamenti huma irqaq u ppakkjati sewwa, u n-naħa opposta fejn il-filamenti huma eħxen u inqas distribwiti.Dan huwa r-riżultat ta '52 proċess ta' manifattura.
Ir-riżultati għall-klorur tal-kalċju (CaCl2) huma miġbura fil-qosor u illustrati bi stampi fit-Tabella 1. Kopertura tajba wara t-tilqim.Anke dawk il-fergħat mingħajr kristalli viżibbli fuq il-wiċċ kellhom riflessjonijiet metalliċi mnaqqsa, li jindikaw bidla fil-finitura.Madankollu, wara li l-kampjuni ġew mimlijin b'taħlita milwiema ta 'CaCl2 u HEC u mnixxfa f'temperatura ta' madwar 60 ° C, il-kisjiet kienu kkonċentrati fl-intersezzjonijiet tal-istrutturi.Dan huwa effett ikkawżat mit-tensjoni tal-wiċċ tas-soluzzjoni.Wara t-tixrib, il-likwidu jibqa' ġewwa l-kampjun minħabba t-tensjoni tal-wiċċ tiegħu.Bażikament iseħħ fl-intersezzjoni ta 'strutturi.L-aħjar naħa tal-kampjun għandha diversi toqob mimlija bil-melħ.Il-piż żdied b'0.06 g/cm3 wara l-kisi.
Il-kisi bis-sulfat tal-manjeżju (MgSO4) ipproduċa aktar melħ għal kull unità ta 'volum (Tabella 2).F'dan il-każ, l-inkrement imkejjel huwa 0.09 g/cm3.Il-proċess taż-żrigħ irriżulta f'kopertura estensiva tal-kampjun.Wara l-proċess tal-kisi, il-melħ jimblokka żoni kbar tan-naħa rqiqa tal-kampjun.Barra minn hekk, xi żoni tal-matt huma mblukkati, iżda xi porożità tinżamm.F'dan il-każ, il-formazzjoni tal-melħ hija osservata faċilment fl-intersezzjoni tal-istrutturi, u tikkonferma li l-proċess tal-kisi huwa prinċipalment minħabba t-tensjoni tal-wiċċ tal-likwidu, u mhux l-interazzjoni bejn il-melħ u s-sottostrat tal-metall.
Ir-riżultati għall-kombinazzjoni ta 'klorur ta' strontium (SrCl2) u HEC wrew proprjetajiet simili għall-eżempji preċedenti (Tabella 3).F'dan il-każ, in-naħa l-irqaq tal-kampjun hija kważi kompletament koperta.Il-pori individwali biss huma viżibbli, iffurmati waqt it-tnixxif bħala riżultat tar-rilaxx tal-fwar mill-kampjun.Il-mudell osservat fuq in-naħa matte huwa simili ħafna għall-każ preċedenti, iż-żona hija mblukkata bil-melħ u l-fibri mhumiex kompletament koperti.
Sabiex jiġi evalwat l-effett pożittiv tal-istruttura fibruża fuq il-prestazzjoni termali tal-iskambjatur tas-sħana, ġiet iddeterminata l-konduttività termali effettiva tal-istruttura fibruża miksija u mqabbla mal-materjal tal-kisi pur.Il-konduttività termali ġiet imkejla skont ASTM D 5470-2017 bl-użu tal-apparat tal-pannell ċatt muri fil-Figura 15a bl-użu ta 'materjal ta' referenza b'konduttività termali magħrufa.Meta mqabbel ma 'metodi oħra ta' kejl temporanju, dan il-prinċipju huwa vantaġġuż għal materjali porużi użati fl-istudju attwali, peress li l-kejl jitwettaq fi stat stabbli u b'daqs suffiċjenti tal-kampjun (erja bażi 30 × 30 mm2, għoli ta 'madwar 15 mm).Kampjuni tal-materjal tal-kisi pur (referenza) u l-istruttura tal-fibra miksija ġew ippreparati għal kejl fid-direzzjoni tal-fibra u perpendikolari għad-direzzjoni tal-fibra biex jevalwaw l-effett tal-konduttività termali anisotropika.Il-kampjuni ġew mitħun fuq il-wiċċ (P320 grit) biex jimminimizzaw l-effett tal-ħruxija tal-wiċċ minħabba l-preparazzjoni tal-kampjun, li ma tirriflettix l-istruttura fi ħdan il-kampjun.