Faleminderit që vizituat Nature.com.Versioni i shfletuesit që po përdorni ka mbështetje të kufizuar për CSS.Për përvojën më të mirë, ju rekomandojmë të përdorni një shfletues të përditësuar (ose çaktivizoni modalitetin e përputhshmërisë në Internet Explorer).Ndërkohë, për të siguruar mbështetje të vazhdueshme, ne do ta bëjmë faqen pa stile dhe JavaScript.
Pjesa e tregut e sistemeve të ftohjes me adsorbim dhe pompave të nxehtësisë është ende relativisht e vogël në krahasim me sistemet tradicionale të kompresorëve.Pavarësisht avantazhit të madh të përdorimit të nxehtësisë së lirë (në vend të punës së shtrenjtë elektrike), zbatimi i sistemeve të bazuara në parimet e adsorbimit është ende i kufizuar në disa aplikacione specifike.Disavantazhi kryesor që duhet të eliminohet është ulja e fuqisë specifike për shkak të përçueshmërisë së ulët termike dhe stabilitetit të ulët të adsorbentit.Sistemet moderne të ftohjes komerciale të adsorbimit bazohen në adsorbues të bazuar në shkëmbyesit e nxehtësisë me pllaka të veshura për të optimizuar kapacitetin ftohës.Rezultatet janë të njohura mirë se zvogëlimi i trashësisë së veshjes çon në një ulje të rezistencës së transferimit të masës dhe rritja e raportit të sipërfaqes ndaj vëllimit të strukturave përçuese rrit fuqinë pa kompromentuar efikasitetin.Fijet metalike të përdorura në këtë punë mund të ofrojnë një sipërfaqe specifike në rangun prej 2500–50,000 m2/m3.Tre metoda për marrjen e veshjeve shumë të holla por të qëndrueshme të hidrateve të kripës në sipërfaqet metalike, duke përfshirë fibrat metalike, për prodhimin e veshjeve demonstrojnë për herë të parë një shkëmbyes nxehtësie me densitet të lartë të fuqisë.Trajtimi i sipërfaqes i bazuar në anodizimin e aluminit zgjidhet për të krijuar një lidhje më të fortë midis veshjes dhe nënshtresës.Mikrostruktura e sipërfaqes që rezulton u analizua duke përdorur mikroskopin elektronik skanues.Për të kontrolluar praninë e specieve të dëshiruara në analizë, u përdorën spektroskopia infra të kuqe e transformimit të reduktuar të reflektimit total dhe spektroskopia e shpërndarjes së energjisë me rreze X.Aftësia e tyre për të formuar hidrate u konfirmua nga analiza e kombinuar termogravimetrike (TGA) / analiza termogravimetrike diferenciale (DTG).Cilësia e dobët mbi 0,07 g (ujë)/g (përbërë) u gjet në veshjen MgSO4, duke treguar shenja dehidrimi në rreth 60 °C dhe të riprodhueshme pas rihidrimit.Rezultate pozitive u morën edhe me SrCl2 dhe ZnSO4 me një ndryshim masiv prej rreth 0.02 g/g nën 100 °C.Hidroksietilceluloza u zgjodh si një aditiv për të rritur qëndrueshmërinë dhe ngjitjen e veshjes.Vetitë absorbuese të produkteve u vlerësuan me TGA-DTG të njëkohshme dhe ngjitja e tyre u karakterizua nga një metodë e bazuar në testet e përshkruara në ISO2409.Konsistenca dhe ngjitja e veshjes së CaCl2 është përmirësuar ndjeshëm duke ruajtur kapacitetin e saj absorbues me një diferencë peshe prej rreth 0,1 g/g në temperatura nën 100 °C.Përveç kësaj, MgSO4 ruan aftësinë për të formuar hidrate, duke treguar një ndryshim në masë prej më shumë se 0.04 g/g në temperatura nën 100 °C.Në fund, ekzaminohen fibrat metalike të veshura.Rezultatet tregojnë se përçueshmëria termike efektive e strukturës së fibrës së veshur me Al2(SO4)3 mund të jetë 4.7 herë më e lartë në krahasim me vëllimin e Al2(SO4)3 të pastër.Veshja e veshjeve të studiuara u ekzaminua vizualisht dhe struktura e brendshme u vlerësua duke përdorur një imazh mikroskopik të seksioneve tërthore.Është marrë një shtresë e Al2(SO4)3 me një trashësi prej rreth 50 µm, por procesi i përgjithshëm duhet të optimizohet për të arritur një shpërndarje më uniforme.
Sistemet e adsorbimit kanë fituar shumë vëmendje gjatë dekadave të fundit pasi ato ofrojnë një alternativë miqësore me mjedisin ndaj pompave tradicionale të nxehtësisë me kompresim ose sistemeve të ftohjes.Me rritjen e standardeve të rehatisë dhe temperaturave mesatare globale, sistemet e adsorbimit mund të zvogëlojnë varësinë nga lëndët djegëse fosile në të ardhmen e afërt.Përveç kësaj, çdo përmirësim në pompat e ftohjes adsorbuese ose të nxehtësisë mund të transferohet në ruajtjen e energjisë termike, gjë që paraqet një rritje shtesë të potencialit për përdorim efikas të energjisë primare.Avantazhi kryesor i pompave të nxehtësisë adsorbuese dhe sistemeve të ftohjes është se ato mund të funksionojnë me masë të ulët nxehtësie.Kjo i bën ato të përshtatshme për burime me temperaturë të ulët si energjia diellore ose nxehtësia e mbeturinave.Për sa i përket aplikimeve të ruajtjes së energjisë, adsorbimi ka avantazhin e densitetit më të lartë të energjisë dhe më pak shpërndarje të energjisë në krahasim me ruajtjen e ndjeshme ose latente të nxehtësisë.
Pompat e nxehtësisë me adsorbim dhe sistemet e ftohjes ndjekin të njëjtin cikël termodinamik si homologët e tyre të kompresimit të avullit.Dallimi kryesor është zëvendësimi i komponentëve të kompresorit me adsorber.Elementi është në gjendje të absorbojë avujt e ftohësit me presion të ulët në temperatura të moderuara, duke avulluar më shumë ftohës edhe kur lëngu është i ftohtë.Është e nevojshme të sigurohet ftohja e vazhdueshme e adsorberit në mënyrë që të përjashtohet entalpia e adsorbimit (ekzotermia).Adsorberi rigjenerohet në temperaturë të lartë, duke shkaktuar desorbimin e avullit të ftohësit.Ngrohja duhet të vazhdojë të sigurojë entalpinë e desorbimit (endotermike).Për shkak se proceset e adsorbimit karakterizohen nga ndryshimet e temperaturës, densiteti i lartë i fuqisë kërkon përçueshmëri të lartë termike.Megjithatë, përçueshmëria e ulët termike është deri tani disavantazhi kryesor në shumicën e aplikacioneve.
Problemi kryesor i përçueshmërisë është rritja e vlerës mesatare të saj duke ruajtur rrugën e transportit që siguron rrjedhën e avujve të adsorbimit/desorbimit.Dy qasje përdoren zakonisht për të arritur këtë: shkëmbyesit e nxehtësisë së përbërë dhe shkëmbyesit e nxehtësisë të veshura.Materialet kompozite më të njohura dhe më të suksesshme janë ato që përdorin aditivë me bazë karboni, përkatësisht grafit të zgjeruar, karbon të aktivizuar ose fibra karboni.Oliveira etj.2 pluhur grafiti i zgjeruar i ngopur me klorur kalciumi për të prodhuar një adsorbues me një kapacitet specifik ftohës (SCP) deri në 306 W/kg dhe një koeficient të performancës (COP) deri në 0,46.Zajaczkowski etj.3 propozoi një kombinim të grafitit të zgjeruar, fibrës së karbonit dhe klorurit të kalciumit me një përçueshmëri totale prej 15 W/mK.Jian et al4 testuan kompozitat me grafit natyral të zgjeruar të trajtuar me acid sulfurik (ENG-TSA) si substrat në një cikël ftohjeje me adsorbim me dy faza.Modeli parashikoi COP nga 0,215 në 0,285 dhe SCP nga 161,4 në 260,74 W/kg.
Deri më tani, zgjidhja më e qëndrueshme është shkëmbyesi i nxehtësisë i veshur.Mekanizmat e veshjes së këtyre shkëmbyesve të nxehtësisë mund të ndahen në dy kategori: sintezë direkte dhe ngjitëse.Metoda më e suksesshme është sinteza e drejtpërdrejtë, e cila përfshin formimin e materialeve absorbuese drejtpërdrejt në sipërfaqen e shkëmbyesve të nxehtësisë nga reagentët e duhur.Sotech5 ka patentuar një metodë për sintetizimin e zeolitit të veshur për përdorim në një seri ftohësash të prodhuar nga Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 testuan performancën e dy zeolitit të veshur me çelik inox.Megjithatë, kjo metodë funksionon vetëm me adsorbentë specifikë, gjë që e bën veshjen me ngjitës një alternativë interesante.Lidhësit janë substanca pasive të zgjedhura për të mbështetur ngjitjen e sorbentit dhe/ose transferimin e masës, por nuk luajnë asnjë rol në rritjen e përthithjes ose përçueshmërisë.Freni etj.7 këmbyes nxehtësie prej alumini të veshur me zeolit ​​AQSOA-Z02 të stabilizuar me një lidhës me bazë argjile.Calabrese et al.8 studiuan përgatitjen e veshjeve të zeolitit me lidhës polimerë.Ammann et al.9 propozuan një metodë për përgatitjen e veshjeve poroze të zeolitit nga përzierjet magnetike të alkoolit polivinil.Alumina (alumina) përdoret gjithashtu si lidhës 10 në adsorber.Sipas njohurive tona, celuloza dhe hidroksietil celuloza përdoren vetëm në kombinim me adsorbentë fizikë11,12.Ndonjëherë ngjitësi nuk përdoret për bojën, por përdoret për të ndërtuar vetë strukturën 13.Kombinimi i matricave të polimerit alginate me hidrate të shumta kripërash formon struktura fleksibël të përbërë të rruazave që parandalojnë rrjedhjen gjatë tharjes dhe sigurojnë transferimin e duhur të masës.Argjila të tilla si bentoniti dhe attapulgiti janë përdorur si lidhës për përgatitjen e kompoziteve15,16,17.Etilceluloza është përdorur për të mikrokapsuluar klorurin e kalciumit18 ose sulfid natriumi19.
Kompozitat me një strukturë metalike poroze mund të ndahen në shkëmbyes nxehtësie shtesë dhe shkëmbyes nxehtësie të veshura.Avantazhi i këtyre strukturave është sipërfaqja e lartë specifike.Kjo rezulton në një sipërfaqe më të madhe kontakti midis adsorbentit dhe metalit pa shtimin e një mase inerte, e cila redukton efikasitetin e përgjithshëm të ciklit të ftohjes.Lang et al.20 kanë përmirësuar përçueshmërinë e përgjithshme të një adsorberi zeoliti me një strukturë huall mjalti prej alumini.Gillerminot et al.21 përmirësoi përçueshmërinë termike të shtresave të zeolitit NaX me shkumë bakri dhe nikel.Megjithëse kompozitat përdoren si materiale të ndryshimit të fazës (PCM), gjetjet e Li et al.22 dhe Zhao et al.23 janë gjithashtu me interes për kimisorbimin.Ata krahasuan performancën e grafitit të zgjeruar dhe shkumës metalike dhe arritën në përfundimin se kjo e fundit preferohej vetëm nëse korrozioni nuk ishte problem.Palomba etj.kohët e fundit kanë krahasuar struktura të tjera poroze metalike24.Van der Pal et al.kanë studiuar kripërat e metaleve të ngulitura në shkume 25 .Të gjithë shembujt e mëparshëm korrespondojnë me shtresa të dendura adsorbentesh grimcash.Strukturat poroze metalike praktikisht nuk përdoren për të veshur adsorberët, gjë që është një zgjidhje më optimale.Një shembull i lidhjes me zeolitet mund të gjendet në Wittstadt et al.26 por nuk është bërë asnjë përpjekje për të lidhur hidratet e kripës pavarësisht nga dendësia e tyre më e lartë e energjisë 27 .
Kështu, në këtë artikull do të shqyrtohen tre metoda për përgatitjen e veshjeve adsorbente: (1) veshja me lidhës, (2) reagimi i drejtpërdrejtë dhe (3) trajtimi sipërfaqësor.Hidroksietilceluloza ishte lidhësi i zgjedhur në këtë punë për shkak të stabilitetit të raportuar më parë dhe ngjitjes së mirë të veshjes në kombinim me adsorbentët fizikë.Kjo metodë fillimisht u hetua për veshjet e sheshta dhe më vonë u aplikua në strukturat e fibrave metalike.Më parë, u raportua një analizë paraprake e mundësisë së reaksioneve kimike me formimin e veshjeve adsorbuese.Përvoja e mëparshme tani po transferohet në veshjen e strukturave të fibrave metalike.Trajtimi i sipërfaqes i zgjedhur për këtë punë është një metodë e bazuar në anodizimin e aluminit.Anodizimi i aluminit është kombinuar me sukses me kripërat e metaleve për qëllime estetike29.Në këto raste, mund të merren veshje shumë të qëndrueshme dhe rezistente ndaj korrozionit.Megjithatë, ata nuk mund të kryejnë asnjë proces adsorbimi ose desorbimi.Ky punim paraqet një variant të kësaj qasjeje që lejon masën të lëvizet duke përdorur vetitë ngjitëse të procesit origjinal.Sipas njohurive tona, asnjë nga metodat e përshkruara këtu nuk është studiuar më parë.Ato përfaqësojnë një teknologji të re shumë interesante, sepse lejojnë formimin e veshjeve adsorbuese të hidratuara, të cilat kanë një sërë avantazhesh ndaj adsorbuesve fizikë të studiuar shpesh.
Pllakat e aluminit të stampuara të përdorura si nënshtresa për këto eksperimente u siguruan nga ALINVEST Břidličná, Republika Çeke.Ato përmbajnë 98,11% alumin, 1,3622% hekur, 0,3618% mangan dhe gjurmë të bakrit, magnezit, silikonit, titanit, zinkut, kromit dhe nikelit.
Materialet e zgjedhura për prodhimin e kompoziteve zgjidhen në përputhje me vetitë e tyre termodinamike, përkatësisht, në varësi të sasisë së ujit që ata mund të thithin/thithin në temperatura nën 120°C.
Sulfati i magnezit (MgSO4) është një nga kripërat e hidratuara më interesante dhe më të studiuara30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Vetitë termodinamike janë matur sistematikisht dhe janë gjetur të jenë të përshtatshme për aplikime në fushat e ftohjes së adsorbimit, pompave të nxehtësisë dhe ruajtjes së energjisë.Është përdorur sulfat i thatë i magnezit CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Gjermani).
Kloruri i kalciumit (CaCl2) (H319) është një kripë tjetër e studiuar mirë sepse hidrati i tij ka veti interesante termodinamike41,42,43,44.Heksahidrat klorur kalciumi CAS-Nr.7774-34-7 97% e përdorur (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Gjermani).
Sulfati i zinkut (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) dhe hidratet e tij kanë veti termodinamike të përshtatshme për proceset e absorbimit me temperaturë të ulët45,46.Është përdorur heptahidrat sulfat zinku CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Gjermani).
Kloruri i stronciumit (SrCl2) (H318) gjithashtu ka veti interesante termodinamike4,45,47 edhe pse shpesh kombinohet me amoniak në pompën e nxehtësisë së absorbimit ose në kërkimin e ruajtjes së energjisë.Për sintezën është përdorur heksahidrat klorur stronciumi CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA).
Sulfati i bakrit (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) nuk është ndër hidratet që gjenden shpesh në literaturën profesionale, megjithëse vetitë e tij termodinamike janë me interes për aplikime në temperatura të ulëta48,49.Për sintezën është përdorur sulfat bakri CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Kloruri i magnezit (MgCl2) është një nga kripërat e hidratuara që kohët e fundit ka marrë më shumë vëmendje në fushën e ruajtjes së energjisë termike50,51.Për eksperimentet është përdorur heksahidrat i klorurit të magnezit CAS-Nr.7791-18-6 i klasës së pastër farmaceutike (Applichem GmbH., Darmstadt, Gjermani).
Siç u përmend më lart, celuloza hidroksietil u zgjodh për shkak të rezultateve pozitive në aplikime të ngjashme.Materiali i përdorur në sintezën tonë është hidroksietil celuloza CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Fijet metalike janë bërë nga tela të shkurtër të lidhur së bashku me ngjeshje dhe sinterim, një proces i njohur si nxjerrja e shkrirjes me crucible (CME)52.Kjo do të thotë se përçueshmëria e tyre termike varet jo vetëm nga përçueshmëria e madhe e metaleve të përdorura në prodhim dhe poroziteti i strukturës përfundimtare, por edhe nga cilësia e lidhjeve midis fijeve.Fijet nuk janë izotropike dhe priren të shpërndahen në një drejtim të caktuar gjatë prodhimit, gjë që e bën përçueshmërinë termike në drejtim tërthor shumë më të ulët.
Vetitë e absorbimit të ujit u hetuan duke përdorur analizën e njëkohshme termogravimetrike (TGA)/analizën diferenciale termogravimetrike (DTG) në një paketë vakum (Netzsch TG 209 F1 Libra).Matjet u kryen në një atmosferë rrjedhëse azoti me një shpejtësi rrjedhjeje prej 10 ml/min dhe një gamë temperaturash nga 25 në 150°C në kavanoza me oksid alumini.Shkalla e ngrohjes ishte 1 °C/min, pesha e kampionit varionte nga 10 në 20 mg, rezolucioni ishte 0.1 μg.Në këtë punim duhet theksuar se diferenca e masës për njësi sipërfaqe ka një pasiguri të madhe.Mostrat e përdorura në TGA-DTG janë shumë të vogla dhe të prera në mënyrë të parregullt, gjë që e bën përcaktimin e sipërfaqes së tyre të pasaktë.Këto vlera mund të ekstrapolohen vetëm në një zonë më të madhe nëse merren parasysh devijime të mëdha.
Spektrat infra të kuqe të transformimit të zbutur total të reflektimit të Furierit (ATR-FTIR) u morën në një spektrometër Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Gjermani) duke përdorur një aksesor platini ATR (Bruker Optik GmbH, Gjermani).Spektrat e kristaleve të pastër të diamantit të thatë u matën drejtpërdrejt në vakum përpara se të përdornin mostrat si sfond për matjet eksperimentale.Mostrat u matën në vakum duke përdorur një rezolucion spektral prej 2 cm-1 dhe një numër mesatar skanimesh prej 32. Vargu i numrit valor nga 8000 në 500 cm-1.Analiza spektrale është kryer duke përdorur programin OPUS.
Analiza SEM u krye duke përdorur një DSM 982 Gemini nga Zeiss në tensione përshpejtuese prej 2 dhe 5 kV.Spektroskopia e shpërndarjes së energjisë me rreze X (EDX) u krye duke përdorur një sistem Thermo Fischer 7 me një detektor drift silikoni të ftohur Peltier (SSD).
Përgatitja e pllakave metalike u krye sipas procedurës së ngjashme me atë të përshkruar në 53. Së pari, zhytni pllakën në acid sulfurik 50%.15 minuta.Më pas ato u futën në tretësirë ​​1 M hidroksid natriumi për rreth 10 sekonda.Më pas mostrat u lanë me një sasi të madhe uji të distiluar dhe më pas u zhytën në ujë të distiluar për 30 minuta.Pas trajtimit paraprak sipërfaqësor, mostrat u zhytën në një tretësirë ​​të ngopur 3%.HEC dhe kripa e synuar.Në fund i nxjerrim dhe i thajmë në 60°C.
Metoda e anodizimit rrit dhe forcon shtresën e oksidit natyror në metalin pasiv.Panelet e aluminit u anodizuan me acid sulfurik në një gjendje të ngurtësuar dhe më pas u mbyllën në ujë të nxehtë.Anodizimi pasoi një gravurë fillestare me 1 mol/l NaOH (600 s) e ndjekur nga neutralizimi në 1 mol/l HNO3 (60 s).Tretësira e elektrolitit është një përzierje prej 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 dhe 1 M MgSO4 + 7H2O.Anodizimi u krye në (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 për 1200 sekonda.Procesi i vulosjes u krye në solucione të ndryshme shëllirë siç përshkruhet në materialet (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Mostra zihet në të për 1800 sekonda.
Janë hetuar tre metoda të ndryshme për prodhimin e kompozitave: veshja ngjitëse, reagimi i drejtpërdrejtë dhe trajtimi sipërfaqësor.Përparësitë dhe disavantazhet e secilës metodë trajnimi analizohen dhe diskutohen sistematikisht.Për të vlerësuar rezultatet janë përdorur vëzhgimi i drejtpërdrejtë, nanoimazhimi dhe analiza kimike/elementare.
Anodizimi u zgjodh si një metodë e trajtimit të sipërfaqes së konvertimit për të rritur ngjitjen e hidrateve të kripës.Ky trajtim sipërfaqësor krijon një strukturë poroze të aluminit (aluminit) direkt në sipërfaqen e aluminit.Tradicionalisht, kjo metodë përbëhet nga dy faza: faza e parë krijon një strukturë poroze të oksidit të aluminit dhe faza e dytë krijon një shtresë me hidroksid alumini që mbyll poret.Më poshtë janë dy metoda të bllokimit të kripës pa bllokuar hyrjen në fazën e gazit.E para përbëhet nga një sistem huall mjalti duke përdorur tuba të vegjël oksid alumini (Al2O3) të përftuara në hapin e parë për të mbajtur kristalet adsorbent dhe për të rritur ngjitjen e tij në sipërfaqet metalike.Hojet e mjaltit që rezultojnë kanë një diametër prej rreth 50 nm dhe një gjatësi prej 200 nm (Fig. 1a).Siç u përmend më herët, këto zgavra zakonisht mbyllen në një hap të dytë me një shtresë të hollë të boehmitit Al2O(OH)2 të mbështetur nga procesi i zierjes së tubit të aluminit.Në metodën e dytë, ky proces vulosjeje modifikohet në atë mënyrë që kristalet e kripës kapen në një shtresë mbuluese uniforme të boehmitit (Al2O(OH)), e cila në këtë rast nuk përdoret për vulosje.Faza e dytë kryhet në një zgjidhje të ngopur të kripës përkatëse.Modelet e përshkruara kanë madhësi në intervalin 50-100 nm dhe duken si pika të spërkatura (Fig. 1b).Sipërfaqja e përftuar si rezultat i procesit të vulosjes ka një strukturë të theksuar hapësinore me një zonë kontakti të rritur.Ky model sipërfaqësor, së bashku me konfigurimet e tyre të shumta lidhëse, është ideal për mbajtjen dhe mbajtjen e kristaleve të kripës.Të dyja strukturat e përshkruara duken të jenë vërtet poroze dhe kanë zgavra të vogla që duket se janë të përshtatshme për të mbajtur hidratet e kripës dhe për të thithur avujt në kripë gjatë funksionimit të adsorberit.Megjithatë, analiza elementare e këtyre sipërfaqeve duke përdorur EDX mund të zbulojë sasi gjurmë të magnezit dhe squfurit në sipërfaqen e boehmitit, të cilat nuk zbulohen në rastin e një sipërfaqe alumini.
ATR-FTIR e kampionit konfirmoi se elementi ishte sulfat magnezi (shih Figurën 2b).Spektri tregon majat karakteristike të joneve sulfate në 610-680 dhe 1080-1130 cm-1 dhe majat karakteristike të ujit të rrjetës në 1600-1700 cm-1 dhe 3200-3800 cm-1 (shih Fig. 2a, c).).Prania e joneve të magnezit pothuajse nuk e ndryshon spektrin54.
(a) EDX e një pllake alumini MgSO4 të veshur me boehmit, (b) spektrat ATR-FTIR të veshjeve boehmite dhe MgSO4, (c) spektrat ATR-FTIR të MgSO4 të pastër.
Ruajtja e efikasitetit të adsorbimit u konfirmua nga TGA.Në fig.3b tregon një kulm desorbimi prej përafërsisht.60°C.Kjo kulm nuk korrespondon me temperaturën e dy majave të vërejtura në TGA të kripës së pastër (Fig. 3a).Përsëritshmëria e ciklit adsorbim-desorbim u vlerësua dhe e njëjta kurbë u vu re pas vendosjes së mostrave në një atmosferë të lagësht (Fig. 3c).Dallimet e vërejtura në fazën e dytë të desorbimit mund të jenë rezultat i dehidrimit në një atmosferë rrjedhëse, pasi kjo shpesh çon në dehidrim jo të plotë.Këto vlera korrespondojnë me përafërsisht 17,9 g/m2 në heqjen e parë të ujit dhe 10,3 g/m2 në heqjen e dytë.
Krahasimi i analizës TGA të boehmitit dhe MgSO4: Analiza TGA e MgSO4 të pastër (a), përzierjes (b) dhe pas rihidrimit (c).
E njëjta metodë u krye me klorur kalciumi si adsorbent.Rezultatet janë paraqitur në Figurën 4. Inspektimi vizual i sipërfaqes zbuloi ndryshime të vogla në shkëlqimin metalik.Leshi mezi duket.SEM konfirmoi praninë e kristaleve të vegjël të shpërndarë në mënyrë të barabartë në sipërfaqe.Megjithatë, TGA nuk tregoi dehidrim nën 150°C.Kjo mund të jetë për shkak të faktit se përqindja e kripës është shumë e vogël në krahasim me masën totale të substratit për zbulimin nga TGA.
Rezultatet e trajtimit sipërfaqësor të veshjes sulfate të bakrit me metodën e anodizimit janë paraqitur në fig.5. Në këtë rast, inkorporimi i pritshëm i CuSO4 në strukturën e oksidit Al nuk ndodhi.Në vend të kësaj, vërehen gjilpëra të lirshme pasi ato përdoren zakonisht për hidroksidin e bakrit Cu(OH)2 që përdoret me ngjyrat tipike bruz.
Trajtimi sipërfaqësor i anodizuar u testua gjithashtu në kombinim me klorur stroncium.Rezultatet treguan mbulim të pabarabartë (shih Figurën 6a).Për të përcaktuar nëse kripa mbulonte të gjithë sipërfaqen, u krye një analizë EDX.Kurba për një pikë në zonën gri (pika 1 në Fig. 6b) tregon pak stroncium dhe shumë alumin.Kjo tregon një përmbajtje të ulët të stronciumit në zonën e matur, e cila, nga ana tjetër, tregon një mbulim të ulët të klorurit të stronciumit.Anasjelltas, zonat e bardha kanë një përmbajtje të lartë të stronciumit dhe një përmbajtje të ulët të aluminit (pikat 2–6 në Fig. 6b).Analiza EDX e zonës së bardhë tregon pika më të errëta (pikat 2 dhe 4 në Fig. 6b), të ulëta në klor dhe të lartë në squfur.Kjo mund të tregojë formimin e sulfatit të stronciumit.Pikat më të ndritshme pasqyrojnë përmbajtje të lartë klori dhe përmbajtje të ulët squfuri (pikat 3, 5 dhe 6 në Fig. 6b).Kjo mund të shpjegohet me faktin se pjesa kryesore e veshjes së bardhë përbëhet nga kloruri i pritshëm i stronciumit.TGA e kampionit konfirmoi interpretimin e analizës me një kulm në temperaturën karakteristike të klorurit të stronciumit të pastër (Fig. 6c).Vlera e tyre e vogël mund të justifikohet me një pjesë të vogël të kripës në krahasim me masën e mbështetëses metalike.Masa e desorbimit e përcaktuar në eksperimente korrespondon me sasinë prej 7.3 g/m2 të lëshuar për njësi sipërfaqe të adsorberit në një temperaturë prej 150°C.
U testuan gjithashtu veshje sulfate zinku të trajtuara me Eloxal.Makroskopikisht, veshja është një shtresë shumë e hollë dhe uniforme (Fig. 7a).Megjithatë, SEM zbuloi një sipërfaqe të mbuluar me kristale të vegjël të ndarë nga zona boshe (Fig. 7b).TGA e veshjes dhe substratit u krahasua me atë të kripës së pastër (Figura 7c).Kripa e pastër ka një kulm asimetrik në 59.1°C.Alumini i veshur tregoi dy maja të vogla në 55.5°C dhe 61.3°C, duke treguar praninë e hidratit të sulfatit të zinkut.Diferenca në masë e zbuluar në eksperiment korrespondon me 10.9 g/m2 në një temperaturë dehidrimi prej 150°C.
Ashtu si në aplikimin e mëparshëm53, celuloza hidroksietil u përdor si lidhës për të përmirësuar ngjitjen dhe qëndrueshmërinë e veshjes së sorbentit.Përputhshmëria e materialit dhe efekti në performancën e përthithjes u vlerësua nga TGA.Analiza kryhet në raport me masën totale, pra kampioni përfshin një pllakë metalike të përdorur si nënshtresë.Ngjitja testohet nga një provë e bazuar në testin e kryqëzimit të përcaktuar në specifikimin ISO2409 (nuk mund të përmbushë specifikimin e ndarjes së niveleve në varësi të trashësisë dhe gjerësisë së specifikimit).
Veshja e paneleve me klorur kalciumi (CaCl2) (shih Fig. 8a) rezultoi në shpërndarje të pabarabartë, e cila nuk u vu re në veshjen e pastër të aluminit të përdorur për provën e nivelit tërthor.Krahasuar me rezultatet për CaCl2 të pastër, TGA (Fig. 8b) tregon dy maja karakteristike të zhvendosura drejt temperaturave më të ulëta përkatësisht 40 dhe 20°C.Testi i prerjes tërthore nuk lejon një krahasim objektiv sepse kampioni i pastër CaCl2 (kampioni djathtas në Fig. 8c) është një precipitat pluhur, i cili heq grimcat më të larta.Rezultatet e HEC treguan një shtresë shumë të hollë dhe uniforme me ngjitje të kënaqshme.Dallimi në masë i paraqitur në fig.8b korrespondon me 51.3 g/m2 për njësi sipërfaqe të adsorberit në një temperaturë prej 150°C.
Rezultate pozitive në aspektin e ngjitjes dhe uniformitetit u morën edhe me sulfat magnezi (MgSO4) (shih Fig. 9).Analiza e procesit të desorbimit të veshjes tregoi praninë e një piku prej përafërsisht.60°C.Kjo temperaturë korrespondon me hapin kryesor të desorbimit që shihet në dehidratimin e kripërave të pastra, që përfaqëson një hap tjetër në 44°C.Ai korrespondon me kalimin nga heksahidrat në pentahidrat dhe nuk vërehet në rastin e veshjeve me lidhës.Testet e seksionit kryq tregojnë shpërndarje dhe ngjitje të përmirësuar në krahasim me veshjet e bëra duke përdorur kripë të pastër.Dallimi në masë i vërejtur në TGA-DTC korrespondon me 18.4 g/m2 për njësi sipërfaqe të adsorberit në një temperaturë prej 150°C.
Për shkak të parregullsive sipërfaqësore, kloruri i stronciumit (SrCl2) ka një shtresë të pabarabartë në fins (Fig. 10a).Megjithatë, rezultatet e testit të nivelit tërthor treguan shpërndarje uniforme me ngjitje të përmirësuar dukshëm (Fig. 10c).Analiza TGA tregoi një ndryshim shumë të vogël në peshë, i cili duhet të jetë për shkak të përmbajtjes më të ulët të kripës në krahasim me substratin metalik.Megjithatë, hapat në kurbë tregojnë praninë e një procesi dehidrimi, megjithëse kulmi shoqërohet me temperaturën e marrë kur karakterizohet kripë e pastër.Pikat në 110°C dhe 70,2°C të vërejtura në Fig.10b u gjetën gjithashtu gjatë analizimit të kripës së pastër.Megjithatë, hapi kryesor i dehidrimit i vërejtur në kripën e pastër në 50°C nuk u pasqyrua në kthesat duke përdorur lidhësin.Në të kundërt, përzierja lidhëse tregoi dy maja në 20.2°C dhe 94.1°C, të cilat nuk u matën për kripën e pastër (Fig. 10b).Në një temperaturë prej 150 °C, diferenca e vëzhguar në masë korrespondon me 7.2 g/m2 për njësi sipërfaqe të adsorberit.
Kombinimi i HEC dhe sulfatit të zinkut (ZnSO4) nuk dha rezultate të pranueshme (Figura 11).Analiza TGA e metalit të veshur nuk zbuloi ndonjë proces dehidrimi.Megjithëse shpërndarja dhe ngjitja e veshjes janë përmirësuar, vetitë e saj janë ende larg nga optimale.
Mënyra më e thjeshtë për të veshur fibrat metalike me një shtresë të hollë dhe uniforme është impregnimi i lagësht (Fig. 12a), i cili përfshin përgatitjen e kripës së synuar dhe ngopjen e fibrave metalike me një tretësirë ​​ujore.
Kur përgatiteni për impregnim të lagësht, hasen dy probleme kryesore.Nga njëra anë, tensioni sipërfaqësor i tretësirës së kripur parandalon përfshirjen e saktë të lëngut në strukturën poroze.Kristalizimi në sipërfaqen e jashtme (Fig. 12d) dhe flluskat e ajrit të bllokuara brenda strukturës (Fig. 12c) mund të reduktohen vetëm duke ulur tensionin sipërfaqësor dhe duke e lagur paraprakisht kampionin me ujë të distiluar.Shpërbërja e detyruar në kampion duke evakuuar ajrin brenda ose duke krijuar një rrjedhje tretësire në strukturë janë mënyra të tjera efektive për të siguruar mbushjen e plotë të strukturës.
Problemi i dytë i hasur gjatë përgatitjes ishte heqja e filmit nga një pjesë e kripës (shih Fig. 12b).Ky fenomen karakterizohet nga formimi i një shtrese të thatë në sipërfaqen e tretjes, e cila ndalon tharjen e stimuluar në mënyrë konvektive dhe fillon procesin e stimuluar nga difuzioni.Mekanizmi i dytë është shumë më i ngadalshëm se i pari.Si rezultat, kërkohet një temperaturë e lartë për një kohë të arsyeshme tharjeje, e cila rrit rrezikun e formimit të flluskave brenda kampionit.Ky problem zgjidhet duke prezantuar një metodë alternative të kristalizimit të bazuar jo në ndryshimin e përqendrimit (avullim), por në ndryshimin e temperaturës (si në shembullin me MgSO4 në Fig. 13).
Paraqitja skematike e procesit të kristalizimit gjatë ftohjes dhe ndarjes së fazave të ngurta dhe të lëngëta duke përdorur MgSO4.
Tretësirat e ngopura të kripës mund të përgatiten në ose mbi temperaturën e dhomës (HT) duke përdorur këtë metodë.Në rastin e parë, kristalizimi u detyrua duke ulur temperaturën nën temperaturën e dhomës.Në rastin e dytë, kristalizimi ndodhi kur kampioni u fto në temperaturën e dhomës (RT).Rezultati është një përzierje e kristaleve (B) dhe e tretur (A), pjesa e lëngshme e së cilës hiqet nga ajri i kompresuar.Kjo qasje jo vetëm që shmang formimin e një filmi mbi këto hidrate, por gjithashtu redukton kohën e nevojshme për përgatitjen e përbërësve të tjerë.Megjithatë, heqja e lëngut nga ajri i kompresuar çon në kristalizimin shtesë të kripës, duke rezultuar në një shtresë më të trashë.
Një metodë tjetër që mund të përdoret për të veshur sipërfaqet metalike përfshin prodhimin e drejtpërdrejtë të kripërave të synuara nëpërmjet reaksioneve kimike.Këmbyesit e nxehtësisë të veshura të bëra nga reaksioni i acideve në sipërfaqet metalike të pendëve dhe tubave kanë një sërë përparësish, siç është raportuar në studimin tonë të mëparshëm.Aplikimi i kësaj metode në fibra çoi në rezultate shumë të dobëta për shkak të formimit të gazrave gjatë reaksionit.Presioni i flluskave të gazit të hidrogjenit krijohet brenda sondës dhe zhvendoset ndërsa produkti nxirret (Fig. 14a).
Veshja është modifikuar përmes një reaksioni kimik për të kontrolluar më mirë trashësinë dhe shpërndarjen e veshjes.Kjo metodë përfshin kalimin e një rryme mjegull acidi përmes kampionit (Figura 14b).Kjo pritet të rezultojë në një shtresë uniforme nga reagimi me metalin e nënshtresës.Rezultatet ishin të kënaqshme, por procesi ishte shumë i ngadalshëm për t'u konsideruar si një metodë efektive (Fig. 14c).Kohët më të shkurtra të reagimit mund të arrihen me ngrohje të lokalizuar.
Për të kapërcyer disavantazhet e metodave të mësipërme, është studiuar një metodë veshjeje e bazuar në përdorimin e ngjitësve.HEC u zgjodh në bazë të rezultateve të paraqitura në seksionin e mëparshëm.Të gjitha mostrat u përgatitën me 3% peshë.Lidhësi përzihet me kripë.Fijet u trajtuan paraprakisht sipas të njëjtës procedurë si për brinjët, dmth ngjyhet në 50% vol.brenda 15 minutave.acid sulfurik, më pas futet në hidroksid natriumi për 20 sekonda, lahet në ujë të distiluar dhe në fund zhytet në ujë të distiluar për 30 minuta.Në këtë rast, një hap shtesë u shtua para impregnimit.Zhyteni kampionin për pak kohë në një solucion të holluar kripe të synuar dhe thajeni në afërsisht 60°C.Procesi është projektuar për të modifikuar sipërfaqen e metalit, duke krijuar vende bërthamore që përmirësojnë shpërndarjen e veshjes në fazën përfundimtare.Struktura fibroze ka një anë ku filamentet janë më të hollë dhe të ngjeshur fort, dhe anën e kundërt ku fijet janë më të trasha dhe më pak të shpërndara.Ky është rezultat i 52 proceseve të prodhimit.
Rezultatet për klorurin e kalciumit (CaCl2) janë përmbledhur dhe ilustruar me fotot në tabelën 1. Mbulim i mirë pas inokulimit.Edhe ato fije pa kristale të dukshme në sipërfaqe kishin reduktuar reflektimet metalike, duke treguar një ndryshim në përfundim.Megjithatë, pasi mostrat u ngopën me një përzierje ujore të CaCl2 dhe HEC dhe u thanë në një temperaturë prej rreth 60°C, veshjet u përqendruan në kryqëzimet e strukturave.Ky është një efekt i shkaktuar nga tensioni sipërfaqësor i tretësirës.Pas njomjes, lëngu mbetet brenda kampionit për shkak të tensionit të tij sipërfaqësor.Në thelb ajo ndodh në kryqëzimin e strukturave.Ana më e mirë e ekzemplarit ka disa vrima të mbushura me kripë.Pesha u rrit me 0.06 g/cm3 pas veshjes.
Veshja me sulfat magnezi (MgSO4) prodhoi më shumë kripë për njësi vëllimi (Tabela 2).Në këtë rast, rritja e matur është 0,09 g/cm3.Procesi i mbjelljes rezultoi në mbulim të gjerë të mostrës.Pas procesit të veshjes, kripa bllokon zona të mëdha të anës së hollë të kampionit.Përveç kësaj, disa zona të mat janë të bllokuara, por ruhet një porozitet.Në këtë rast, formimi i kripës vërehet lehtësisht në kryqëzimin e strukturave, duke konfirmuar se procesi i veshjes është kryesisht për shkak të tensionit sipërfaqësor të lëngut, dhe jo ndërveprimit midis kripës dhe substratit metalik.
Rezultatet për kombinimin e klorurit të stronciumit (SrCl2) dhe HEC treguan veti të ngjashme me shembujt e mëparshëm (Tabela 3).Në këtë rast, ana më e hollë e kampionit është pothuajse plotësisht e mbuluar.Vetëm poret individuale janë të dukshme, të formuara gjatë tharjes si rezultat i lëshimit të avullit nga kampioni.Modeli i vërejtur në anën mat është shumë i ngjashëm me rastin e mëparshëm, zona është e bllokuar me kripë dhe fijet nuk janë plotësisht të mbuluara.
Për të vlerësuar efektin pozitiv të strukturës fibroze në performancën termike të shkëmbyesit të nxehtësisë, u përcaktua përçueshmëria termike efektive e strukturës fibroze të veshur dhe u krahasua me materialin e pastër të veshjes.Përçueshmëria termike është matur sipas ASTM D 5470-2017 duke përdorur pajisjen me panel të sheshtë të paraqitur në Figurën 15a duke përdorur një material referencë me përçueshmëri termike të njohur.Krahasuar me metodat e tjera të matjes kalimtare, ky parim është i favorshëm për materialet poroze të përdorura në studimin aktual, pasi matjet kryhen në një gjendje të qëndrueshme dhe me një madhësi të mjaftueshme kampioni (sipërfaqja bazë 30 × 30 mm2, lartësia afërsisht 15 mm).Mostrat e materialit të pastër të veshjes (referenca) dhe strukturës së fibrës së veshur u përgatitën për matje në drejtimin e fibrës dhe pingul me drejtimin e fibrës për të vlerësuar efektin e përçueshmërisë termike anizotropike.Mostrat u bluan në sipërfaqe (zhavorr P320) për të minimizuar efektin e vrazhdësisë së sipërfaqes për shkak të përgatitjes së mostrës, e cila nuk pasqyron strukturën brenda kampionit.