Asante kwa kutembelea Nature.com.Toleo la kivinjari unachotumia lina uwezo mdogo wa kutumia CSS.Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Upatanifu katika Internet Explorer).Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Sehemu ya soko ya mifumo ya majokofu ya adsorption na pampu za joto bado ni ndogo ikilinganishwa na mifumo ya jadi ya compressor.Licha ya faida kubwa ya kutumia joto la bei nafuu (badala ya kazi ya gharama kubwa ya umeme), utekelezaji wa mifumo kulingana na kanuni za adsorption bado ni mdogo kwa maombi machache maalum.Hasara kuu ambayo inahitaji kuondolewa ni kupungua kwa nguvu maalum kutokana na conductivity ya chini ya mafuta na utulivu mdogo wa adsorbent.Mifumo ya sasa ya majokofu ya adsorption ya kibiashara inategemea adsorbers kulingana na vibadilisha joto vya sahani vilivyopakwa ili kuongeza uwezo wa kupoeza.Matokeo yanajulikana kuwa kupungua kwa unene wa mipako husababisha kupungua kwa impedance ya uhamisho wa wingi, na kuongeza eneo la uso kwa uwiano wa kiasi cha miundo ya conductive huongeza nguvu bila kuathiri ufanisi.Fiber za chuma zinazotumiwa katika kazi hii zinaweza kutoa eneo maalum la uso katika aina mbalimbali za 2500-50,000 m2 / m3.Njia tatu za kupata mipako nyembamba sana lakini imara ya hydrates ya chumvi kwenye nyuso za chuma, ikiwa ni pamoja na nyuzi za chuma, kwa ajili ya uzalishaji wa mipako zinaonyesha kwa mara ya kwanza kibadilishaji joto cha juu cha nguvu.Matibabu ya uso kulingana na anodizing ya alumini huchaguliwa ili kuunda dhamana yenye nguvu kati ya mipako na substrate.Muundo mdogo wa uso unaosababishwa ulichambuliwa kwa kutumia hadubini ya elektroni ya skanning.Tafakari iliyopunguzwa ya Fourier transform infrared spectroscopy na spectroscopy ya X-ray ya kutawanya nishati ilitumika kuangalia uwepo wa spishi zinazohitajika katika majaribio.Uwezo wao wa kuunda hidrati ulithibitishwa na uchanganuzi wa pamoja wa thermogravimetric (TGA)/uchanganuzi tofauti wa thermogravimetric (DTG).Ubora duni wa zaidi ya 0.07 g (maji)/g (mchanganyiko) ulipatikana kwenye upako wa MgSO4, ukionyesha dalili za upungufu wa maji mwilini kwa takriban 60 °C na huweza kuzaliana baada ya kuongezwa maji mwilini.Matokeo chanya pia yalipatikana kwa SrCl2 na ZnSO4 kwa tofauti kubwa ya takriban 0.02 g/g chini ya 100 °C.Hydroxyethyl cellulose ilichaguliwa kama nyongeza ili kuongeza uimara na kushikamana kwa mipako.Sifa za utangazaji za bidhaa zilitathminiwa na TGA-DTG kwa wakati mmoja na kushikamana kwao kulibainishwa kwa mbinu kulingana na majaribio yaliyoelezwa katika ISO2409.Uthabiti na mshikamano wa mipako ya CaCl2 imeboreshwa kwa kiasi kikubwa huku ikidumisha uwezo wake wa utangazaji kwa tofauti ya uzito ya takriban 0.1 g/g katika halijoto iliyo chini ya 100 °C.Kwa kuongeza, MgSO4 huhifadhi uwezo wa kuunda hidrati, kuonyesha tofauti kubwa ya zaidi ya 0.04 g/g kwenye joto chini ya 100 °C.Hatimaye, nyuzi za chuma zilizofunikwa zinachunguzwa.Matokeo yanaonyesha kwamba conductivity ya ufanisi ya mafuta ya muundo wa nyuzi iliyofunikwa na Al2 (SO4)3 inaweza kuwa mara 4.7 zaidi ikilinganishwa na kiasi cha Al2 (SO4)3 safi.Mipako ya mipako iliyojifunza ilichunguzwa kwa macho, na muundo wa ndani ulipimwa kwa kutumia picha ya microscopic ya sehemu za msalaba.Mipako ya Al2(SO4)3 yenye unene wa takriban 50 µm ilipatikana, lakini mchakato wa jumla lazima uboreshwe ili kufikia usambazaji sawa zaidi.
Mifumo ya adsorption imepata uangalizi mkubwa katika miongo michache iliyopita kwani inatoa njia mbadala ya rafiki wa mazingira kwa pampu za jadi za kukandamiza joto au mifumo ya friji.Kwa kupanda kwa viwango vya faraja na wastani wa halijoto duniani, mifumo ya utangazaji inaweza kupunguza utegemezi wa nishati za visukuku katika siku za usoni.Kwa kuongeza, uboreshaji wowote katika friji ya adsorption au pampu za joto zinaweza kuhamishiwa kwenye hifadhi ya nishati ya joto, ambayo inawakilisha ongezeko la ziada la uwezekano wa matumizi bora ya nishati ya msingi.Faida kuu ya pampu za joto za adsorption na mifumo ya friji ni kwamba wanaweza kufanya kazi na molekuli ya chini ya joto.Hii inazifanya zinafaa kwa vyanzo vya joto la chini kama vile nishati ya jua au joto taka.Kwa upande wa matumizi ya uhifadhi wa nishati, utangazaji una faida ya msongamano mkubwa wa nishati na utawanyiko mdogo wa nishati ikilinganishwa na uhifadhi wa joto au uliofichika.
Pampu za joto za adsorption na mifumo ya friji hufuata mzunguko wa thermodynamic sawa na wenzao wa compression ya mvuke.Tofauti kuu ni uingizwaji wa vipengele vya compressor na adsorbers.Kipengele hiki kinaweza kufyonza mvuke wa jokofu wa shinikizo la chini kwa joto la wastani, na kuyeyuka kwenye jokofu zaidi hata wakati kioevu ni baridi.Ni muhimu kuhakikisha baridi ya mara kwa mara ya adsorber ili kuwatenga enthalpy ya adsorption (exotherm).Adsorber inafanywa upya kwa joto la juu, na kusababisha mvuke wa friji kuharibika.Inapokanzwa lazima iendelee kutoa enthalpy ya desorption (endothermic).Kwa sababu michakato ya adsorption ina sifa ya mabadiliko ya joto, wiani mkubwa wa nguvu unahitaji conductivity ya juu ya mafuta.Hata hivyo, conductivity ya chini ya mafuta ni kwa mbali hasara kuu katika maombi mengi.
Tatizo kuu la conductivity ni kuongeza thamani yake ya wastani wakati wa kudumisha njia ya usafiri ambayo hutoa mtiririko wa mvuke wa adsorption / desorption.Mbinu mbili hutumiwa kwa kawaida kufikia hili: mchanganyiko wa joto wa mchanganyiko na mchanganyiko wa joto uliofunikwa.Nyenzo zenye mchanganyiko maarufu na zenye mafanikio ni zile zinazotumia viambajengo vya kaboni, yaani grafiti iliyopanuliwa, kaboni iliyoamilishwa, au nyuzi za kaboni.Oliveira et al.2 iliyopachikwa poda ya grafiti iliyopanuliwa na kloridi ya kalsiamu ili kutoa kitangazaji chenye uwezo maalum wa kupoeza (SCP) wa hadi 306 W/kg na mgawo wa utendakazi (COP) wa hadi 0.46.Zajaczkowski et al.3 ilipendekeza mchanganyiko wa grafiti iliyopanuliwa, fiber kaboni na kloridi ya kalsiamu yenye conductivity ya jumla ya 15 W/mK.composites ya Jian et al4 iliyojaribiwa na asidi ya sulfuriki iliyotibiwa grafiti asilia iliyopanuliwa (ENG-TSA) kama sehemu ndogo katika mzunguko wa kupoeza wa adsorption wa hatua mbili.Mfano huo ulitabiri COP kutoka 0.215 hadi 0.285 na SCP kutoka 161.4 hadi 260.74 W/kg.
Kwa mbali suluhisho linalofaa zaidi ni mchanganyiko wa joto uliofunikwa.Mifumo ya mipako ya wabadilishaji joto hawa inaweza kugawanywa katika vikundi viwili: awali ya moja kwa moja na adhesives.Njia ya mafanikio zaidi ni awali ya moja kwa moja, ambayo inahusisha uundaji wa vifaa vya adsorbing moja kwa moja juu ya uso wa kubadilishana joto kutoka kwa reagents zinazofaa.Sotech5 imeidhinisha mbinu ya kusanisi zeolite iliyofunikwa kwa matumizi katika mfululizo wa vipozezi vilivyotengenezwa na Fahrenheit GmbH.Schnabel et al6 walijaribu utendakazi wa zeolite mbili zilizopakwa kwenye chuma cha pua.Hata hivyo, njia hii inafanya kazi tu na adsorbents maalum, ambayo inafanya mipako na adhesives mbadala ya kuvutia.Viunganishi ni vitu tulivu vilivyochaguliwa ili kuauni mshikamano wa sorbenti na/au uhamishaji wa wingi, lakini havina jukumu lolote katika utangazaji au uboreshaji wa upitishaji.Freni na wenzake.Vibadilisha joto 7 vya alumini vilivyopakwa na zeolite ya AQSOA-Z02 vilivyoimarishwa kwa kifunga chenye msingi wa udongo.Calabrese et al.8 alisoma utayarishaji wa mipako ya zeolite na vifungo vya polymeric.Ammann et al.9 walipendekeza mbinu ya kuandaa mipako ya zeolite yenye vinyweleo kutoka kwa mchanganyiko wa sumaku wa pombe ya polyvinyl.Alumina (alumina) pia hutumika kama binder 10 katika adsorber.Kwa ufahamu wetu, selulosi na selulosi ya hydroxyethyl hutumiwa tu pamoja na adsorbents ya kimwili11,12.Wakati mwingine gundi haitumiwi kwa rangi, lakini hutumiwa kujenga muundo 13 peke yake.Mchanganyiko wa matrices ya polima ya alginate na hidrati nyingi za chumvi huunda miundo ya shanga yenye mchanganyiko ambayo huzuia kuvuja wakati wa kukausha na kutoa uhamisho wa kutosha wa wingi.Udongo kama vile bentonite na attapulgite umetumika kama viunganishi vya utayarishaji wa composites15,16,17.Ethylcellulose imetumika kwa microencapsulate calcium kloridi18 au sodium sulfide19.
Mchanganyiko wenye muundo wa chuma wa porous unaweza kugawanywa katika kubadilishana joto la ziada na mchanganyiko wa joto uliofunikwa.Faida ya miundo hii ni eneo la juu la uso maalum.Hii inasababisha uso mkubwa wa mawasiliano kati ya adsorbent na chuma bila kuongeza ya molekuli ya inert, ambayo inapunguza ufanisi wa jumla wa mzunguko wa friji.Lang na wengine.20 zimeboresha utendakazi wa jumla wa tangazo la zeolite na muundo wa sega la asali la alumini.Gillerminot na wengine.21 iliboresha conductivity ya mafuta ya tabaka za zeolite za NaX na povu ya shaba na nikeli.Ingawa composites hutumiwa kama nyenzo za mabadiliko ya awamu (PCMs), matokeo ya Li et al.22 na Zhao et al.23 pia ni ya manufaa kwa chemisorption.Walilinganisha utendaji wa grafiti iliyopanuliwa na povu ya chuma na wakahitimisha kuwa mwisho huo ulikuwa bora tu ikiwa kutu sio suala.Palomba et al.hivi karibuni wamelinganisha miundo mingine ya vinyweleo vya metali24.Van der Pal et al.wamesoma chumvi za chuma zilizowekwa kwenye povu 25 .Mifano zote za awali zinahusiana na tabaka mnene za adsorbents za chembe.Miundo ya chuma ya chuma haitumiwi kuvaa adsorbers, ambayo ni suluhisho bora zaidi.Mfano wa kufunga zeoliti unaweza kupatikana katika Wittstadt et al.26 lakini hakuna jaribio lolote lililofanywa la kuunganisha hidrati za chumvi licha ya msongamano wao mkubwa wa nishati 27 .
Kwa hivyo, njia tatu za kuandaa mipako ya adsorbent zitachunguzwa katika makala hii: (1) mipako ya binder, (2) majibu ya moja kwa moja, na (3) matibabu ya uso.Selulosi ya Hydroxyethyl ilikuwa chaguo bora katika kazi hii kutokana na uthabiti ulioripotiwa hapo awali na mshikamano mzuri wa mipako pamoja na viambatanisho vya kimwili.Njia hii ilichunguzwa awali kwa mipako ya gorofa na baadaye kutumika kwa miundo ya nyuzi za chuma.Hapo awali, uchambuzi wa awali wa uwezekano wa athari za kemikali na uundaji wa mipako ya adsorbent iliripotiwa.Uzoefu wa awali sasa unahamishiwa kwenye mipako ya miundo ya nyuzi za chuma.Matibabu ya uso iliyochaguliwa kwa kazi hii ni njia kulingana na anodizing ya alumini.Uwekaji mafuta wa alumini umeunganishwa kwa mafanikio na chumvi za chuma kwa madhumuni ya urembo29.Katika matukio haya, mipako imara sana na isiyo na kutu inaweza kupatikana.Walakini, hawawezi kutekeleza mchakato wowote wa utangazaji au uondoaji.Karatasi hii inatoa lahaja ya mbinu hii ambayo inaruhusu molekuli kuhamishwa kwa kutumia sifa za wambiso za mchakato wa asili.Kwa kadiri ya ufahamu wetu, hakuna mbinu yoyote iliyoelezwa hapa ambayo imesomwa hapo awali.Wanawakilisha teknolojia mpya ya kuvutia sana kwa sababu wanaruhusu uundaji wa mipako ya adsorbent ya hidrati, ambayo ina idadi ya faida juu ya adsorbents ya kimwili iliyojifunza mara kwa mara.
Sahani za alumini zilizogongwa muhuri zinazotumika kama sehemu ndogo za majaribio haya zilitolewa na ALINVEST Břidličná, Jamhuri ya Cheki.Zina alumini 98.11%, chuma 1.3622%, manganese 0.3618% na chembechembe za shaba, magnesiamu, silicon, titanium, zinki, chromium na nikeli.
Nyenzo zilizochaguliwa kwa ajili ya utengenezaji wa composites huchaguliwa kwa mujibu wa sifa zao za thermodynamic, yaani, kulingana na kiasi cha maji ambacho wanaweza kudsorb / desorb kwa joto chini ya 120 ° C.
Magnesium sulfate (MgSO4) ni mojawapo ya chumvi za hidrati zinazovutia zaidi na zilizosomwa30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Sifa za thermodynamic zimepimwa kwa utaratibu na kupatikana kuwa zinafaa kwa matumizi katika nyanja za friji ya adsorption, pampu za joto na hifadhi ya nishati.Sulfate ya magnesiamu kavu CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Ujerumani) ilitumiwa.
Kloridi ya kalsiamu (CaCl2) (H319) ni chumvi nyingine iliyosomwa vizuri kwa sababu hidrati yake ina sifa za kuvutia za thermodynamic41,42,43,44.Kloridi ya kalsiamu hexahydrate CAS-No.7774-34-7 97% kutumika (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Ujerumani).
Zinc sulfate (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) na hidrati zake zina sifa za thermodynamic zinazofaa kwa michakato ya adsorption ya joto la chini45,46.Zinc sulfate heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Ujerumani) ilitumiwa.
Kloridi ya Strontium (SrCl2) (H318) pia ina sifa za kuvutia za thermodynamic4,45,47 ingawa mara nyingi huunganishwa na amonia katika pampu ya joto ya adsorption au utafiti wa kuhifadhi nishati.Kloridi ya Strontium hexahydrate CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) ilitumika kwa usanisi.
Copper sulfate (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) si miongoni mwa hidrati zinazopatikana mara kwa mara katika maandiko ya kitaaluma, ingawa sifa zake za thermodynamic ni za manufaa kwa matumizi ya joto la chini48,49.Sulfate ya shaba CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) ilitumiwa kwa awali.
Kloridi ya magnesiamu (MgCl2) ni mojawapo ya chumvi zilizo na hidrati ambayo hivi karibuni imepata kipaumbele zaidi katika uwanja wa uhifadhi wa nishati ya joto50,51.Magnesiamu kloridi hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 kiwango cha dawa safi (Applichem GmbH., Darmstadt, Ujerumani) ilitumika kwa majaribio.
Kama ilivyoelezwa hapo juu, selulosi ya hydroxyethyl ilichaguliwa kwa sababu ya matokeo mazuri katika matumizi sawa.Nyenzo zinazotumiwa katika awali yetu ni hydroxyethyl cellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Nyuzi za chuma hutengenezwa kutoka kwa waya fupi zilizounganishwa pamoja kwa kukandamizwa na kuchemka, mchakato unaojulikana kama uchimbaji wa kuyeyuka kwa crucible (CME)52.Hii ina maana kwamba conductivity yao ya mafuta inategemea si tu juu ya conductivity wingi wa metali kutumika katika utengenezaji na porosity ya muundo wa mwisho, lakini pia juu ya ubora wa vifungo kati ya nyuzi.Fiber sio isotropiki na huwa na kusambazwa kwa mwelekeo fulani wakati wa uzalishaji, ambayo inafanya conductivity ya mafuta katika mwelekeo wa transverse chini sana.
Sifa za ufyonzaji wa maji zilichunguzwa kwa kutumia uchanganuzi sawia wa thermogravimetric (TGA)/differential thermogravimetric analysis (DTG) katika kifurushi cha utupu (Netzsch TG 209 F1 Libra).Vipimo vilifanywa katika anga ya nitrojeni inayopita kwa kiwango cha mtiririko wa 10 ml / min na kiwango cha joto kutoka 25 hadi 150 ° C katika crucibles ya oksidi ya alumini.Kiwango cha joto kilikuwa 1 ° C / min, uzito wa sampuli ulitofautiana kutoka 10 hadi 20 mg, azimio lilikuwa 0.1 μg.Katika kazi hii, ni lazima ieleweke kwamba tofauti ya wingi kwa uso wa kitengo ina kutokuwa na uhakika mkubwa.Sampuli zinazotumiwa katika TGA-DTG ni ndogo sana na zimekatwa kwa utaratibu, ambayo inafanya uamuzi wa eneo lao kuwa sahihi.Thamani hizi zinaweza tu kuongezwa kwa eneo kubwa ikiwa mikengeuko mikubwa itazingatiwa.
Uakisi wa jumla uliopungua Mwonekano wa Fourier transform infrared (ATR-FTIR) ulipatikana kwenye spectrometa ya Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Ujerumani) kwa kutumia nyongeza ya platinamu ya ATR (Bruker Optik GmbH, Ujerumani).Mwonekano wa fuwele safi za almasi kavu zilipimwa moja kwa moja kwenye utupu kabla ya kutumia sampuli kama usuli wa vipimo vya majaribio.Sampuli zilipimwa kwa utupu kwa kutumia azimio la spectral la 2 cm-1 na wastani wa idadi ya scans 32. Wavenumber mbalimbali kutoka 8000 hadi 500 cm-1.Uchambuzi wa mawimbi ulifanywa kwa kutumia programu ya OPUS.
Uchanganuzi wa SEM ulifanyika kwa kutumia Gemini ya DSM 982 kutoka Zeiss kwa kuongeza kasi ya voltages ya 2 na 5 kV.Uchunguzi wa X-ray wa kutawanya nishati (EDX) ulifanywa kwa kutumia Mfumo wa 7 wa Thermo Fischer na kigunduzi cha silicon kilichopozwa cha Peltier (SSD).
Maandalizi ya sahani za chuma yalifanywa kulingana na utaratibu sawa na ulioelezwa katika 53. Kwanza, immerisha sahani katika asidi ya sulfuriki 50%.Dakika 15.Kisha wakaletwa kwenye suluhisho la hidroksidi ya sodiamu 1 M kwa sekunde 10 hivi.Kisha sampuli zimeosha kwa kiasi kikubwa cha maji yaliyotengenezwa, na kisha kulowekwa kwa maji yaliyotengenezwa kwa dakika 30.Baada ya matibabu ya awali ya uso, sampuli zilitumbukizwa kwenye suluhisho lililojaa 3%.HEC na chumvi inayolenga.Hatimaye, zitoe na zikaushe kwa 60°C.
Njia ya anodizing huongeza na kuimarisha safu ya oksidi ya asili kwenye chuma cha passive.Paneli za alumini zilitiwa mafuta na asidi ya sulfuriki katika hali ngumu na kisha kufungwa kwa maji ya moto.Anodizing ilifuata mchoro wa awali na 1 mol/l NaOH (sekunde 600) ikifuatiwa na kutoweka katika 1 mol/l HNO3 (sekunde 60).Suluhisho la electrolyte ni mchanganyiko wa 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2 (SO4)3, na 1 MgSO4 + 7H2O.Anodizing ilifanyika kwa (40 ± 1) ° C, 30 mA/cm2 kwa sekunde 1200.Mchakato wa kuziba ulifanywa katika miyeyusho mbalimbali ya brine kama ilivyoelezwa katika nyenzo (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2).Sampuli huchemshwa ndani yake kwa sekunde 1800.
Njia tatu tofauti za kutengeneza composites zimechunguzwa: mipako ya wambiso, majibu ya moja kwa moja, na matibabu ya uso.Faida na hasara za kila njia ya mafunzo huchambuliwa kwa utaratibu na kujadiliwa.Uchunguzi wa moja kwa moja, nanoimaging, na uchambuzi wa kemikali/kipengele ulitumiwa kutathmini matokeo.
Anodizing ilichaguliwa kama njia ya matibabu ya uso wa uongofu ili kuongeza ushikamano wa hidrati za chumvi.Matibabu haya ya uso huunda muundo wa porous wa alumina (alumina) moja kwa moja kwenye uso wa alumini.Kijadi, njia hii ina hatua mbili: hatua ya kwanza inajenga muundo wa porous wa oksidi ya alumini, na hatua ya pili inajenga mipako ya hidroksidi ya alumini ambayo inafunga pores.Zifuatazo ni njia mbili za kuzuia chumvi bila kuzuia upatikanaji wa awamu ya gesi.Ya kwanza ina mfumo wa asali kwa kutumia mirija ndogo ya oksidi ya alumini (Al2O3) iliyopatikana katika hatua ya kwanza ya kushikilia fuwele za adsorbent na kuongeza mshikamano wake kwenye nyuso za chuma.Vipu vya asali vinavyotokana vina kipenyo cha karibu 50 nm na urefu wa 200 nm (Mchoro 1a).Kama ilivyoelezwa hapo awali, mashimo haya kwa kawaida hufungwa katika hatua ya pili na safu nyembamba ya boehmite ya Al2O(OH)2 inayoungwa mkono na mchakato wa kuchemsha wa mirija ya alumina.Kwa njia ya pili, mchakato huu wa kuziba unarekebishwa kwa njia ambayo fuwele za chumvi hukamatwa katika safu ya kifuniko cha sare ya boehmite (Al2O (OH)), ambayo haitumiki kwa kuziba katika kesi hii.Hatua ya pili inafanywa katika suluhisho iliyojaa ya chumvi inayofanana.Mifumo iliyoelezwa ina ukubwa katika aina mbalimbali ya 50-100 nm na inaonekana kama matone yaliyopigwa (Mchoro 1b).Uso uliopatikana kwa sababu ya mchakato wa kuziba una muundo wa anga uliotamkwa na eneo la mawasiliano lililoongezeka.Mchoro huu wa uso, pamoja na usanidi wao mwingi wa kuunganisha, ni bora kwa kubeba na kushikilia fuwele za chumvi.Miundo yote miwili iliyoelezewa inaonekana kuwa yenye vinyweleo na ina matundu madogo ambayo yanaonekana kuwa yanafaa kwa ajili ya kuhifadhi hidrati za chumvi na mivuke inayovutia kwenye chumvi wakati wa operesheni ya kitangazaji.Hata hivyo, uchambuzi wa kimsingi wa nyuso hizi kwa kutumia EDX unaweza kuchunguza kiasi cha magnesiamu na sulfuri kwenye uso wa boehmite, ambayo haipatikani katika kesi ya uso wa alumina.
ATR-FTIR ya sampuli ilithibitisha kuwa kipengele hicho kilikuwa salfati ya magnesiamu (ona Mchoro 2b).Wigo unaonyesha kilele cha ioni ya sulfate katika 610-680 na 1080-1130 cm-1 na kilele cha maji ya kimiani katika 1600-1700 cm-1 na 3200-3800 cm-1 (ona Mchoro 2a, c).)Uwepo wa ioni za magnesiamu karibu haubadilishi wigo54.
(a) EDX ya sahani ya alumini iliyopakwa boehmite ya MgSO4, (b) mwonekano wa ATR-FTIR wa mipako ya boehmite na MgSO4, (c) mwonekano wa ATR-FTIR wa MgSO4 safi.
Kudumisha ufanisi wa utangazaji kulithibitishwa na TGA.Kwenye mtini.3b inaonyesha kilele cha desorption cha takriban.60°C.Upeo huu haufanani na joto la vilele viwili vinavyozingatiwa katika TGA ya chumvi safi (Mchoro 3a).Kurudiwa kwa mzunguko wa adsorption-desorption kulitathminiwa, na curve sawa ilizingatiwa baada ya kuweka sampuli katika anga ya unyevu (Mchoro 3c).Tofauti zinazozingatiwa katika hatua ya pili ya uharibifu inaweza kuwa matokeo ya kutokomeza maji mwilini katika anga inayotiririka, kwani hii mara nyingi husababisha kutokomeza maji mwilini kamili.Thamani hizi zinalingana na takriban 17.9 g/m2 katika uondoaji wa maji wa kwanza na 10.3 g/m2 katika uondoaji wa pili wa maji.
Ulinganisho wa uchambuzi wa TGA wa boehmite na MgSO4: uchambuzi wa TGA wa MgSO4 safi (a), mchanganyiko (b) na baada ya kurejesha maji (c).
Njia hiyo hiyo ilifanywa na kloridi ya kalsiamu kama adsorbent.Matokeo yanawasilishwa katika Mchoro 4. Ukaguzi wa kuona wa uso ulifunua mabadiliko madogo katika mwanga wa metali.manyoya ni vigumu kuonekana.SEM ilithibitisha kuwepo kwa fuwele ndogo zilizosambazwa sawasawa juu ya uso.Hata hivyo, TGA haikuonyesha upungufu wa maji mwilini chini ya 150°C.Hii inaweza kuwa kutokana na ukweli kwamba uwiano wa chumvi ni mdogo sana ikilinganishwa na jumla ya wingi wa substrate kwa ajili ya kutambuliwa na TGA.
Matokeo ya matibabu ya uso wa mipako ya sulfate ya shaba kwa njia ya anodizing inavyoonyeshwa kwenye tini.5. Katika kesi hii, uingizaji unaotarajiwa wa CuSO4 katika muundo wa oksidi ya Al haukutokea.Badala yake, sindano zilizolegea huzingatiwa kwani hutumiwa kwa kawaida kwa hidroksidi ya shaba Cu(OH)2 inayotumiwa na rangi za kawaida za turquoise.
Matibabu ya uso wa anodized pia ilijaribiwa kwa kuchanganya na kloridi ya strontium.Matokeo yalionyesha ufunikaji usio sawa (tazama Mchoro 6a).Kuamua ikiwa chumvi ilifunika uso mzima, uchambuzi wa EDX ulifanyika.Mviringo wa uhakika katika eneo la kijivu (uhakika 1 kwenye Mchoro 6b) unaonyesha strontium kidogo na alumini nyingi.Hii inaonyesha maudhui ya chini ya strontium katika ukanda wa kipimo, ambayo, kwa upande wake, inaonyesha chanjo ya chini ya kloridi ya strontium.Kinyume chake, maeneo nyeupe yana maudhui ya juu ya strontium na maudhui ya chini ya alumini (pointi 2-6 kwenye Mchoro 6b).Uchambuzi wa EDX wa eneo nyeupe unaonyesha dots nyeusi (pointi 2 na 4 kwenye Mchoro 6b), klorini ya chini na sulfuri ya juu.Hii inaweza kuonyesha uundaji wa sulfate ya strontium.Dots angavu zaidi huonyesha maudhui ya juu ya klorini na maudhui ya chini ya salfa (alama 3, 5, na 6 kwenye Mchoro 6b).Hii inaweza kuelezewa na ukweli kwamba sehemu kuu ya mipako nyeupe inajumuisha kloridi ya strontium inayotarajiwa.TGA ya sampuli ilithibitisha tafsiri ya uchambuzi na kilele cha joto la tabia ya kloridi safi ya strontium (Mchoro 6c).Thamani yao ndogo inaweza kuhesabiwa haki na sehemu ndogo ya chumvi kwa kulinganisha na wingi wa msaada wa chuma.Uzito wa uharibifu ulioamuliwa katika majaribio unalingana na kiasi cha 7.3 g/m2 kinachotolewa kwa kila kitengo cha adsorber kwa joto la 150 ° C.
Mipako ya sulfate ya zinki iliyotibiwa na Eloxal pia ilijaribiwa.Macroscopically, mipako ni safu nyembamba sana na sare (Mchoro 7a).Hata hivyo, SEM ilifunua eneo la uso lililofunikwa na fuwele ndogo zilizotenganishwa na maeneo tupu (Mchoro 7b).TGA ya mipako na substrate ililinganishwa na ile ya chumvi tupu (Mchoro 7c).Chumvi safi ina kilele kimoja kisicholinganishwa na 59.1°C.Alumini iliyopakwa ilionyesha vilele viwili vidogo vya 55.5 ° C na 61.3 ° C, ikionyesha kuwepo kwa hidrati ya sulfate ya zinki.Tofauti kubwa iliyofichuliwa katika jaribio inalingana na 10.9 g/m2 katika halijoto ya upungufu wa maji mwilini ya 150°C.
Kama ilivyokuwa katika maombi ya awali53, selulosi ya hydroxyethyl ilitumika kama kiunganishi ili kuboresha ushikamano na uthabiti wa mipako ya sorbent.Ulinganifu wa nyenzo na athari kwenye utendaji wa utangazaji ulitathminiwa na TGA.Uchambuzi unafanywa kuhusiana na wingi wa jumla, yaani sampuli inajumuisha sahani ya chuma inayotumiwa kama substrate ya mipako.Kushikamana hujaribiwa kwa msingi wa mtihani wa alama tofauti unaofafanuliwa katika vipimo vya ISO2409 (hauwezi kufikia vipimo vya utengano wa notch kulingana na unene wa vipimo na upana).
Upakaji wa paneli na kloridi ya kalsiamu (CaCl2) (ona Mchoro 8a) ulisababisha usambazaji usio sawa, ambao haukuzingatiwa katika mipako safi ya alumini iliyotumiwa kwa mtihani wa notch transverse.Ikilinganishwa na matokeo ya CaCl2 safi, TGA (Kielelezo 8b) inaonyesha vilele viwili vya tabia vilivyobadilishwa kuelekea joto la chini la 40 na 20 ° C, kwa mtiririko huo.Jaribio la sehemu-tofauti haliruhusu ulinganisho wa kimalengo kwa sababu sampuli safi ya CaCl2 (sampuli iliyo upande wa kulia katika Mchoro 8c) ni mvua ya unga, ambayo huondoa chembe za juu kabisa.Matokeo ya HEC yalionyesha mipako nyembamba sana na sare na kujitoa kwa kuridhisha.Tofauti kubwa iliyoonyeshwa kwenye Mtini.8b inalingana na 51.3 g/m2 kwa kila kitengo cha eneo la adsorber kwa joto la 150 ° C.
Matokeo mazuri katika suala la kujitoa na sare pia yalipatikana kwa sulfate ya magnesiamu (MgSO4) (tazama Mchoro 9).Uchambuzi wa mchakato wa uharibifu wa mipako ulionyesha kuwepo kwa kilele kimoja cha takriban.60°C.Halijoto hii inalingana na hatua kuu ya kutokomeza maji mwilini ya chumvi safi, ikiwakilisha hatua nyingine ya 44°C.Inafanana na mpito kutoka kwa hexahydrate hadi pentahydrate na haizingatiwi katika kesi ya mipako na binders.Majaribio ya sehemu ya msalaba yanaonyesha usambazaji ulioboreshwa na kushikamana ikilinganishwa na mipako iliyotengenezwa kwa chumvi safi.Tofauti kubwa inayozingatiwa katika TGA-DTC inalingana na 18.4 g/m2 kwa kila eneo la kitangazaji kwa joto la 150 ° C.
Kutokana na makosa ya uso, kloridi ya strontium (SrCl2) ina mipako isiyo na usawa kwenye mapezi (Mchoro 10a).Hata hivyo, matokeo ya mtihani transverse notch ilionyesha usambazaji sare na kujitoa kwa kiasi kikubwa kuboreshwa (Mtini. 10c).Uchunguzi wa TGA ulionyesha tofauti ndogo sana katika uzito, ambayo lazima iwe kutokana na maudhui ya chini ya chumvi ikilinganishwa na substrate ya chuma.Walakini, hatua kwenye curve zinaonyesha uwepo wa mchakato wa upungufu wa maji mwilini, ingawa kilele kinahusishwa na joto linalopatikana wakati wa kuashiria chumvi safi.Vilele vya 110 ° C na 70.2 ° C vilizingatiwa kwenye Mtini.10b pia zilipatikana wakati wa kuchambua chumvi safi.Hata hivyo, hatua kuu ya kutokomeza maji mwilini iliyozingatiwa katika chumvi safi ifikapo 50°C haikuonyeshwa kwenye mikunjo kwa kutumia kifunga.Tofauti, mchanganyiko wa binder ulionyesha vilele viwili vya 20.2 ° C na 94.1 ° C, ambavyo havikupimwa kwa chumvi safi (Mchoro 10b).Kwa joto la 150 ° C, tofauti ya wingi inayozingatiwa inalingana na 7.2 g/m2 kwa kila eneo la kitengo cha adsorber.
Mchanganyiko wa HEC na sulfate ya zinki (ZnSO4) haukutoa matokeo yanayokubalika (Mchoro 11).Uchambuzi wa TGA wa chuma kilichofunikwa haukuonyesha michakato yoyote ya kutokomeza maji mwilini.Ingawa usambazaji na wambiso wa mipako umeboreshwa, mali zake bado ziko mbali na bora.
Njia rahisi zaidi ya kupaka nyuzi za chuma na safu nyembamba na sare ni uingizaji wa mvua (Mchoro 12a), ambayo inajumuisha maandalizi ya chumvi inayolengwa na uingizaji wa nyuzi za chuma na ufumbuzi wa maji.
Wakati wa kuandaa uumbaji wa mvua, shida mbili kuu zinakabiliwa.Kwa upande mmoja, mvutano wa uso wa suluhisho la salini huzuia kuingizwa sahihi kwa kioevu kwenye muundo wa porous.Crystallization juu ya uso wa nje (Kielelezo 12d) na Bubbles hewa trapped ndani ya muundo (Mtini. 12c) inaweza tu kupunguzwa kwa kupunguza mvutano uso na kabla ya mvua sampuli na maji distilled.Kufutwa kwa kulazimishwa katika sampuli kwa kuhamisha hewa ndani au kwa kuunda mtiririko wa ufumbuzi katika muundo ni njia nyingine za ufanisi za kuhakikisha kujaza kamili ya muundo.
Tatizo la pili lililokutana wakati wa maandalizi lilikuwa kuondolewa kwa filamu kutoka kwa sehemu ya chumvi (tazama Mchoro 12b).Jambo hili lina sifa ya kuundwa kwa mipako kavu juu ya uso wa kufuta, ambayo huacha kukausha kwa kuchochea kwa convectively na kuanza mchakato wa utbredningen stimulated.Utaratibu wa pili ni polepole sana kuliko wa kwanza.Matokeo yake, joto la juu linahitajika kwa muda wa kukausha unaofaa, ambayo huongeza hatari ya Bubbles kutengeneza ndani ya sampuli.Tatizo hili linatatuliwa kwa kuanzisha njia mbadala ya crystallization kulingana na mabadiliko ya mkusanyiko (uvukizi), lakini kwa mabadiliko ya joto (kama katika mfano na MgSO4 kwenye Mchoro 13).
Uwakilishi wa kimkakati wa mchakato wa fuwele wakati wa kupoeza na kutenganishwa kwa awamu ngumu na kioevu kwa kutumia MgSO4.
Miyeyusho ya chumvi iliyojaa inaweza kutayarishwa kwa joto la kawaida au zaidi ya chumba kwa kutumia njia hii.Katika kesi ya kwanza, crystallization ililazimishwa kwa kupunguza joto chini ya joto la kawaida.Katika kesi ya pili, fuwele ilitokea wakati sampuli ilipozwa kwenye joto la kawaida (RT).Matokeo yake ni mchanganyiko wa fuwele (B) na kufutwa (A), sehemu ya kioevu ambayo huondolewa na hewa iliyoshinikizwa.Njia hii sio tu kuepuka uundaji wa filamu kwenye hydrates hizi, lakini pia hupunguza muda unaohitajika kwa ajili ya maandalizi ya mchanganyiko mwingine.Hata hivyo, kuondolewa kwa kioevu na hewa iliyoshinikizwa husababisha fuwele ya ziada ya chumvi, na kusababisha mipako yenye nene.
Njia nyingine ambayo inaweza kutumika kupaka nyuso za chuma inahusisha uzalishaji wa moja kwa moja wa chumvi lengwa kupitia athari za kemikali.Vibadilisha joto vilivyofunikwa vilivyotengenezwa na mwitikio wa asidi kwenye nyuso za chuma za mapezi na mirija vina faida kadhaa, kama ilivyoripotiwa katika utafiti wetu uliopita.Matumizi ya njia hii kwa nyuzi ilisababisha matokeo mabaya sana kutokana na kuundwa kwa gesi wakati wa majibu.Shinikizo la viputo vya gesi ya hidrojeni hujilimbikiza ndani ya probe na kuhama bidhaa inapotolewa (Mchoro 14a).
Mipako imebadilishwa kupitia mmenyuko wa kemikali ili kudhibiti vyema unene na usambazaji wa mipako.Njia hii inahusisha kupitisha mkondo wa ukungu wa asidi kupitia sampuli (Mchoro 14b).Hii inatarajiwa kusababisha mipako sare kwa kuguswa na chuma cha substrate.Matokeo yalikuwa ya kuridhisha, lakini mchakato ulikuwa wa polepole sana kuchukuliwa kuwa njia bora (Mchoro 14c).Muda mfupi wa majibu unaweza kupatikana kwa kupokanzwa ndani.
Ili kuondokana na hasara za njia zilizo hapo juu, njia ya mipako kulingana na matumizi ya adhesives imesoma.HEC ilichaguliwa kulingana na matokeo yaliyotolewa katika sehemu iliyotangulia.Sampuli zote zilitayarishwa kwa 3% wt.Binder imechanganywa na chumvi.Nyuzi zilitanguliwa kulingana na utaratibu sawa na wa mbavu, yaani, kulowekwa kwa 50% vol.ndani ya dakika 15.asidi sulfuriki, kisha kulowekwa katika hidroksidi sodiamu kwa sekunde 20, nikanawa katika maji distilled na hatimaye kulowekwa katika maji distilled kwa dakika 30.Katika kesi hii, hatua ya ziada iliongezwa kabla ya kuingizwa.Ingiza sampuli kwa muda mfupi kwenye myeyusho wa chumvi unaolengwa na ukauke kwa takriban 60°C.Mchakato huo umeundwa kurekebisha uso wa chuma, kuunda maeneo ya nucleation ambayo yanaboresha usambazaji wa mipako katika hatua ya mwisho.Muundo wa nyuzi una upande mmoja ambapo filaments ni nyembamba na imefungwa vizuri, na upande wa kinyume ambapo filaments ni nene na chini ya kusambazwa.Hii ni matokeo ya michakato 52 ya utengenezaji.
Matokeo ya kloridi ya kalsiamu (CaCl2) yamefupishwa na kuonyeshwa kwa picha katika Jedwali 1. Ufunikaji mzuri baada ya kuchanjwa.Hata nyuzi hizo zisizo na fuwele zinazoonekana kwenye uso zilikuwa zimepunguza tafakari za metali, zikionyesha mabadiliko katika kumaliza.Hata hivyo, baada ya sampuli kuingizwa na mchanganyiko wa maji ya CaCl2 na HEC na kukaushwa kwa joto la karibu 60 ° C, mipako ilijilimbikizia kwenye makutano ya miundo.Hii ni athari inayosababishwa na mvutano wa uso wa suluhisho.Baada ya kuloweka, kioevu kinabaki ndani ya sampuli kutokana na mvutano wa uso wake.Kimsingi hutokea kwenye makutano ya miundo.Upande bora wa sampuli una mashimo kadhaa yaliyojaa chumvi.Uzito uliongezeka kwa 0.06 g/cm3 baada ya mipako.
Kupaka sulfate ya magnesiamu (MgSO4) ilizalisha chumvi zaidi kwa kila kitengo (Jedwali 2).Katika kesi hii, ongezeko la kipimo ni 0.09 g/cm3.Mchakato wa upandaji mbegu ulisababisha ufunikaji mkubwa wa sampuli.Baada ya mchakato wa mipako, chumvi huzuia maeneo makubwa ya upande mwembamba wa sampuli.Kwa kuongeza, baadhi ya maeneo ya matte yanazuiwa, lakini baadhi ya porosity huhifadhiwa.Katika kesi hiyo, uundaji wa chumvi huzingatiwa kwa urahisi katika makutano ya miundo, kuthibitisha kwamba mchakato wa mipako ni hasa kutokana na mvutano wa uso wa kioevu, na sio mwingiliano kati ya chumvi na substrate ya chuma.
Matokeo ya mchanganyiko wa kloridi ya strontium (SrCl2) na HEC ilionyesha sifa sawa na mifano ya awali (Jedwali 3).Katika kesi hii, upande mwembamba wa sampuli ni karibu kufunikwa kabisa.Pores tu ya mtu binafsi huonekana, hutengenezwa wakati wa kukausha kutokana na kutolewa kwa mvuke kutoka kwa sampuli.Mchoro unaozingatiwa kwenye upande wa matte unafanana sana na kesi ya awali, eneo hilo limefungwa na chumvi na nyuzi hazifunikwa kabisa.
Ili kutathmini athari nzuri ya muundo wa nyuzi kwenye utendaji wa joto wa mchanganyiko wa joto, conductivity ya ufanisi ya mafuta ya muundo wa nyuzi iliyofunikwa imedhamiriwa na ikilinganishwa na nyenzo safi ya mipako.Uendeshaji wa joto ulipimwa kulingana na ASTM D 5470-2017 kwa kutumia kifaa cha paneli tambarare kilichoonyeshwa kwenye Mchoro 15a kwa kutumia nyenzo ya marejeleo yenye conductivity inayojulikana ya joto.Ikilinganishwa na njia nyingine za kipimo cha muda mfupi, kanuni hii ni faida kwa nyenzo za porous zinazotumiwa katika utafiti wa sasa, kwani vipimo vinafanywa kwa hali ya kutosha na kwa ukubwa wa sampuli ya kutosha (eneo la msingi 30 × 30 mm2, urefu wa takriban 15 mm).Sampuli za nyenzo za mipako safi (rejea) na muundo wa nyuzi zilizofunikwa zilitayarishwa kwa vipimo katika mwelekeo wa nyuzi na perpendicular kwa mwelekeo wa nyuzi ili kutathmini athari za conductivity ya mafuta ya anisotropic.Vielelezo viliwekwa kwenye uso (P320 grit) ili kupunguza athari ya ukali wa uso kutokana na utayarishaji wa sampuli, ambayo haiakisi muundo ndani ya sampuli.