Hatur nuhun parantos nganjang ka Nature.com. Versi browser anu anjeun anggo gaduh dukungan CSS anu terbatas. Pikeun pangalaman anu pangsaéna, kami nyarankeun anjeun nganggo browser anu diénggalan (atanapi mareuman Modeu Kompatibilitas dina Internet Explorer). Samentawis waktos, pikeun mastikeun dukungan anu terus-terusan, kami bakal ngarender situs tanpa gaya sareng JavaScript.
Pangsa pasar sistem pendingin adsorpsi sareng pompa panas masih relatif alit dibandingkeun sareng sistem kompresor tradisional. Sanaos aya kaunggulan anu ageung tina ngagunakeun panas anu murah (tinimbang padamelan listrik anu mahal), palaksanaan sistem dumasar kana prinsip adsorpsi masih diwatesan ku sababaraha aplikasi khusus. Kakurangan utama anu kedah dihapus nyaéta panurunan daya khusus kusabab konduktivitas termal anu handap sareng stabilitas adsorben anu handap. Sistem pendingin adsorpsi komérsial anu canggih ayeuna dumasar kana adsorber dumasar kana penukar panas pelat anu dilapis pikeun ngaoptimalkeun kapasitas pendinginan. Hasilna dipikanyaho yén ngirangan ketebalan palapis nyababkeun panurunan impedansi transfer massa, sareng ningkatkeun rasio luas permukaan kana volume struktur konduktif ningkatkeun daya tanpa ngorbankeun efisiensi. Serat logam anu dianggo dina karya ieu tiasa nyayogikeun luas permukaan khusus dina kisaran 2500–50.000 m2/m3. Tilu metode pikeun kéngingkeun palapis hidrat uyah anu ipis pisan tapi stabil dina permukaan logam, kalebet serat logam, pikeun produksi palapis nunjukkeun pikeun kahiji kalina penukar panas kapadetan daya anu luhur. Perlakuan permukaan dumasar kana anodisasi aluminium dipilih pikeun nyiptakeun beungkeutan anu langkung kuat antara palapis sareng substrat. Mikrostruktur permukaan anu dihasilkeun dianalisis nganggo mikroskop éléktron scanning. Spektroskopi infra red transformasi Fourier réfléksi total anu dikirangan sareng spéktroskopi sinar-X dispersif énergi dianggo pikeun mariksa ayana spésiés anu dipikahoyong dina uji coba. Kamampuhna pikeun ngabentuk hidrat dikonfirmasi ku analisis termogravimetrik gabungan (TGA) / analisis termogravimetrik diferensial (DTG). Kualitas anu goréng langkung ti 0,07 g (cai) / g (komposit) kapanggih dina palapis MgSO4, nunjukkeun tanda-tanda dehidrasi dina suhu sakitar 60 °C sareng tiasa diproduksi deui saatos rehidrasi. Hasil positip ogé diala ku SrCl2 sareng ZnSO4 kalayan bédana massa sakitar 0,02 g / g di handap 100 °C. Hidroksietilselulosa dipilih salaku aditif pikeun ningkatkeun stabilitas sareng adhesi palapis. Sipat adsorptif produk dievaluasi ku TGA-DTG sacara simultan sareng adhesi na dicirikeun ku metode anu dumasar kana tés anu dijelaskeun dina ISO2409. Konsistensi sareng adhesi lapisan CaCl2 ningkat sacara signifikan bari ngajaga kapasitas adsorpsi na kalayan bédana beurat sakitar 0,1 g/g dina suhu di handap 100 °C. Salaku tambahan, MgSO4 nahan kamampuan pikeun ngabentuk hidrat, nunjukkeun bédana massa langkung ti 0,04 g/g dina suhu di handap 100 °C. Pamungkas, serat logam anu dilapis ditalungtik. Hasilna nunjukkeun yén konduktivitas termal efektif tina struktur serat anu dilapis ku Al2(SO4)3 tiasa 4,7 kali langkung luhur dibandingkeun sareng volume Al2(SO4)3 murni. Lapisan lapisan anu ditalungtik ditalungtik sacara visual, sareng struktur internal dievaluasi nganggo gambar mikroskopis tina potongan melintang. Lapisan Al2(SO4)3 kalayan ketebalan sakitar 50 µm diala, tapi prosés sakabéhna kedah dioptimalkeun pikeun ngahontal distribusi anu langkung seragam.
Sistem adsorpsi parantos kéngingkeun seueur perhatian salami sababaraha dekade ka pengker sabab nyayogikeun alternatif anu ramah lingkungan pikeun pompa panas komprési tradisional atanapi sistem pendinginan. Kalayan ningkatna standar kanyamanan sareng suhu rata-rata global, sistem adsorpsi tiasa ngirangan katergantungan kana bahan bakar fosil dina waktos anu caket. Salaku tambahan, sagala pamutahiran dina pendinginan adsorpsi atanapi pompa panas tiasa dialihkeun ka panyimpenan énergi termal, anu ngagambarkeun paningkatan tambahan dina poténsi pikeun panggunaan énergi primér anu efisien. Kauntungan utama pompa panas adsorpsi sareng sistem pendinginan nyaéta aranjeunna tiasa beroperasi kalayan massa panas anu handap. Ieu ngajantenkeun aranjeunna cocog pikeun sumber suhu anu handap sapertos énergi surya atanapi panas runtah. Dina hal aplikasi panyimpenan énergi, adsorpsi ngagaduhan kaunggulan kapadetan énergi anu langkung luhur sareng disipasi énergi anu langkung sakedik dibandingkeun sareng panyimpenan panas sénsibel atanapi laten.
Pompa panas adsorpsi sareng sistem pendingin nuturkeun siklus termodinamika anu sami sareng sistem komprési uapna. Bédana utama nyaéta ngaganti komponén kompresor ku adsorber. Élémen ieu tiasa nyerep uap refrigeran tekanan rendah dina suhu sedeng, nguapkeun langkung seueur refrigeran sanaos cairan tiis. Penting pikeun mastikeun pendinginan adsorber anu konstan pikeun nyegah entalpi adsorpsi (éksotérm). Adsorber dihasilkeun deui dina suhu anu luhur, nyababkeun uap refrigeran desorpsi. Pemanasan kedah teras-terasan nyayogikeun entalpi desorpsi (éndotérmik). Kusabab prosés adsorpsi dicirikeun ku parobahan suhu, kapadetan daya anu luhur meryogikeun konduktivitas termal anu luhur. Nanging, konduktivitas termal anu handap mangrupikeun kalemahan utama dina kaseueuran aplikasi.
Masalah utama konduktivitas nyaéta pikeun ningkatkeun nilai rata-rata bari ngajaga jalur transportasi anu nyayogikeun aliran uap adsorpsi/désorpsi. Dua pendekatan anu umum dianggo pikeun ngahontal ieu: penukar panas komposit sareng penukar panas anu dilapis. Bahan komposit anu paling populér sareng suksés nyaéta anu nganggo aditif berbasis karbon, nyaéta grafit anu dilegaan, karbon aktif, atanapi serat karbon. Oliveira et al. 2 ngimpregnasi bubuk grafit anu dilegaan ku kalsium klorida pikeun ngahasilkeun adsorber kalayan kapasitas pendinginan khusus (SCP) dugi ka 306 W/kg sareng koefisien kinerja (COP) dugi ka 0,46. Zajaczkowski et al. 3 ngusulkeun kombinasi grafit anu dilegaan, serat karbon sareng kalsium klorida kalayan konduktivitas total 15 W/mK. Jian et al4 nguji komposit kalayan asam sulfat anu dirawat grafit alami anu dilegaan (ENG-TSA) salaku substrat dina siklus pendinginan adsorpsi dua tahap. Modél ieu ngaramalkeun COP ti 0,215 nepi ka 0,285 sareng SCP ti 161,4 nepi ka 260,74 W/kg.
Sajauh ieu, solusi anu paling layak nyaéta penukar panas anu dilapis. Mékanisme palapis tina penukar panas ieu tiasa dibagi kana dua kategori: sintésis langsung sareng perekat. Métode anu paling suksés nyaéta sintésis langsung, anu ngalibatkeun formasi bahan adsorpsi langsung dina permukaan penukar panas tina réagen anu pas. Sotech5 parantos mematenkeun metode pikeun nyintésis zeolit ​​​​dilapis pikeun dianggo dina séri pendingin anu diproduksi ku Fahrenheit GmbH. Schnabel et al.6 nguji kinerja dua zeolit ​​​​dilapis dina stainless steel. Nanging, metode ieu ngan ukur tiasa dianggo sareng adsorben khusus, anu ngajantenkeun palapis nganggo perekat janten alternatif anu pikaresepeun. Pangiket nyaéta zat pasif anu dipilih pikeun ngadukung adhesi sorben sareng / atanapi transfer massa, tapi henteu maénkeun peran dina adsorpsi atanapi paningkatan konduktivitas. Freni et al. 7 penukar panas aluminium anu dilapis ku zeolit ​​​​AQSOA-Z02 anu distabilisasi ku pangiket dumasar liat. Calabrese et al.8 nalungtik persiapan palapis zeolit ​​​​​​ku pangiket polimér. Ammann et al.9 ngusulkeun hiji metode pikeun nyiapkeun lapisan zeolit ​​​​berpori tina campuran magnét polivinil alkohol. Alumina (alumina) ogé dianggo salaku pangiket 10 dina adsorber. Numutkeun pangaweruh urang, selulosa sareng hidroksietil selulosa ngan dianggo digabungkeun sareng adsorben fisik 11,12. Kadang-kadang lem henteu dianggo pikeun cet, tapi dianggo pikeun ngawangun struktur 13 nyalira. Kombinasi matriks polimér alginat sareng sababaraha hidrat uyah ngabentuk struktur manik komposit fléksibel anu nyegah bocor nalika pangeringan sareng nyayogikeun transfer massa anu nyukupan. Lempung sapertos bentonit sareng atapulgit parantos dianggo salaku pangiket pikeun nyiapkeun komposit 15,16,17. Étilselulosa parantos dianggo pikeun mikroenkapsulasi kalsium klorida 18 atanapi natrium sulfida 19.
Komposit anu mibanda struktur logam porous tiasa dibagi kana penukar panas aditif sareng penukar panas anu dilapis. Kaunggulan tina struktur ieu nyaéta luas permukaan spésifik anu luhur. Ieu ngahasilkeun permukaan kontak anu langkung ageung antara adsorben sareng logam tanpa tambahan massa inert, anu ngirangan efisiensi sakabéh siklus pendinginan. Lang et al. 20 parantos ningkatkeun konduktivitas sakabéh adsorber zeolit ​​​​​​kalawan struktur sarang tawon aluminium. Gillerminot et al. 21 ningkatkeun konduktivitas termal lapisan zeolit ​​​​​​NaX kalayan busa tambaga sareng nikel. Sanaos komposit dianggo salaku bahan parobahan fase (PCM), panemuan Li et al. 22 sareng Zhao et al. 23 ogé pikaresepeun pikeun kemisorpsi. Aranjeunna ngabandingkeun kinerja grafit anu dilegaan sareng busa logam sareng nyimpulkeun yén anu terakhir langkung dipikaresep ngan upami korosi sanés masalah. Palomba et al. nembe ngabandingkeun struktur porous logam anu sanés24. Van der Pal et al. parantos nalungtik uyah logam anu dipasang dina busa 25. Sadaya conto sateuacana pakait sareng lapisan padet adsorben partikulat. Struktur logam anu porous sacara praktis henteu dianggo pikeun ngalapis adsorber, anu mangrupikeun solusi anu langkung optimal. Conto ngabeungkeut zeolit ​​​​tiasa dipendakan dina Wittstadt et al. 26 tapi teu acan aya usaha anu dilakukeun pikeun ngabeungkeut hidrat uyah sanaos kapadetan énergina langkung luhur 27.
Ku kituna, tilu metode pikeun nyiapkeun lapisan adsorben bakal ditalungtik dina tulisan ieu: (1) lapisan pangiket, (2) réaksi langsung, sareng (3) perlakuan permukaan. Hidroksietilselulosa mangrupikeun pangiket pilihan dina ieu karya kusabab stabilitas anu dilaporkeun sateuacanna sareng adhesi lapisan anu saé digabungkeun sareng adsorben fisik. Métode ieu mimitina ditalungtik pikeun lapisan datar sareng engké diterapkeun kana struktur serat logam. Sateuacanna, analisis awal ngeunaan kamungkinan réaksi kimia kalayan formasi lapisan adsorben dilaporkeun. Pangalaman sateuacana ayeuna ditransfer kana lapisan struktur serat logam. Perlakuan permukaan anu dipilih pikeun karya ieu nyaéta metode anu dumasar kana anodisasi aluminium. Anodisasi aluminium parantos suksés digabungkeun sareng uyah logam pikeun tujuan estetika29. Dina kasus ieu, lapisan anu stabil pisan sareng tahan korosi tiasa didapet. Nanging, aranjeunna henteu tiasa ngalaksanakeun prosés adsorpsi atanapi desorpsi. Makalah ieu nampilkeun varian tina pendekatan ieu anu ngamungkinkeun massa dipindahkeun nganggo sipat perekat tina prosés aslina. Sakumaha anu pangsaéna tina pangaweruh urang, teu aya metode anu dijelaskeun di dieu anu parantos ditalungtik sateuacanna. Éta ngawakilan téknologi anyar anu pikaresepeun pisan sabab ngamungkinkeun formasi lapisan adsorben terhidrasi, anu gaduh sababaraha kaunggulan dibandingkeun adsorben fisik anu sering ditalungtik.
Pelat aluminium anu dicap anu dianggo salaku substrat pikeun ékspérimén ieu disayogikeun ku ALINVEST Břidličná, Républik Céko. Éta ngandung 98,11% aluminium, 1,3622% beusi, 0,3618% mangan sareng sésa tambaga, magnésium, silikon, titanium, séng, kromium sareng nikel.
Bahan anu dipilih pikeun ngadamel komposit dipilih luyu sareng sipat termodinamika na, nyaéta, gumantung kana jumlah cai anu tiasa diserep/didesorpsi dina suhu di handap 120°C.
Magnésium sulfat (MgSO4) nyaéta salah sahiji uyah hidrat anu paling narik ati sareng ditalungtik30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Sipat termodinamika parantos diukur sacara sistematis sareng kapendak cocog pikeun aplikasi dina widang pendinginan adsorpsi, pompa panas sareng panyimpenan énergi. Magnésium sulfat garing CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman) dianggo.
Kalsium klorida (CaCl2) (H319) nyaéta uyah séjén anu geus ditalungtik kalawan hadé sabab hidratna miboga sipat termodinamika anu pikaresepeun41,42,43,44. Kalsium klorida heksahidrat CAS-No. 7774-34-7 97% dipaké (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman).
Séng sulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) sareng hidratna gaduh sipat termodinamika anu cocog pikeun prosés adsorpsi suhu handap. Séng sulfat heptahidrat CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Jerman) anu dianggo.
Strontium klorida (SrCl2) (H318) ogé ngagaduhan sipat termodinamika anu pikaresepeun4,45,47 sanaos sering digabungkeun sareng amonia dina pompa panas adsorpsi atanapi panilitian panyimpenan énergi. Strontium klorida heksahidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99,0–102,0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, AS) dianggo pikeun sintésis.
Tambaga sulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) sanés hidrat anu sering kapanggih dina literatur profésional, sanaos sipat termodinamika na pikaresepeun pikeun aplikasi suhu handap. Tambaga sulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) dianggo pikeun sintésisna.
Magnésium klorida (MgCl2) nyaéta salah sahiji uyah hidrat anu nembe nampi perhatian anu langkung ageung dina widang panyimpenan énergi termal50,51. Magnésium klorida heksahidrat CAS-Nr.7791-18-6 kelas farmasi murni (Applichem GmbH., Darmstadt, Jerman) dianggo pikeun ékspérimén.
Sakumaha anu parantos disebatkeun di luhur, hidroksietil selulosa dipilih kusabab hasil anu positip dina aplikasi anu sami. Bahan anu dianggo dina sintésis kami nyaéta hidroksietil selulosa CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Serat logam didamel tina kawat pondok anu dihijikeun ku komprési sareng sintering, prosés anu dikenal salaku crucible melt extraction (CME)52. Ieu ngandung harti yén konduktivitas termalna henteu ngan ukur gumantung kana konduktivitas bulk logam anu dianggo dina manufaktur sareng porositas struktur ahir, tapi ogé kana kualitas beungkeutan antara benang. Serat henteu isotropik sareng condong disebarkeun dina arah anu tangtu salami produksi, anu ngajantenkeun konduktivitas termal dina arah transversal langkung handap.
Sipat panyerepan cai ditalungtik nganggo analisis termogravimetrik simultan (TGA)/analisis termogravimetrik diferensial (DTG) dina pakét vakum (Netzsch TG 209 F1 Libra). Pangukuran dilaksanakeun dina atmosfir nitrogén anu ngalir dina laju aliran 10 ml/mnt sareng kisaran suhu ti 25 dugi ka 150°C dina wadah aluminium oksida. Laju pemanasan nyaéta 1°C/mnt, beurat sampel rupa-rupa ti 10 dugi ka 20 mg, résolusi nyaéta 0,1 μg. Dina ieu karya, kedah dicatet yén bédana massa per unit permukaan ngagaduhan kateupastian anu ageung. Sampel anu dianggo dina TGA-DTG alit pisan sareng dipotong henteu teratur, anu ngajantenkeun panentuan daérahna henteu akurat. Nilai-nilai ieu ngan ukur tiasa diekstrapolasi ka daérah anu langkung ageung upami panyimpangan ageung diperhatoskeun.
Spéktra réfléksi total Fourier transform infra red (ATR-FTIR) anu dilemahkeun diala dina spéktrométer Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Jerman) nganggo aksésoris platinum ATR (Bruker Optik GmbH, Jerman). Spéktra kristal inten garing murni diukur langsung dina vakum sateuacan nganggo sampel salaku latar pikeun pangukuran ékspériméntal. Sampel diukur dina vakum nganggo résolusi spéktral 2 cm-1 sareng jumlah rata-rata scan 32. Rentang bilangan gelombang ti 8000 dugi ka 500 cm-1. Analisis spéktral dilakukeun nganggo program OPUS.
Analisis SEM dilaksanakeun nganggo DSM 982 Gemini ti Zeiss dina tegangan akselerasi 2 sareng 5 kV. Spektroskopi sinar-X dispersif énergi (EDX) dilaksanakeun nganggo Sistem Thermo Fischer 7 kalayan detektor hanyutan silikon (SSD) anu didinginkan ku Peltier.
Nyiapkeun pelat logam dilaksanakeun dumasar kana prosedur anu sami sareng anu dijelaskeun dina 53. Mimitina, lebetkeun pelat kana asam sulfat 50%. 15 menit. Teras dilebetkeun kana larutan natrium hidroksida 1 M salami sakitar 10 detik. Teras sampel dikumbah ku cai sulingan anu seueur, teras direndem dina cai sulingan salami 30 menit. Saatos perawatan permukaan awal, sampel dilelepkeun kana larutan jenuh 3%. HEC sareng uyah target. Pamungkas, cabut sareng garingkeun dina suhu 60°C.
Métode anodisasi ningkatkeun sareng nguatkeun lapisan oksida alami dina logam pasif. Panel aluminium dianodisasi ku asam sulfat dina kaayaan anu dikeraskeun teras disegel dina cai panas. Anodisasi dituturkeun ku etsa awal ku 1 mol/l NaOH (600 s) dituturkeun ku nétralisasi dina 1 mol/l HNO3 (60 s). Larutan éléktrolit mangrupikeun campuran 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3, sareng 1 M MgSO4 + 7H2O. Anodisasi dilaksanakeun dina suhu (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 salami 1200 detik. Prosés panyegelan dilaksanakeun dina rupa-rupa larutan brine sapertos anu dijelaskeun dina bahan (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Sampel dikulub di jerona salami 1800 detik.
Tilu metode anu béda pikeun ngahasilkeun komposit parantos ditalungtik: palapis perekat, réaksi langsung, sareng perlakuan permukaan. Kaunggulan sareng kalemahan unggal metode latihan dianalisis sareng dibahas sacara sistematis. Observasi langsung, nanoimaging, sareng analisis kimia/unsur dianggo pikeun meunteun hasilna.
Anodisasi dipilih salaku metode perawatan permukaan konvérsi pikeun ningkatkeun adhesi hidrat uyah. Perawatan permukaan ieu nyiptakeun struktur porous alumina (alumina) langsung dina permukaan aluminium. Sacara tradisional, metode ieu diwangun ku dua tahapan: tahap kahiji nyiptakeun struktur porous aluminium oksida, sareng tahap kadua nyiptakeun lapisan aluminium hidroksida anu nutup pori-pori. Di handap ieu aya dua metode pikeun meungpeuk uyah tanpa meungpeuk aksés kana fase gas. Anu kahiji diwangun ku sistem sarang tawon nganggo tabung aluminium oksida leutik (Al2O3) anu diala dina léngkah kahiji pikeun nahan kristal adsorben sareng ningkatkeun adhesi kana permukaan logam. Sarang tawon anu dihasilkeun gaduh diaméter sakitar 50 nm sareng panjang 200 nm (Gambar 1a). Sakumaha anu parantos disebatkeun sateuacanna, rongga ieu biasana ditutup dina léngkah kadua ku lapisan ipis boehmite Al2O(OH)2 anu dirojong ku prosés ngagolak tabung alumina. Dina metode kadua, prosés sealing ieu dirobih ku cara sapertos kitu kristal uyah katéwak dina lapisan boehmite (Al2O(OH)) anu nutupan sacara seragam, anu henteu dianggo pikeun sealing dina hal ieu. Tahap kadua dilaksanakeun dina leyuran jenuh tina uyah anu saluyu. Pola anu dijelaskeun gaduh ukuran dina kisaran 50–100 nm sareng katingalina sapertos tetesan anu nyiram (Gambar 1b). Beungeut anu diala salaku hasil tina prosés panyegelan gaduh struktur spasial anu jelas kalayan daérah kontak anu ningkat. Pola permukaan ieu, sareng seueur konfigurasi beungkeutanna, idéal pikeun mawa sareng nahan kristal uyah. Kadua struktur anu dijelaskeun katingalina leres-leres keropos sareng gaduh rongga alit anu katingalina cocog pikeun nahan hidrat uyah sareng nyerep uap kana uyah nalika operasi adsorber. Nanging, analisis unsur permukaan ieu nganggo EDX tiasa ngadeteksi jumlah renik magnesium sareng walirang dina permukaan boehmite, anu henteu dideteksi dina kasus permukaan alumina.
ATR-FTIR tina sampel mastikeun yén unsur éta nyaéta magnésium sulfat (tingali Gambar 2b). Spéktrum nunjukkeun puncak ion sulfat anu khas dina 610–680 sareng 1080–1130 cm–1 sareng puncak cai kisi anu khas dina 1600–1700 cm–1 sareng 3200–3800 cm–1 (tingali Gambar 2a, c). ). Ayana ion magnésium ampir henteu ngarobih spéktrum54.
(a) EDX tina pelat aluminium MgSO4 anu dilapis boehmit, (b) Spéktra ATR-FTIR tina lapisan boehmit sareng MgSO4, (c) Spéktra ATR-FTIR tina MgSO4 murni.
Ngajaga efisiensi adsorpsi dikonfirmasi ku TGA. Dina gambar 3b nunjukkeun puncak desorpsi sakitar 60°C. Puncak ieu henteu saluyu sareng suhu dua puncak anu dititénan dina TGA uyah murni (Gambar 3a). Pangulangan siklus adsorpsi-desorpsi dievaluasi, sareng kurva anu sami dititénan saatos nempatkeun sampel dina atmosfir anu lembab (Gambar 3c). Béda anu dititénan dina tahap kadua desorpsi tiasa janten akibat tina dehidrasi dina atmosfir anu ngalir, sabab ieu sering nyababkeun dehidrasi anu teu lengkep. Nilai-nilai ieu saluyu sareng sakitar 17,9 g/m2 dina dewatering kahiji sareng 10,3 g/m2 dina dewatering kadua.
Babandingan analisis TGA boehmite sareng MgSO4: Analisis TGA MgSO4 murni (a), campuran (b) sareng saatos rehidrasi (c).
Métode anu sami dilakukeun nganggo kalsium klorida salaku adsorben. Hasilna dipidangkeun dina Gambar 4. Pamariksaan visual permukaan ngungkabkeun parobahan minor dina cahaya logam. Bulu na ampir teu katingali. SEM mastikeun ayana kristal leutik anu disebarkeun rata di luhur permukaan. Nanging, TGA henteu nunjukkeun dehidrasi di handap 150°C. Ieu tiasa disababkeun ku kanyataan yén proporsi uyah leutik teuing dibandingkeun sareng total massa substrat pikeun dideteksi ku TGA.
Hasil tina perlakuan permukaan lapisan tambaga sulfat ku metode anodisasi dipidangkeun dina gambar 5. Dina hal ieu, penggabungan CuSO4 anu dipiharep kana struktur Al oksida henteu kajantenan. Sabalikna, jarum leupas anu dititénan sabab umumna dianggo pikeun tambaga hidroksida Cu(OH)2 anu dianggo sareng pewarna biru pirus has.
Perawatan permukaan anodized ogé diuji digabungkeun sareng strontium klorida. Hasilna nunjukkeun panutup anu henteu rata (tingali Gambar 6a). Pikeun nangtukeun naha uyah nutupan sakumna permukaan, analisis EDX dilakukeun. Kurva pikeun titik di daérah kulawu (titik 1 dina Gambar 6b) nunjukkeun saeutik strontium sareng seueur aluminium. Ieu nunjukkeun eusi strontium anu handap dina zona anu diukur, anu, kahareupna, nunjukkeun panutup strontium klorida anu handap. Sabalikna, daérah bodas ngagaduhan eusi strontium anu luhur sareng eusi aluminium anu handap (titik 2–6 dina Gambar 6b). Analisis EDX tina daérah bodas nunjukkeun titik-titik anu langkung poék (titik 2 sareng 4 dina Gambar 6b), rendah klorin sareng luhur walirang. Ieu tiasa nunjukkeun formasi strontium sulfat. Titik-titik anu langkung caang ngagambarkeun eusi klorin anu luhur sareng eusi walirang anu handap (titik 3, 5, sareng 6 dina Gambar 6b). Ieu tiasa dijelaskeun ku kanyataan yén bagian utama lapisan bodas diwangun ku strontium klorida anu dipiharep. TGA sampel mastikeun interpretasi analisis kalayan puncak dina suhu karakteristik strontium klorida murni (Gambar 6c). Nilai leutikna tiasa dijustifikasi ku fraksi uyah leutik dibandingkeun sareng massa pangrojong logam. Massa desorpsi anu ditangtukeun dina ékspérimén saluyu sareng jumlah 7,3 g/m2 anu dikaluarkeun per unit lega adsorber dina suhu 150°C.
Palapis séng sulfat anu dirawat ku Eloxal ogé diuji. Sacara makroskopis, palapis ieu mangrupikeun lapisan anu ipis pisan sareng seragam (Gambar 7a). Nanging, SEM ngungkabkeun daérah permukaan anu ditutupan ku kristal alit anu dipisahkeun ku daérah kosong (Gambar 7b). TGA palapis sareng substrat dibandingkeun sareng uyah murni (Gambar 7c). Uyah murni ngagaduhan hiji puncak asimetris dina 59,1°C. Aluminium anu dilapis nunjukkeun dua puncak alit dina 55,5°C sareng 61,3°C, nunjukkeun ayana hidrat séng sulfat. Bédana massa anu diungkabkeun dina ékspérimén pakait sareng 10,9 g/m2 dina suhu dehidrasi 150°C.
Sapertos dina aplikasi sateuacanna53, hidroksietil selulosa dianggo salaku pangiket pikeun ningkatkeun adhesi sareng stabilitas lapisan sorben. Kompatibilitas bahan sareng pangaruh kana kinerja adsorpsi ditaksir ku TGA. Analisis dilaksanakeun dina hubunganana sareng total massa, nyaéta sampel kalebet pelat logam anu dianggo salaku substrat lapisan. Adhesi diuji ku tés dumasar kana tés takik silang anu ditetepkeun dina spésifikasi ISO2409 (henteu tiasa nyumponan spésifikasi pamisahan takik gumantung kana ketebalan sareng lébar spésifikasi).
Ngalapis panel ku kalsium klorida (CaCl2) (tingali Gambar 8a) ngahasilkeun distribusi anu henteu rata, anu henteu katingali dina lapisan aluminium murni anu dianggo pikeun uji takik transversal. Dibandingkeun sareng hasil pikeun CaCl2 murni, TGA (Gambar 8b) nunjukkeun dua puncak karakteristik anu bergeser ka arah suhu anu langkung handap nyaéta 40 sareng 20°C. Uji penampang henteu ngamungkinkeun pikeun babandingan anu obyektif sabab sampel CaCl2 murni (sampel di katuhu dina Gambar 8c) mangrupikeun endapan bubuk, anu miceun partikel paling luhur. Hasil HEC nunjukkeun lapisan anu ipis pisan sareng seragam kalayan adhesi anu nyugemakeun. Bédana massa anu dipidangkeun dina gambar 8b pakait sareng 51,3 g/m2 per unit area adsorber dina suhu 150°C.
Hasil positif dina hal adhesi sareng keseragaman ogé diala ku magnesium sulfat (MgSO4) (tingali Gambar 9). Analisis prosés desorpsi palapis nunjukkeun ayana hiji puncak sakitar 60°C. Suhu ieu pakait sareng léngkah desorpsi utama anu katingali dina dehidrasi uyah murni, anu ngawakilan léngkah sanés dina 44°C. Éta pakait sareng transisi tina heksahidrat ka pentahidrat sareng henteu katingali dina kasus palapis nganggo pangiket. Tés potongan melintang nunjukkeun distribusi sareng adhesi anu langkung saé dibandingkeun sareng palapis anu didamel nganggo uyah murni. Béda massa anu katingali dina TGA-DTC pakait sareng 18,4 g/m2 per unit lega adsorber dina suhu 150°C.
Kusabab permukaan anu teu rata, strontium klorida (SrCl2) ngagaduhan lapisan anu henteu rata dina siripna (Gambar 10a). Nanging, hasil uji takik transversal nunjukkeun distribusi anu seragam kalayan adhesi anu ningkat sacara signifikan (Gambar 10c). Analisis TGA nunjukkeun bédana beurat anu alit pisan, anu pasti kusabab kandungan uyah anu langkung handap dibandingkeun sareng substrat logam. Nanging, léngkah-léngkah dina kurva nunjukkeun ayana prosés dehidrasi, sanaos puncakna aya hubunganana sareng suhu anu diala nalika ngacirikeun uyah murni. Puncak dina 110°C sareng 70,2°C anu dititénan dina Gambar 10b ogé kapendak nalika nganalisis uyah murni. Nanging, léngkah dehidrasi utama anu dititénan dina uyah murni dina 50°C henteu katingali dina kurva anu nganggo pangiket. Sabalikna, campuran pangiket nunjukkeun dua puncak dina 20,2°C sareng 94,1°C, anu henteu diukur pikeun uyah murni (Gambar 10b). Dina suhu 150 °C, bédana massa anu dititénan sami sareng 7,2 g/m2 per unit lega adsorber.
Kombinasi HEC sareng séng sulfat (ZnSO4) henteu masihan hasil anu tiasa ditampi (Gambar 11). Analisis TGA tina logam anu dilapis henteu ngungkabkeun prosés dehidrasi. Sanaos distribusi sareng adhesi lapisan parantos ningkat, sipat-sipatna masih jauh tina optimal.
Cara pangbasajanna pikeun ngalapis serat logam ku lapisan ipis sareng seragam nyaéta impregnasi baseuh (Gambar 12a), anu kalebet nyiapkeun uyah target sareng impregnasi serat logam ku larutan cai.
Nalika nyiapkeun impregnasi baseuh, aya dua masalah utama anu disanghareupan. Di hiji sisi, tegangan permukaan larutan saline nyegah cairan asup kana struktur porous kalayan leres. Kristalisasi dina permukaan luar (Gambar 12d) sareng gelembung hawa anu kajebak di jero struktur (Gambar 12c) ngan ukur tiasa dikirangan ku cara nurunkeun tegangan permukaan sareng ngabaseuhan sampel ku cai sulingan sateuacanna. Disolusi paksa dina sampel ku cara ngosongkeun hawa di jero atanapi ku cara nyiptakeun aliran larutan dina struktur mangrupikeun cara anu épéktip pikeun mastikeun eusian struktur sacara lengkep.
Masalah kadua anu kapanggih nalika persiapan nyaéta miceun pilem tina sabagian uyah (tingali Gambar 12b). Fenomena ieu dicirikeun ku formasi lapisan garing dina permukaan disolusi, anu ngeureunkeun pangeringan anu dirangsang sacara konvéktif sareng ngamimitian prosés anu dirangsang difusi. Mékanisme kadua langkung laun tibatan anu munggaran. Hasilna, suhu anu luhur diperyogikeun pikeun waktos pangeringan anu wajar, anu ningkatkeun résiko gelembung kabentuk di jero sampel. Masalah ieu direngsekeun ku ngenalkeun metode kristalisasi alternatif anu henteu dumasar kana parobahan konsentrasi (panguapan), tapi kana parobahan suhu (sapertos dina conto sareng MgSO4 dina Gambar 13).
Gambaran skematis tina prosés kristalisasi nalika niiskeun sareng misahkeun fase padet sareng cair nganggo MgSO4.
Larutan uyah jenuh tiasa disiapkeun dina suhu kamar (HT) atanapi di luhurna nganggo metode ieu. Dina kasus anu munggaran, kristalisasi dipaksa ku cara nurunkeun suhu di handap suhu kamar. Dina kasus anu kadua, kristalisasi lumangsung nalika sampel didinginkan kana suhu kamar (RT). Hasilna nyaéta campuran kristal (B) sareng leyur (A), bagian cairna dipiceun ku hawa anu dikomprés. Pendekatan ieu henteu ngan ukur nyingkahan formasi pilem dina hidrat ieu, tapi ogé ngirangan waktos anu diperyogikeun pikeun nyiapkeun komposit anu sanés. Nanging, miceun cairan ku hawa anu dikomprés nyababkeun kristalisasi uyah tambahan, anu ngahasilkeun lapisan anu langkung kandel.
Métode séjén anu tiasa dianggo pikeun ngalapis permukaan logam nyaéta produksi langsung uyah target ngaliwatan réaksi kimia. Penukar panas anu dilapis anu didamel ku réaksi asam dina permukaan logam sirip sareng tabung ngagaduhan sababaraha kaunggulan, sapertos anu dilaporkeun dina panilitian kami sateuacanna. Aplikasi metode ieu kana serat nyababkeun hasil anu goréng pisan kusabab kabentukna gas nalika réaksi. Tekanan gelembung gas hidrogén ngumpul di jero probe sareng robih nalika produk dikaluarkeun (Gambar 14a).
Palapis ieu parantos dirobih ngalangkungan réaksi kimia pikeun ngontrol ketebalan sareng distribusi palapis kalayan langkung saé. Métode ieu ngalibatkeun ngalirkeun aliran kabut asam ngaliwatan sampel (Gambar 14b). Ieu diperkirakeun bakal ngahasilkeun palapis anu seragam ku réaksi sareng logam substrat. Hasilna nyugemakeun, tapi prosésna laun teuing pikeun dianggap metode anu efektif (Gambar 14c). Waktos réaksi anu langkung pondok tiasa kahontal ku cara pemanasan lokal.
Pikeun ngungkulan kalemahan tina metode di luhur, metode palapis dumasar kana panggunaan perekat parantos dikaji. HEC dipilih dumasar kana hasil anu dipidangkeun dina bagian sateuacana. Sadaya sampel disiapkeun dina 3% wt. Pangiket dicampur sareng uyah. Serat-serat éta dirawat sateuacanna numutkeun prosedur anu sami sareng pikeun iga, nyaéta direndem dina 50% vol. dina 15 menit. asam sulfat, teras direndem dina natrium hidroksida salami 20 detik, dikumbah dina cai sulingan sareng pamustunganana direndem dina cai sulingan salami 30 menit. Dina hal ieu, léngkah tambahan ditambahkeun sateuacan impregnasi. Celupkeun sampel sakedap dina larutan uyah target anu éncér sareng garingkeun dina suhu sakitar 60°C. Prosés ieu dirancang pikeun ngarobih permukaan logam, nyiptakeun situs nukleasi anu ningkatkeun distribusi palapis dina tahap akhir. Struktur serat ngagaduhan hiji sisi dimana filamén langkung ipis sareng dipak pageuh, sareng sisi sabalikna dimana filamén langkung kandel sareng kirang disebarkeun. Ieu mangrupikeun hasil tina 52 prosés manufaktur.
Hasil pikeun kalsium klorida (CaCl2) diringkeskeun sareng diilustrasikeun ku gambar dina Tabel 1. Panutup anu saé saatos inokulasi. Bahkan untaian anu teu aya kristal anu katingali dina permukaan ngagaduhan pantulan logam anu ngirangan, nunjukkeun parobahan dina hasil akhir. Nanging, saatos sampel diresapi ku campuran cai CaCl2 sareng HEC sareng dikeringkeun dina suhu sakitar 60°C, palapis dikonsentrasikeun dina persimpangan struktur. Ieu mangrupikeun pangaruh anu disababkeun ku tegangan permukaan larutan. Saatos direndem, cairan tetep aya di jero sampel kusabab tegangan permukaanna. Dasarna éta lumangsung dina persimpangan struktur. Sisi pangsaéna tina spésimén ngagaduhan sababaraha liang anu dieusi ku uyah. Beuratna ningkat 0,06 g/cm3 saatos palapis.
Palapis ku magnésium sulfat (MgSO4) ngahasilkeun langkung seueur uyah per unit volume (Tabel 2). Dina hal ieu, paningkatan anu diukur nyaéta 0,09 g/cm3. Prosés panyemaian ngahasilkeun panutupan sampel anu lega. Saatos prosés palapis, uyah ngahalangan daérah anu ageung dina sisi ipis sampel. Salaku tambahan, sababaraha daérah matte diblokir, tapi sababaraha porositas tetep dijaga. Dina hal ieu, formasi uyah gampang dititénan dina persimpangan struktur, mastikeun yén prosés palapis utamina disababkeun ku tegangan permukaan cairan, sanés interaksi antara uyah sareng substrat logam.
Hasil tina kombinasi strontium klorida (SrCl2) sareng HEC nunjukkeun sipat anu sami sareng conto-conto sateuacanna (Tabel 3). Dina hal ieu, sisi sampel anu langkung ipis ampir katutupan sapinuhna. Ngan pori-pori individu anu katingali, anu kabentuk nalika pangeringan salaku hasil tina pelepasan uap tina sampel. Pola anu dititénan dina sisi matte sami pisan sareng kasus sateuacanna, daérah éta diblokir ku uyah sareng seratna henteu katutupan sapinuhna.
Pikeun meunteun pangaruh positif tina struktur serat kana kinerja termal penukar panas, konduktivitas termal efektif tina struktur serat anu dilapis ditangtukeun sareng dibandingkeun sareng bahan palapis murni. Konduktivitas termal diukur numutkeun ASTM D 5470-2017 nganggo alat panel datar anu dipidangkeun dina Gambar 15a nganggo bahan rujukan kalayan konduktivitas termal anu dipikanyaho. Dibandingkeun sareng metode pangukuran transien anu sanés, prinsip ieu nguntungkeun pikeun bahan porous anu dianggo dina panilitian ayeuna, kumargi pangukuran dilakukeun dina kaayaan ajeg sareng kalayan ukuran sampel anu cekap (area dasar 30 × 30 mm2, jangkungna sakitar 15 mm). Sampel bahan palapis murni (rujukan) sareng struktur serat anu dilapis disiapkeun pikeun pangukuran dina arah serat sareng tegak lurus kana arah serat pikeun meunteun pangaruh konduktivitas termal anisotropik. Spésimén digiling dina permukaan (grit P320) pikeun ngaminimalkeun pangaruh karasana permukaan kusabab persiapan spésimén, anu henteu ngagambarkeun struktur dina spésimén.