Хвала вам што сте посетили Натуре.цом.Верзија претраживача коју користите има ограничену подршку за ЦСС.За најбоље искуство препоручујемо да користите ажурирани прегледач (или онемогућите режим компатибилности у Интернет Екплорер-у).У међувремену, да бисмо обезбедили сталну подршку, приказаћемо сајт без стилова и ЈаваСцрипт-а.
Тржишни удео адсорпционих расхладних система и топлотних пумпи је још увек релативно мали у поређењу са традиционалним компресорским системима.Упркос огромној предности коришћења јефтине топлоте (уместо скупих електричних радова), примена система заснованих на принципима адсорпције је и даље ограничена на неколико специфичних примена.Главни недостатак који треба елиминисати је смањење специфичне снаге због ниске топлотне проводљивости и ниске стабилности адсорбента.Тренутни комерцијални адсорпциони расхладни системи засновани су на адсорберима заснованим на плочастим измењивачима топлоте обложеним ради оптимизације капацитета хлађења.Резултати су добро познати да смањење дебљине превлаке доводи до смањења импедансе преноса масе, а повећање односа површине и запремине проводних структура повећава снагу без угрожавања ефикасности.Метална влакна која се користе у овом раду могу да обезбеде специфичну површину у распону од 2500–50.000 м2/м3.Три методе за добијање веома танких, али стабилних премаза од хидрата соли на металним површинама, укључујући метална влакна, за производњу премаза по први пут показују измењивач топлоте велике густине.Површинска обрада заснована на елоксирању алуминијума је изабрана да створи чвршћу везу између премаза и подлоге.Микроструктура настале површине је анализирана помоћу скенирајуће електронске микроскопије.За проверу присуства жељене врсте у тесту коришћене су инфрацрвена спектроскопија са Фоуриер-овом трансформацијом смањене укупне рефлексије и спектроскопија рендгенских зрака дисперзије енергије.Њихова способност да формирају хидрате потврђена је комбинованом термогравиметријском анализом (ТГА)/диференцијалном термогравиметријском анализом (ДТГ).Лош квалитет преко 0,07 г (вода)/г (композит) је пронађен у МгСО4 премазу, који показује знаке дехидрације на око 60 °Ц и поновљив након рехидратације.Позитивни резултати су такође добијени са СрЦл2 и ЗнСО4 са разликом масе од око 0,02 г/г испод 100 °Ц.Као адитив за повећање стабилности и адхезије премаза изабрана је хидроксиетилцелулоза.Адсорптивна својства производа су процењена истовременим ТГА-ДТГ и њихова адхезија је окарактерисана методом заснованом на тестовима описаним у ИСО2409.Конзистентност и адхезија ЦаЦл2 премаза је значајно побољшана уз одржавање његовог капацитета адсорпције са разликом у тежини од око 0,1 г/г на температурама испод 100 °Ц.Поред тога, МгСО4 задржава способност формирања хидрата, показујући разлику у маси већу од 0,04 г/г на температурама испод 100 °Ц.На крају се испитују обложена метална влакна.Резултати показују да ефективна топлотна проводљивост структуре влакана обложене Ал2(СО4)3 може бити 4,7 пута већа у односу на запремину чистог Ал2(СО4)3.Превлака испитиваних премаза је визуелно испитана, а унутрашња структура је процењена помоћу микроскопске слике попречних пресека.Добијен је премаз од Ал2(СО4)3 дебљине око 50 µм, али цео процес мора бити оптимизован да би се постигла уједначенија дистрибуција.
Адсорпциони системи су придобили велику пажњу у последњих неколико деценија јер пружају еколошки прихватљиву алтернативу традиционалним компресијским топлотним пумпама или системима за хлађење.Са растућим стандардима удобности и глобалним просечним температурама, системи за адсорпцију могу смањити зависност од фосилних горива у блиској будућности.Поред тога, сва побољшања у адсорпционом хлађењу или топлотним пумпама могу се пренети на складиште топлотне енергије, што представља додатно повећање потенцијала за ефикасно коришћење примарне енергије.Главна предност адсорпционих топлотних пумпи и расхладних система је то што могу да раде са малом топлотном масом.То их чини погодним за изворе ниске температуре као што су соларна енергија или отпадна топлота.У погледу апликација за складиштење енергије, адсорпција има предност веће густине енергије и мање дисипације енергије у поређењу са складиштењем осетљиве или латентне топлоте.
Адсорпционе топлотне пумпе и системи за хлађење прате исти термодинамички циклус као и њихове парне компресије.Главна разлика је замена компоненти компресора адсорберима.Елемент је у стању да адсорбује пару расхладног средства ниског притиска на умереним температурама, испаравајући више расхладног средства чак и када је течност хладна.Неопходно је обезбедити стално хлађење адсорбера како би се искључила енталпија адсорпције (егзотерма).Адсорбер се регенерише на високој температури, што доводи до десорбовања пара расхладног средства.Загревање мора наставити да обезбеди енталпију десорпције (ендотермно).Пошто процесе адсорпције карактеришу промене температуре, велика густина снаге захтева високу топлотну проводљивост.Међутим, ниска топлотна проводљивост је далеко главни недостатак у већини примена.
Главни проблем проводљивости је повећање њене просечне вредности уз одржавање транспортне путање која обезбеђује проток адсорпционих/десорпционих пара.За ово се обично користе два приступа: композитни измењивачи топлоте и обложени измењивачи топлоте.Најпопуларнији и најуспешнији композитни материјали су они који користе адитиве на бази угљеника, односно експандирани графит, активни угаљ или угљенична влакна.Оливеира и др.2 импрегнирани експандирани графитни прах са калцијум хлоридом за производњу адсорбера са специфичним капацитетом хлађења (СЦП) до 306 В/кг и коефицијентом перформанси (ЦОП) до 0,46.Зајацзковски и др.3 је предложио комбинацију експандираног графита, угљеничних влакана и калцијум хлорида са укупном проводљивошћу од 15 В/мК.Јиан и сарадници4 су тестирали композите са експандираним природним графитом третираним сумпорном киселином (ЕНГ-ТСА) као супстратом у двостепеном циклусу хлађења адсорпције.Модел је предвидео ЦОП од 0,215 до 0,285 и СЦП од 161,4 до 260,74 В/кг.
Далеко најефикасније решење је обложени измењивач топлоте.Механизми облагања ових измењивача топлоте могу се поделити у две категорије: директна синтеза и лепкови.Најуспешнији метод је директна синтеза, која подразумева формирање адсорбујућих материјала директно на површини измењивача топлоте из одговарајућих реагенаса.Сотецх5 је патентирао методу за синтезу обложеног зеолита за употребу у серији хладњака произвођача Фахренхеит ГмбХ.Сцхнабел ет ал6 су тестирали перформансе два зеолита обложена нерђајућим челиком.Међутим, овај метод ради само са специфичним адсорбентима, што чини премазивање лепком занимљивом алтернативом.Везива су пасивне супстанце одабране да подрже адхезију сорбента и/или пренос масе, али не играју никакву улогу у адсорпцији или побољшању проводљивости.Френи и др.7 обложених алуминијумских измењивача топлоте са АКСОА-З02 зеолитом стабилизованим везивом на бази глине.Цалабресе и сар.8 су проучавали припрему зеолитних превлака са полимерним везивом.Амманн ет ал.9 су предложили методу за припрему порозних зеолитних превлака од магнетних смеша поливинил алкохола.Алуминијум (алуминијум) се такође користи као везиво 10 у адсорберу.Колико знамо, целулоза и хидроксиетил целулоза се користе само у комбинацији са физичким адсорбентима11,12.Понекад се лепак не користи за фарбање, већ се користи за самосталну изградњу структуре 13.Комбинација алгинатних полимерних матрица са вишеструким хидратима соли формира флексибилне композитне структуре перли које спречавају цурење током сушења и обезбеђују адекватан пренос масе.Глине као што су бентонит и атапулгит коришћене су као везива за припрему композита15,16,17.Етилцелулоза је коришћена за микрокапсулирање калцијум хлорида18 или натријум сулфида19.
Композити са порозном металном структуром могу се поделити на адитивне измењиваче топлоте и обложене измењиваче топлоте.Предност ових структура је велика специфична површина.Ово резултира већом површином контакта између адсорбента и метала без додавања инертне масе, што смањује укупну ефикасност циклуса хлађења.Ланг ет ал.20 побољшали су укупну проводљивост зеолитног адсорбера са структуром алуминијумског саћа.Гиллерминот ет ал.21 побољшао топлотну проводљивост слојева НаКс зеолита са пеном од бакра и никла.Иако се композити користе као материјали за промену фазе (ПЦМ), налази Ли и сар.22 и Зхао ет ал.23 су такође од интереса за хемисорпцију.Они су упоредили перформансе експандираног графита и металне пене и закључили да је ово друго пожељније само ако корозија није проблем.Паломба и др.недавно су упоредили друге металне порозне структуре24.Ван дер Пал и др.проучавали металне соли уграђене у пене 25 .Сви претходни примери одговарају густим слојевима адсорбената честица.Металне порозне структуре се практично не користе за облагање адсорбера, што је оптималније решење.Пример везивања за зеолите може се наћи у Виттстадт ет ал.26 али није учињен ниједан покушај да се хидрати соли вежу упркос њиховој већој густини енергије 27 .
Стога ће у овом чланку бити истражене три методе за припрему адсорбентских премаза: (1) наношење везивног премаза, (2) директна реакција и (3) површинска обрада.Хидроксиетилцелулоза је била везиво избора у овом раду због раније објављене стабилности и добре адхезије премаза у комбинацији са физичким адсорбентима.Овај метод је првобитно испитиван за равне премазе, а касније примењен на структуре од металних влакана.Претходно је објављена прелиминарна анализа могућности хемијских реакција са формирањем адсорбујућих превлака.Претходно искуство се сада преноси на облагање структура од металних влакана.Површинска обрада одабрана за овај рад је метода заснована на елоксирању алуминијума.Елоксирање алуминијума је успешно комбиновано са металним солима у естетске сврхе29.У овим случајевима се могу добити врло стабилни премази отпорни на корозију.Међутим, они не могу да изврше никакав процес адсорпције или десорпције.Овај рад представља варијанту овог приступа која омогућава померање масе коришћењем адхезивних својстава оригиналног процеса.Колико нам је познато, ниједна од овде описаних метода није претходно проучавана.Представљају веома интересантну нову технологију јер омогућавају формирање хидратисаних адсорбентских превлака, које имају низ предности у односу на често проучаване физичке адсорбенте.
Штанцане алуминијумске плоче које се користе као подлоге за ове експерименте обезбедио је АЛИНВЕСТ Бридлична, Чешка Република.Садрже 98,11% алуминијума, 1,3622% гвожђа, 0,3618% мангана и трагове бакра, магнезијума, силицијума, титанијума, цинка, хрома и никла.
Материјали који се бирају за израду композита бирају се у складу са њиховим термодинамичким својствима, односно у зависности од количине воде коју могу да адсорбују/десорбују на температурама испод 120°Ц.
Магнезијум сулфат (МгСО4) је једна од најзанимљивијих и најистраженијих хидратисаних соли30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Термодинамичка својства су систематски мерена и утврђено је да су погодне за примену у областима адсорпционог хлађења, топлотних пумпи и складиштења енергије.Коришћен је суви магнезијум сулфат ЦАС-Нр.7487-88-9 99% (Груссинг ГмбХ, Филсум, Ниедерсацхсен, Немачка).
Калцијум хлорид (ЦаЦл2) (Х319) је још једна добро проучавана со јер њен хидрат има интересантна термодинамичка својства41,42,43,44.Калцијум хлорид хексахидрат ЦАС-бр.7774-34-7 97% искоришћено (Груссинг, ГмбХ, Филсум, Ниедерсацхсен, Немачка).
Цинк сулфат (ЗнСО4) (Х3О2, Х318, Х410) и његови хидрати имају термодинамичка својства погодна за процесе адсорпције на ниским температурама45,46.Употребљен је цинк сулфат хептахидрат ЦАС-Нр.7733-02-0 99,5% (Груссинг ГмбХ, Филсум, Ниедерсацхсен, Немачка).
Стронцијум хлорид (СрЦл2) (Х318) такође има интересантна термодинамичка својства4,45,47 иако се често комбинује са амонијаком у адсорпционој топлотној пумпи или истраживању складиштења енергије.За синтезу је коришћен стронцијум хлорид хексахидрат ЦАС-Нр.10.476-85-4 99,0–102,0% (Сигма Алдрицх, Ст. Лоуис, Миссоури, УСА).
Бакар сулфат (ЦуСО4) (Х302, Х315, Х319, Х410) није међу хидратима који се често налазе у стручној литератури, иако су његова термодинамичка својства од интереса за примену на ниским температурама48,49.За синтезу је коришћен бакар сулфат ЦАС-Нр.7758-99-8 99% (Сигма Алдрицх, Ст. Лоуис, МО, УСА).
Магнезијум хлорид (МгЦл2) је једна од хидратисаних соли којој се у последње време посвећује већа пажња у области складиштења топлотне енергије50,51.За експерименте је коришћен магнезијум хлорид хексахидрат ЦАС-Нр.7791-18-6 чистог фармацеутског квалитета (Апплицхем ГмбХ., Дармстадт, Немачка).
Као што је горе поменуто, хидроксиетил целулоза је изабрана због позитивних резултата у сличним применама.Материјал који се користи у нашој синтези је хидроксиетил целулоза ЦАС-Нр 9004-62-0 (Сигма Алдрицх, Ст. Лоуис, МО, УСА).
Метална влакна су направљена од кратких жица спојених заједно компресијом и синтеровањем, процесом познатим као екстракција растопљеном лонцем (ЦМЕ)52.То значи да њихова топлотна проводљивост зависи не само од обимне проводљивости метала који се користе у производњи и порозности завршне структуре, већ и од квалитета веза између навоја.Влакна нису изотропна и имају тенденцију да се током производње распореде у одређеном правцу, што чини топлотну проводљивост у попречном правцу знатно нижом.
Својства апсорпције воде су испитивана коришћењем симултане термогравиметријске анализе (ТГА)/диференцијалне термогравиметријске анализе (ДТГ) у вакуум паковању (Нетзсцх ТГ 209 Ф1 Либра).Мерења су изведена у проточној атмосфери азота при брзини протока од 10 мл/мин и температурном опсегу од 25 до 150°Ц у лонцима од алуминијум-оксида.Брзина загревања је била 1 °Ц/мин, тежина узорка је варирала од 10 до 20 мг, резолуција је била 0,1 μг.У овом раду треба напоменути да разлика масе по јединици површине има велику несигурност.Узорци који се користе у ТГА-ДТГ су веома мали и неправилно исечени, што чини њихово одређивање површине нетачним.Ове вредности се могу екстраполирати на веће подручје само ако се узму у обзир велика одступања.
Инфрацрвени (АТР-ФТИР) спектри ослабљене тоталне рефлексије су добијени на Брукер Вертек 80 в ФТИР спектрометру (Брукер Оптик ГмбХ, Лајпциг, Немачка) коришћењем АТР платинастог прибора (Брукер Оптик ГмбХ, Немачка).Спектри чистих сувих дијамантских кристала мерени су директно у вакууму пре употребе узорака као позадине за експериментална мерења.Узорци су мерени у вакууму коришћењем спектралне резолуције од 2 цм-1 и просечног броја скенирања од 32. Опсег таласног броја од 8000 до 500 цм-1.Спектрална анализа је урађена помоћу програма ОПУС.
СЕМ анализа је извршена коришћењем ДСМ 982 Гемини из Зеисс-а при убрзавајућим напонима од 2 и 5 кВ.Енергетски дисперзивна рендгенска спектроскопија (ЕДКС) је изведена коришћењем Тхермо Фисцхер система 7 са Пелтиеровим хлађеним детектором силицијумског дрифта (ССД).
Припрема металних плоча је обављена према поступку сличном оном описаном у 53. Прво потопите плочу у 50% сумпорну киселину.15 минута.Затим су уведени у 1 М раствор натријум хидроксида на око 10 секунди.Затим су узорци испрани великом количином дестиловане воде, а затим потопљени у дестиловану воду 30 минута.После прелиминарне површинске обраде, узорци су потопљени у 3% засићени раствор.ХЕЦ и циљна со.На крају их извадите и осушите на 60°Ц.
Метода анодизације побољшава и јача природни слој оксида на пасивном металу.Алуминијумске плоче су елоксиране сумпорном киселином у очврслом стању, а затим затворене у врућој води.Анодизација је уследила након почетног нагризања са 1 мол/л НаОХ (600 с), након чега је уследила неутрализација у 1 мол/л ХНО3 (60 с).Раствор електролита је мешавина 2,3 М Х2СО4, 0,01 М Ал2(СО4)3 и 1 М МгСО4 + 7Х2О.Анодизација је изведена на (40 ± 1)°Ц, 30 мА/цм2 током 1200 секунди.Процес заптивања је спроведен у различитим растворима соли као што је описано у материјалима (МгСО4, ЦаЦл2, ЗнСО4, СрЦл2, ЦуСО4, МгЦл2).Узорак се у њему кува 1800 секунди.
Испитиване су три различите методе за производњу композита: адхезивни премаз, директна реакција и површинска обрада.Систематски се анализирају и дискутују предности и недостаци сваке методе обуке.За процену резултата коришћено је директно посматрање, наноимагинг и хемијска/елементна анализа.
Анодизација је изабрана као метода обраде површине конверзије да би се повећала адхезија хидрата соли.Ова површинска обрада ствара порозну структуру глинице (глинице) директно на површини алуминијума.Традиционално, ова метода се састоји од две фазе: прва фаза ствара порозну структуру алуминијум оксида, а друга фаза ствара премаз од алуминијум хидроксида који затвара поре.Следе две методе блокирања соли без блокирања приступа гасној фази.Први се састоји од система саћа који користи мале цеви од алуминијум-оксида (Ал2О3) добијене у првом кораку за држање кристала адсорбента и повећање његове адхезије на металне површине.Добијено саће има пречник од око 50 нм и дужину од 200 нм (сл. 1а).Као што је раније поменуто, ове шупљине се обично затварају у другом кораку са танким слојем Ал2О(ОХ)2 бемита подржаним процесом кључања у алуминијумској цеви.У другој методи, овај процес заптивања је модификован на начин да се кристали соли заробе у равномерно покривајући слој бемита (Ал2О(ОХ)), који се у овом случају не користи за заптивање.Друга фаза се изводи у засићеном раствору одговарајуће соли.Описани узорци имају величине у опсегу од 50–100 нм и изгледају као прскане капи (слика 1б).Површина добијена као резултат процеса заптивања има изражену просторну структуру са повећаном површином контакта.Овај површински узорак, заједно са њиховим бројним конфигурацијама везивања, идеалан је за ношење и држање кристала соли.Обе описане структуре изгледају као да су заиста порозне и имају мале шупљине које изгледају као да су погодне за задржавање хидрата соли и адсорбовање пара на со током рада адсорбера.Међутим, елементарна анализа ових површина коришћењем ЕДКС-а може открити количине магнезијума и сумпора у траговима на површини бемита, које се не детектују у случају површине глинице.
АТР-ФТИР узорка је потврдио да је елемент магнезијум сулфат (види слику 2б).Спектар показује карактеристичне пикове сулфатних јона на 610–680 и 1080–1130 цм–1 и карактеристичне пикове воде на решетки на 1600–1700 цм–1 и 3200–3800 цм–1 (види слику 2а, ц).).Присуство јона магнезијума скоро да не мења спектар54.
(а) ЕДКС алуминијумске плоче МгСО4 обложене бемитом, (б) АТР-ФТИР спектри превлака бемита и МгСО4, (ц) АТР-ФТИР спектри чистог МгСО4.
Одржавање ефикасности адсорпције потврђено је ТГА.На сл.3б приказује пик десорпције од прибл.ден: 60°Ц.Овај пик не одговара температури два пика уочена у ТГА чисте соли (слика 3а).Процењена је поновљивост циклуса адсорпција-десорпција, а иста крива је уочена након постављања узорака у влажну атмосферу (слика 3ц).Разлике уочене у другој фази десорпције могу бити резултат дехидрације у проточној атмосфери, јер то често доводи до непотпуне дехидрације.Ове вредности одговарају приближно 17,9 г/м2 у првом одводњавању и 10,3 г/м2 у другом одводњавању.
Поређење ТГА анализе бемита и МгСО4: ТГА анализа чистог МгСО4 (а), смеше (б) и након рехидратације (ц).
Иста метода је спроведена са калцијум хлоридом као адсорбентом.Резултати су приказани на слици 4. Визуелним прегледом површине откривене су мање промене у металном сјају.Крзно се једва види.СЕМ је потврдио присуство малих кристала равномерно распоређених по површини.Међутим, ТГА није показао дехидрацију испод 150 ° Ц.Ово може бити због чињенице да је удео соли премали у поређењу са укупном масом супстрата за детекцију помоћу ТГА.
Резултати површинске обраде премаза бакар сулфата методом елоксирања приказани су на сл.5. У овом случају није дошло до очекиване инкорпорације ЦуСО4 у структуру Ал оксида.Уместо тога, примећују се лабаве игле јер се обично користе за бакар хидроксид Цу(ОХ)2 који се користи са типичним тиркизним бојама.
Анодизована површинска обрада је такође тестирана у комбинацији са стронцијум хлоридом.Резултати су показали неуједначену покривеност (видети слику 6а).Да би се утврдило да ли је со прекривала целу површину, урађена је ЕДКС анализа.Крива за тачку у сивој области (тачка 1 на слици 6б) показује мало стронцијума и много алуминијума.Ово указује на низак садржај стронцијума у ​​мереној зони, што, заузврат, указује на ниску покривеност стронцијум хлоридом.Насупрот томе, беле области имају висок садржај стронцијума и низак садржај алуминијума (тачке 2–6 на слици 6б).ЕДКС анализа беле области показује тамније тачке (тачке 2 и 4 на слици 6б), са мало хлора и високим садржајем сумпора.Ово може указивати на формирање стронцијум сулфата.Светлије тачке одражавају висок садржај хлора и низак садржај сумпора (тачке 3, 5 и 6 на слици 6б).Ово се може објаснити чињеницом да се главни део белог премаза састоји од очекиваног стронцијум хлорида.ТГА узорка је потврдила интерпретацију анализе са пиком на карактеристичној температури чистог стронцијум хлорида (слика 6ц).Њихова мала вредност може се оправдати малом фракцијом соли у поређењу са масом металног носача.Десорпциона маса одређена у експериментима одговара количини од 7,3 г/м2 која се издваја по јединици површине адсорбера на температури од 150°Ц.
Такође су тестирани премази цинк сулфата третирани елоксалом.Макроскопски, премаз је веома танак и уједначен слој (сл. 7а).Међутим, СЕМ је открио површину прекривену малим кристалима одвојеним празним површинама (слика 7б).ТГА премаза и супстрата је упоређен са оном чисте соли (Слика 7ц).Чиста со има један асиметрични врх на 59,1°Ц.Обложени алуминијум је показао два мала пика на 55,5°Ц и 61,3°Ц, што указује на присуство цинк сулфат хидрата.Разлика у маси откривена у експерименту одговара 10,9 г/м2 на температури дехидратације од 150°Ц.
Као иу претходној пријави53, хидроксиетил целулоза је коришћена као везиво да би се побољшала адхезија и стабилност превлаке сорбента.Компатибилност материјала и ефекат на перформансе адсорпције је процењен помоћу ТГА.Анализа се врши у односу на укупну масу, односно узорак садржи металну плочу која се користи као подлога за премазивање.Адхезија се тестира тестом заснованим на тесту унакрсног зареза дефинисаног у спецификацији ИСО2409 (не може задовољити спецификацију раздвајања зареза у зависности од дебљине и ширине спецификације).
Премазивање панела калцијум хлоридом (ЦаЦл2) (види слику 8а) резултирало је неуједначеном расподелом, што није примећено код чистог алуминијумског премаза коришћеног за тест попречног зареза.У поређењу са резултатима за чисти ЦаЦл2, ТГА (слика 8б) показује два карактеристична пика померена ка нижим температурама од 40 и 20°Ц, респективно.Тест попречног пресека не дозвољава објективно поређење јер је чисти узорак ЦаЦл2 (узорак десно на слици 8ц) прашкасти преципитат, који уклања најгорње честице.Резултати ХЕЦ-а су показали веома танак и уједначен премаз са задовољавајућом адхезијом.Разлика у маси приказана на сл.8б одговара 51,3 г/м2 по јединици површине адсорбера на температури од 150°Ц.
Позитивни резултати у погледу адхезије и униформности такође су добијени са магнезијум сулфатом (МгСО4) (види слику 9).Анализа процеса десорпције превлаке показала је присуство једног пика од цца.ден: 60°Ц.Ова температура одговара главном кораку десорпције који се види у дехидратацији чистих соли, што представља други корак на 44°Ц.Одговара преласку из хексахидрата у пентахидрат и не примећује се у случају премаза са везивом.Тестови попречног пресека показују побољшану дистрибуцију и адхезију у поређењу са премазима направљеним коришћењем чисте соли.Разлика у маси примећена у ТГА-ДТЦ одговара 18,4 г/м2 по јединици површине адсорбера на температури од 150°Ц.
Због неправилности површине, стронцијум хлорид (СрЦл2) има неравну превлаку на ребрима (сл. 10а).Међутим, резултати теста попречног зареза су показали уједначену дистрибуцију уз значајно побољшану адхезију (слика 10ц).ТГА анализа је показала веома малу разлику у тежини, што мора бити последица нижег садржаја соли у поређењу са металном подлогом.Међутим, кораци на кривој показују присуство процеса дехидрације, иако је врх повезан са температуром добијеном када се карактерише чиста со.Пикови на 110°Ц и 70,2°Ц примећени на Сл.10б су такође пронађени приликом анализе чисте соли.Међутим, главни корак дехидрације примећен у чистој соли на 50°Ц није се одразио на криве које су користиле везиво.Насупрот томе, мешавина везива је показала два пика на 20,2°Ц и 94,1°Ц, који нису мерени за чисту со (слика 10б).На температури од 150 °Ц, уочена разлика у маси одговара 7,2 г/м2 по јединици површине адсорбера.
Комбинација ХЕЦ и цинк сулфата (ЗнСО4) није дала прихватљиве резултате (слика 11).ТГА анализа обложеног метала није открила никакве процесе дехидрације.Иако су дистрибуција и адхезија премаза побољшани, његова својства су још увек далеко од оптималних.
Најједноставнији начин премазивања металних влакана танким и уједначеним слојем је мокра импрегнација (слика 12а), која обухвата припрему циљне соли и импрегнацију металних влакана воденим раствором.
Приликом припреме за мокру импрегнацију наилазе се на два главна проблема.С једне стране, површински напон физиолошког раствора спречава правилно уграђивање течности у порозну структуру.Кристализација на спољној површини (слика 12д) и ваздушни мехурићи заробљени унутар структуре (слика 12ц) могу се смањити само смањењем површинског напона и претходним влажењем узорка дестилованом водом.Присилно растварање у узорку евакуацијом ваздуха унутар или стварањем протока раствора у структури су други ефикасни начини да се обезбеди потпуно пуњење структуре.
Други проблем на који смо наишли током припреме било је уклањање филма са дела соли (види слику 12б).Ову појаву карактерише формирање сувог премаза на површини растварања, који зауставља конвективно стимулисано сушење и покреће процес стимулисан дифузијом.Други механизам је много спорији од првог.Као резултат, потребна је висока температура за разумно време сушења, што повећава ризик од стварања мехурића унутар узорка.Овај проблем је решен увођењем алтернативног метода кристализације заснованог не на промени концентрације (испаравања), већ на промени температуре (као у примеру са МгСО4 на слици 13).
Шематски приказ процеса кристализације при хлађењу и одвајању чврсте и течне фазе коришћењем МгСО4.
Засићени раствори соли могу се припремити на или изнад собне температуре (ХТ) користећи овај метод.У првом случају, кристализација је форсирана снижавањем температуре испод собне температуре.У другом случају, кристализација је настала када је узорак охлађен на собну температуру (РТ).Резултат је мешавина кристала (Б) и растворених (А), чији се течни део уклања компримованим ваздухом.Овај приступ не само да избегава стварање филма на овим хидратима, већ и смањује време потребно за припрему других композита.Међутим, уклањање течности компримованим ваздухом доводи до додатне кристализације соли, што резултира дебљим премазом.
Друга метода која се може користити за премазивање металних површина укључује директну производњу циљних соли путем хемијских реакција.Обложени измењивачи топлоте направљени реакцијом киселина на металним површинама ребара и цеви имају низ предности, као што је наведено у нашој претходној студији.Примена ове методе на влакна је довела до веома лоших резултата услед стварања гасова током реакције.Притисак мехурића водоничног гаса се ствара унутар сонде и помера се како се производ избацује (слика 14а).
Премаз је модификован хемијском реакцијом како би се боље контролисала дебљина и дистрибуција премаза.Ова метода укључује пропуштање струје киселе магле кроз узорак (Слика 14б).Очекује се да ће ово резултирати уједначеним премазом реакцијом са металом подлоге.Резултати су били задовољавајући, али је процес био сувише спор да би се сматрао ефикасном методом (слика 14ц).Краће време реакције се може постићи локализованим загревањем.
Да би се превазишли недостаци наведених метода, проучавана је метода премазивања заснована на употреби лепкова.ХЕЦ је изабран на основу резултата представљених у претходном одељку.Сви узорци су припремљени са 3% теж.Везиво се помеша са сољу.Влакна су претходно обрађена по истом поступку као и за ребра, односно натопљена у 50% вол.у року од 15 минута.сумпорне киселине, затим натопљене натријум хидроксидом 20 секунди, испране дестилованом водом и на крају потопљене у дестилованој води 30 минута.У овом случају је додат додатни корак пре импрегнације.Узорак накратко потопити у разблажен циљни раствор соли и осушити на приближно 60°Ц.Процес је дизајниран да модификује површину метала, стварајући места нуклеације која побољшавају дистрибуцију премаза у завршној фази.Влакнаста структура има једну страну где су филаменти тањи и чврсто збијени, и супротну страну где су филаменти дебљи и мање распоређени.Ово је резултат 52 производна процеса.
Резултати за калцијум хлорид (ЦаЦл2) су сумирани и илустровани сликама у табели 1. Добра покривеност након инокулације.Чак и они праменови без видљивих кристала на површини имали су смањене металне рефлексије, што указује на промену завршне обраде.Међутим, након што су узорци импрегнирани воденом смешом ЦаЦл2 и ХЕЦ и осушени на температури од око 60°Ц, премази су концентрисани на пресецима структура.Ово је ефекат изазван површинским напоном раствора.Након намакања, течност остаје унутар узорка због своје површинске напетости.У основи се јавља на раскрсници структура.Најбоља страна примерка има неколико рупа испуњених сољу.Тежина се након наношења премаза повећала за 0,06 г/цм3.
Премазивање магнезијум сулфатом (МгСО4) производи више соли по јединици запремине (Табела 2).У овом случају, измерени прираст је 0,09 г/цм3.Процес засијавања резултирао је широким покривањем узорка.Након процеса премазивања, со блокира велике површине танке стране узорка.Поред тога, неке области мат су блокиране, али је одређена порозност задржана.У овом случају, формирање соли се лако посматра на пресеку структура, што потврђује да је процес облагања углавном последица површинског напона течности, а не интеракције између соли и металне подлоге.
Резултати за комбинацију стронцијум хлорида (СрЦл2) и ХЕЦ показали су слична својства као у претходним примерима (Табела 3).У овом случају, тања страна узорка је скоро потпуно покривена.Видљиве су само појединачне поре, настале током сушења као резултат ослобађања паре из узорка.Уочен узорак на мат страни је веома сличан претходном случају, подручје је блокирано сољу и влакна нису потпуно прекривена.
Да би се проценио позитиван ефекат влакнасте структуре на топлотне перформансе измењивача топлоте, одређена је ефективна топлотна проводљивост обложене влакнасте структуре и упоређена са чистим материјалом за облагање.Топлотна проводљивост је мерена према АСТМ Д 5470-2017 коришћењем уређаја са равним панелом приказаног на слици 15а коришћењем референтног материјала са познатом топлотном проводљивошћу.У поређењу са другим прелазним методама мерења, овај принцип је повољан за порозне материјале који се користе у овој студији, пошто се мерења врше у стабилном стању и са довољном величином узорка (основна површина 30 × 30 мм2, висина приближно 15 мм).Узорци чистог материјала за облагање (референтни) и обложене влакнасте структуре припремљени су за мерења у правцу влакна и окомито на смер влакна да би се проценио ефекат анизотропне топлотне проводљивости.Узорци су брушени на површини (зрнатост П320) да би се смањио ефекат храпавости површине услед припреме узорка, која не одражава структуру унутар узорка.