Nature.com ని సందర్శించినందుకు ధన్యవాదాలు. మీరు ఉపయోగిస్తున్న బ్రౌజర్ వెర్షన్ పరిమిత CSS మద్దతును కలిగి ఉంది. ఉత్తమ అనుభవం కోసం, మీరు నవీకరించబడిన బ్రౌజర్‌ను ఉపయోగించాలని మేము సిఫార్సు చేస్తున్నాము (లేదా ఇంటర్నెట్ ఎక్స్‌ప్లోరర్‌లో అనుకూలత మోడ్‌ను నిలిపివేయండి). ఈలోగా, నిరంతర మద్దతును నిర్ధారించడానికి, మేము సైట్‌ను శైలులు మరియు జావాస్క్రిప్ట్ లేకుండా రెండర్ చేస్తాము.
సాంప్రదాయ కంప్రెసర్ వ్యవస్థలతో పోలిస్తే అధిశోషణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు మరియు హీట్ పంపుల మార్కెట్ వాటా ఇప్పటికీ చాలా తక్కువగా ఉంది. చౌకైన వేడిని (ఖరీదైన విద్యుత్ పనికి బదులుగా) ఉపయోగించడం వల్ల భారీ ప్రయోజనం ఉన్నప్పటికీ, అధిశోషణ సూత్రాలపై ఆధారపడిన వ్యవస్థల అమలు ఇప్పటికీ కొన్ని నిర్దిష్ట అనువర్తనాలకే పరిమితం చేయబడింది. తొలగించాల్సిన ప్రధాన ప్రతికూలత ఏమిటంటే తక్కువ ఉష్ణ వాహకత మరియు అధిశోషకం యొక్క తక్కువ స్థిరత్వం కారణంగా నిర్దిష్ట శక్తిలో తగ్గుదల. ప్రస్తుత అత్యాధునిక వాణిజ్య అధిశోషణ శీతలీకరణ వ్యవస్థలు శీతలీకరణ సామర్థ్యాన్ని ఆప్టిమైజ్ చేయడానికి పూత పూసిన ప్లేట్ హీట్ ఎక్స్ఛేంజర్‌లపై ఆధారపడిన అధిశోషకాలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. పూత యొక్క మందాన్ని తగ్గించడం వల్ల ద్రవ్యరాశి బదిలీ అవరోధం తగ్గుతుందని మరియు వాహక నిర్మాణాల యొక్క ఉపరితల వైశాల్యాన్ని వాల్యూమ్ నిష్పత్తికి పెంచడం వల్ల సామర్థ్యం రాజీ పడకుండా శక్తి పెరుగుతుందని ఫలితాలు అందరికీ తెలుసు. ఈ పనిలో ఉపయోగించే మెటల్ ఫైబర్‌లు 2500–50,000 m2/m3 పరిధిలో నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యాన్ని అందించగలవు. పూతల ఉత్పత్తి కోసం లోహ ఫైబర్‌లతో సహా లోహ ఉపరితలాలపై ఉప్పు హైడ్రేట్‌ల యొక్క చాలా సన్నని కానీ స్థిరమైన పూతలను పొందేందుకు మూడు పద్ధతులు మొదటిసారిగా అధిక శక్తి సాంద్రత ఉష్ణ వినిమాయకాన్ని ప్రదర్శిస్తాయి. పూత మరియు ఉపరితలం మధ్య బలమైన బంధాన్ని సృష్టించడానికి అల్యూమినియం అనోడైజింగ్ ఆధారంగా ఉపరితల చికిత్సను ఎంపిక చేస్తారు. స్కానింగ్ ఎలక్ట్రాన్ మైక్రోస్కోపీని ఉపయోగించి ఫలిత ఉపరితలం యొక్క సూక్ష్మ నిర్మాణాన్ని విశ్లేషించారు. తగ్గిన మొత్తం ప్రతిబింబం ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ స్పెక్ట్రోస్కోపీ మరియు ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీలను పరీక్షలో కావలసిన జాతుల ఉనికిని తనిఖీ చేయడానికి ఉపయోగించారు. హైడ్రేట్‌లను ఏర్పరచగల వాటి సామర్థ్యం మిశ్రమ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ విశ్లేషణ (TGA)/డిఫరెన్షియల్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ విశ్లేషణ (DTG) ద్వారా నిర్ధారించబడింది. MgSO4 పూతలో 0.07 గ్రా (నీరు)/g (మిశ్రమ) కంటే తక్కువ నాణ్యత కనుగొనబడింది, ఇది దాదాపు 60 °C వద్ద నిర్జలీకరణ సంకేతాలను చూపిస్తుంది మరియు రీహైడ్రేషన్ తర్వాత పునరుత్పత్తి చేయగలదు. 100 °C కంటే తక్కువ 0.02 గ్రా/g ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసంతో SrCl2 మరియు ZnSO4తో కూడా సానుకూల ఫలితాలు పొందబడ్డాయి. పూత యొక్క స్థిరత్వం మరియు సంశ్లేషణను పెంచడానికి హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్‌ను సంకలితంగా ఎంచుకున్నారు. ఉత్పత్తుల యొక్క శోషక లక్షణాలను ఏకకాలంలో TGA-DTG ద్వారా మూల్యాంకనం చేశారు మరియు ISO2409లో వివరించిన పరీక్షల ఆధారంగా వాటి సంశ్లేషణ ఒక పద్ధతి ద్వారా వర్గీకరించబడింది. 100 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద సుమారు 0.1 g/g బరువు వ్యత్యాసంతో దాని శోషణ సామర్థ్యాన్ని కొనసాగిస్తూ CaCl2 పూత యొక్క స్థిరత్వం మరియు సంశ్లేషణ గణనీయంగా మెరుగుపడుతుంది. అదనంగా, MgSO4 హైడ్రేట్‌లను ఏర్పరచగల సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది, 100 °C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద 0.04 g/g కంటే ఎక్కువ ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసాన్ని చూపుతుంది. చివరగా, పూత పూసిన మెటల్ ఫైబర్‌లను పరిశీలిస్తారు. Al2(SO4)3తో పూత పూసిన ఫైబర్ నిర్మాణం యొక్క ప్రభావవంతమైన ఉష్ణ వాహకత స్వచ్ఛమైన Al2(SO4)3 పరిమాణంతో పోలిస్తే 4.7 రెట్లు ఎక్కువగా ఉంటుందని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. అధ్యయనం చేయబడిన పూతల పూతను దృశ్యమానంగా పరిశీలించారు మరియు క్రాస్ సెక్షన్ల యొక్క మైక్రోస్కోపిక్ చిత్రాన్ని ఉపయోగించి అంతర్గత నిర్మాణాన్ని మూల్యాంకనం చేశారు. సుమారు 50 µm మందంతో Al2(SO4)3 యొక్క పూత పొందబడింది, కానీ మరింత ఏకరీతి పంపిణీని సాధించడానికి మొత్తం ప్రక్రియను ఆప్టిమైజ్ చేయాలి.
గత కొన్ని దశాబ్దాలుగా, సాంప్రదాయ కంప్రెషన్ హీట్ పంపులు లేదా శీతలీకరణ వ్యవస్థలకు పర్యావరణ అనుకూల ప్రత్యామ్నాయాన్ని అందిస్తున్నందున అధిశోషణ వ్యవస్థలు చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి. పెరుగుతున్న సౌకర్య ప్రమాణాలు మరియు ప్రపంచ సగటు ఉష్ణోగ్రతలతో, అధిశోషణ వ్యవస్థలు సమీప భవిష్యత్తులో శిలాజ ఇంధనాలపై ఆధారపడటాన్ని తగ్గించవచ్చు. అదనంగా, అధిశోషణ శీతలీకరణ లేదా ఉష్ణ పంపులలోని ఏవైనా మెరుగుదలలను ఉష్ణ శక్తి నిల్వకు బదిలీ చేయవచ్చు, ఇది ప్రాథమిక శక్తిని సమర్థవంతంగా ఉపయోగించుకునే సామర్థ్యంలో అదనపు పెరుగుదలను సూచిస్తుంది. అధిశోషణ ఉష్ణ పంపులు మరియు శీతలీకరణ వ్యవస్థల యొక్క ప్రధాన ప్రయోజనం ఏమిటంటే అవి తక్కువ ఉష్ణ ద్రవ్యరాశితో పనిచేయగలవు. ఇది సౌరశక్తి లేదా వ్యర్థ వేడి వంటి తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వనరులకు వాటిని అనుకూలంగా చేస్తుంది. శక్తి నిల్వ అనువర్తనాల పరంగా, అధిశోషణం అనేది సెన్సిబుల్ లేదా గుప్త ఉష్ణ నిల్వతో పోలిస్తే అధిక శక్తి సాంద్రత మరియు తక్కువ శక్తి దుర్వినియోగం యొక్క ప్రయోజనాన్ని కలిగి ఉంటుంది.
అధిశోషణ ఉష్ణ పంపులు మరియు శీతలీకరణ వ్యవస్థలు వాటి ఆవిరి సంపీడన ప్రతిరూపాల మాదిరిగానే అదే థర్మోడైనమిక్ చక్రాన్ని అనుసరిస్తాయి. ప్రధాన వ్యత్యాసం ఏమిటంటే కంప్రెసర్ భాగాలను అధిశోషకాలతో భర్తీ చేయడం. ఈ మూలకం మితమైన ఉష్ణోగ్రతల వద్ద తక్కువ పీడన శీతలకరణి ఆవిరిని శోషించగలదు, ద్రవం చల్లగా ఉన్నప్పుడు కూడా ఎక్కువ శీతలకరణిని ఆవిరి చేస్తుంది. అధిశోషణం (ఎక్సోథర్మ్) యొక్క ఎంథాల్పీని మినహాయించడానికి అధిశోషకం యొక్క స్థిరమైన శీతలీకరణను నిర్ధారించడం అవసరం. అధిశోషకం అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద పునరుత్పత్తి చేయబడుతుంది, దీని వలన శీతలకరణి ఆవిరి నిర్జలీకరణమవుతుంది. తాపన నిర్జలీకరణం (ఎండోథర్మిక్) యొక్క ఎంథాల్పీని అందించడం కొనసాగించాలి. అధిశోషణ ప్రక్రియలు ఉష్ణోగ్రత మార్పుల ద్వారా వర్గీకరించబడతాయి కాబట్టి, అధిక శక్తి సాంద్రతకు అధిక ఉష్ణ వాహకత అవసరం. అయితే, చాలా అనువర్తనాల్లో తక్కువ ఉష్ణ వాహకత ప్రధాన ప్రతికూలత.
వాహకత యొక్క ప్రధాన సమస్య ఏమిటంటే, అధిశోషణం/నిర్జలీకరణ ఆవిరి ప్రవాహాన్ని అందించే రవాణా మార్గాన్ని కొనసాగిస్తూ దాని సగటు విలువను పెంచడం. దీనిని సాధించడానికి సాధారణంగా రెండు విధానాలు ఉపయోగించబడతాయి: మిశ్రమ ఉష్ణ వినిమాయకాలు మరియు పూతతో కూడిన ఉష్ణ వినిమాయకాలు. అత్యంత ప్రజాదరణ పొందిన మరియు విజయవంతమైన మిశ్రమ పదార్థాలు కార్బన్-ఆధారిత సంకలనాలను ఉపయోగించేవి, అవి విస్తరించిన గ్రాఫైట్, ఉత్తేజిత కార్బన్ లేదా కార్బన్ ఫైబర్‌లు. ఒలివెరా మరియు ఇతరులు. 2 కాల్షియం క్లోరైడ్‌తో కలిపిన విస్తరించిన గ్రాఫైట్ పౌడర్ 306 W/kg వరకు నిర్దిష్ట శీతలీకరణ సామర్థ్యం (SCP) మరియు 0.46 వరకు పనితీరు గుణకం (COP) కలిగిన యాడ్సోర్బర్‌ను ఉత్పత్తి చేస్తుంది. జాజాక్జ్‌కోవ్స్కీ మరియు ఇతరులు. 3 విస్తరించిన గ్రాఫైట్, కార్బన్ ఫైబర్ మరియు కాల్షియం క్లోరైడ్ కలయికను 15 W/mK మొత్తం వాహకతతో ప్రతిపాదించారు. జియాన్ మరియు ఇతరులు4 రెండు-దశల అధిశోషణ శీతలీకరణ చక్రంలో సబ్‌స్ట్రేట్‌గా సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం చికిత్స చేయబడిన విస్తరించిన సహజ గ్రాఫైట్ (ENG-TSA)తో మిశ్రమాలను పరీక్షించారు. ఈ మోడల్ COP 0.215 నుండి 0.285 వరకు మరియు SCP 161.4 నుండి 260.74 W/kg వరకు ఉంటుందని అంచనా వేసింది.
ఇప్పటివరకు అత్యంత ఆచరణీయమైన పరిష్కారం పూతతో కూడిన ఉష్ణ వినిమాయకం. ఈ ఉష్ణ వినిమాయకాల యొక్క పూత విధానాలను రెండు వర్గాలుగా విభజించవచ్చు: ప్రత్యక్ష సంశ్లేషణ మరియు సంసంజనాలు. అత్యంత విజయవంతమైన పద్ధతి ప్రత్యక్ష సంశ్లేషణ, ఇందులో తగిన కారకాల నుండి ఉష్ణ వినిమాయకాల ఉపరితలంపై నేరుగా శోషక పదార్థాలను ఏర్పరుస్తుంది. ఫారెన్‌హీట్ GmbH తయారు చేసిన కూలర్‌ల శ్రేణిలో ఉపయోగించడానికి పూతతో కూడిన జియోలైట్‌ను సంశ్లేషణ చేయడానికి సోటెక్5 ఒక పద్ధతిని పేటెంట్ చేసింది. ష్నాబెల్ మరియు ఇతరులు6 స్టెయిన్‌లెస్ స్టీల్‌పై పూత పూసిన రెండు జియోలైట్‌ల పనితీరును పరీక్షించారు. అయితే, ఈ పద్ధతి నిర్దిష్ట యాడ్సోర్బెంట్‌లతో మాత్రమే పనిచేస్తుంది, ఇది అంటుకునే పూతను ఆసక్తికరమైన ప్రత్యామ్నాయంగా చేస్తుంది. బైండర్‌లు సోర్బెంట్ సంశ్లేషణ మరియు/లేదా ద్రవ్యరాశి బదిలీకి మద్దతు ఇవ్వడానికి ఎంచుకున్న నిష్క్రియాత్మక పదార్థాలు, కానీ అధిశోషణం లేదా వాహకత పెంపుదలలో ఎటువంటి పాత్ర పోషించవు. ఫ్రెని మరియు ఇతరులు. AQSOA-Z02 జియోలైట్‌తో 7 పూతతో కూడిన అల్యూమినియం ఉష్ణ వినిమాయకాలు క్లే-ఆధారిత బైండర్‌తో స్థిరీకరించబడ్డాయి. కాలాబ్రేస్ మరియు ఇతరులు.8 పాలిమెరిక్ బైండర్‌లతో జియోలైట్ పూతల తయారీని అధ్యయనం చేశారు. అమ్మన్ మరియు ఇతరులు పాలీ వినైల్ ఆల్కహాల్ యొక్క అయస్కాంత మిశ్రమాల నుండి పోరస్ జియోలైట్ పూతలను తయారు చేయడానికి ఒక పద్ధతిని ప్రతిపాదించారు. అల్యూమినా (అల్యూమినా) ను యాడ్సోర్బర్‌లో బైండర్ 10 గా కూడా ఉపయోగిస్తారు. మనకు తెలిసినంతవరకు, సెల్యులోజ్ మరియు హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్ భౌతిక యాడ్సోర్బెంట్‌లతో కలిపి మాత్రమే ఉపయోగించబడతాయి11,12. కొన్నిసార్లు జిగురు పెయింట్ కోసం ఉపయోగించబడదు, కానీ నిర్మాణం 13 ను దాని స్వంతంగా నిర్మించడానికి ఉపయోగించబడుతుంది. బహుళ ఉప్పు హైడ్రేట్‌లతో ఆల్జినేట్ పాలిమర్ మాత్రికల కలయిక ఎండబెట్టడం సమయంలో లీకేజీని నిరోధించే మరియు తగినంత ద్రవ్యరాశి బదిలీని అందించే సౌకర్యవంతమైన మిశ్రమ పూస నిర్మాణాలను ఏర్పరుస్తుంది. బెంటోనైట్ మరియు అటాపుల్గైట్ వంటి బంకమట్టిని మిశ్రమాల తయారీకి బైండర్‌లుగా ఉపయోగించారు15,16,17. కాల్షియం క్లోరైడ్18 లేదా సోడియం సల్ఫైడ్19 ను మైక్రోఎన్‌క్యాప్సులేట్ చేయడానికి ఇథైల్ సెల్యులోజ్ ఉపయోగించబడింది.
పోరస్ లోహ నిర్మాణంతో కూడిన మిశ్రమాలను సంకలిత ఉష్ణ వినిమాయకాలు మరియు పూతతో కూడిన ఉష్ణ వినిమాయకాలుగా విభజించవచ్చు. ఈ నిర్మాణాల ప్రయోజనం అధిక నిర్దిష్ట ఉపరితల వైశాల్యం. దీని ఫలితంగా జడ ద్రవ్యరాశిని జోడించకుండా యాడ్సోర్బెంట్ మరియు లోహం మధ్య పెద్ద కాంటాక్ట్ ఉపరితలం ఏర్పడుతుంది, ఇది శీతలీకరణ చక్రం యొక్క మొత్తం సామర్థ్యాన్ని తగ్గిస్తుంది. లాంగ్ మరియు ఇతరులు 20 అల్యూమినియం తేనెగూడు నిర్మాణంతో జియోలైట్ యాడ్సోర్బర్ యొక్క మొత్తం వాహకతను మెరుగుపరిచారు. గిల్లెర్మినోట్ మరియు ఇతరులు 21 రాగి మరియు నికెల్ ఫోమ్‌తో NaX జియోలైట్ పొరల ఉష్ణ వాహకతను మెరుగుపరిచారు. మిశ్రమాలను దశ మార్పు పదార్థాలుగా (PCMలు) ఉపయోగించినప్పటికీ, Li మరియు ఇతరులు 22 మరియు Zhao మరియు ఇతరులు 23 కనుగొన్న విషయాలు రసాయన శోషణకు కూడా ఆసక్తిని కలిగి ఉన్నాయి. వారు విస్తరించిన గ్రాఫైట్ మరియు లోహ నురుగు పనితీరును పోల్చారు మరియు తుప్పు సమస్య కాకపోతే మాత్రమే రెండోది ఉత్తమం అని తేల్చారు. పలోంబా మరియు ఇతరులు ఇటీవల ఇతర లోహ పోరస్ నిర్మాణాలను పోల్చారు 24. వాన్ డెర్ పాల్ మరియు ఇతరులు నురుగులలో పొందుపరిచిన లోహ లవణాలను అధ్యయనం చేశారు 25. మునుపటి ఉదాహరణలన్నీ దట్టమైన కణ శోషక పొరలకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. లోహ పోరస్ నిర్మాణాలు ఆచరణాత్మకంగా యాడ్సోర్బర్‌లను పూత పూయడానికి ఉపయోగించబడవు, ఇది మరింత సరైన పరిష్కారం. జియోలైట్‌లకు బంధించే ఉదాహరణను విట్‌స్టాడ్ట్ మరియు ఇతరులలో చూడవచ్చు. 26 కానీ ఉప్పు హైడ్రేట్‌లు అధిక శక్తి సాంద్రత 27 ఉన్నప్పటికీ వాటిని బంధించడానికి ఎటువంటి ప్రయత్నం చేయలేదు.
అందువల్ల, ఈ వ్యాసంలో యాడ్సోర్బెంట్ పూతలను తయారు చేయడానికి మూడు పద్ధతులను పరిశీలిస్తాము: (1) బైండర్ పూత, (2) ప్రత్యక్ష ప్రతిచర్య మరియు (3) ఉపరితల చికిత్స. గతంలో నివేదించబడిన స్థిరత్వం మరియు భౌతిక యాడ్సోర్బెంట్‌లతో కలిపి మంచి పూత సంశ్లేషణ కారణంగా ఈ పనిలో హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్ ఎంపిక చేయబడిన బైండర్. ఈ పద్ధతిని మొదట ఫ్లాట్ పూతలకు పరిశోధించారు మరియు తరువాత మెటల్ ఫైబర్ నిర్మాణాలకు వర్తింపజేశారు. గతంలో, యాడ్సోర్బెంట్ పూతలు ఏర్పడటంతో రసాయన ప్రతిచర్యల అవకాశం యొక్క ప్రాథమిక విశ్లేషణ నివేదించబడింది. మునుపటి అనుభవం ఇప్పుడు మెటల్ ఫైబర్ నిర్మాణాల పూతకు బదిలీ చేయబడుతోంది. ఈ పని కోసం ఎంచుకున్న ఉపరితల చికిత్స అల్యూమినియం యానోడైజింగ్ ఆధారంగా ఒక పద్ధతి. అల్యూమినియం యానోడైజింగ్‌ను సౌందర్య ప్రయోజనాల కోసం లోహ లవణాలతో విజయవంతంగా కలపడం జరిగింది29. ఈ సందర్భాలలో, చాలా స్థిరమైన మరియు తుప్పు-నిరోధక పూతలను పొందవచ్చు. అయితే, అవి ఎటువంటి శోషణ లేదా నిర్జలీకరణ ప్రక్రియను నిర్వహించలేవు. ఈ పత్రం అసలు ప్రక్రియ యొక్క అంటుకునే లక్షణాలను ఉపయోగించి ద్రవ్యరాశిని తరలించడానికి అనుమతించే ఈ విధానం యొక్క వైవిధ్యాన్ని అందిస్తుంది. మనకు తెలిసినంతవరకు, ఇక్కడ వివరించిన పద్ధతులు ఏవీ ఇంతకు ముందు అధ్యయనం చేయబడలేదు. అవి చాలా ఆసక్తికరమైన కొత్త సాంకేతికతను సూచిస్తాయి ఎందుకంటే అవి హైడ్రేటెడ్ యాడ్సోర్బెంట్ పూతలను ఏర్పరచడానికి అనుమతిస్తాయి, ఇవి తరచుగా అధ్యయనం చేయబడిన భౌతిక యాడ్సోర్బెంట్ల కంటే అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంటాయి.
ఈ ప్రయోగాలకు సబ్‌స్ట్రేట్‌లుగా ఉపయోగించిన స్టాంప్డ్ అల్యూమినియం ప్లేట్‌లను చెక్ రిపబ్లిక్‌లోని ALINVEST Břidličná అందించింది. వాటిలో 98.11% అల్యూమినియం, 1.3622% ఇనుము, 0.3618% మాంగనీస్ మరియు రాగి, మెగ్నీషియం, సిలికాన్, టైటానియం, జింక్, క్రోమియం మరియు నికెల్ జాడలు ఉన్నాయి.
మిశ్రమాల తయారీకి ఎంచుకున్న పదార్థాలను వాటి థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలకు అనుగుణంగా ఎంపిక చేస్తారు, అంటే, 120°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వద్ద అవి ఎంత నీటిని శోషించగలవు/నిర్జించగలవు అనే దానిపై ఆధారపడి ఉంటుంది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) అత్యంత ఆసక్తికరమైన మరియు అధ్యయనం చేయబడిన హైడ్రేటెడ్ లవణాలలో ఒకటి30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను క్రమపద్ధతిలో కొలుస్తారు మరియు అధిశోషణ శీతలీకరణ, హీట్ పంపులు మరియు శక్తి నిల్వ రంగాలలో అనువర్తనాలకు అనుకూలంగా ఉన్నట్లు కనుగొనబడింది. డ్రై మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ CAS-Nr.7487-88-9 99% (గ్రస్సింగ్ GmbH, ఫిల్సమ్, నీడర్సాచ్సెన్, జర్మనీ) ఉపయోగించబడింది.
కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2) (H319) అనేది మరొక బాగా అధ్యయనం చేయబడిన ఉప్పు, ఎందుకంటే దాని హైడ్రేట్ ఆసక్తికరమైన థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది41,42,43,44. కాల్షియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-నం. 7774-34-7 97% ఉపయోగించబడింది (గ్రస్సింగ్, GmbH, ఫిల్సమ్, నీడర్సాచ్సెన్, జర్మనీ).
జింక్ సల్ఫేట్ (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) మరియు దాని హైడ్రేట్లు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత శోషణ ప్రక్రియలకు అనువైన థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి45,46. జింక్ సల్ఫేట్ హెప్టాహైడ్రేట్ CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (గ్రూసింగ్ GmbH, ఫిల్సమ్, నీడర్సాచ్సెన్, జర్మనీ) ఉపయోగించబడింది.
స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ (SrCl2) (H318) కూడా ఆసక్తికరమైన థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలను కలిగి ఉంది4,45,47 అయినప్పటికీ ఇది తరచుగా శోషణ వేడి పంపు లేదా శక్తి నిల్వ పరిశోధనలో అమ్మోనియాతో కలిపి ఉంటుంది. స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, మిస్సోరి, USA) సంశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించబడింది.
కాపర్ సల్ఫేట్ (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) అనేది ప్రొఫెషనల్ సాహిత్యంలో తరచుగా కనిపించే హైడ్రేట్లలో లేదు, అయితే దాని థర్మోడైనమిక్ లక్షణాలు తక్కువ ఉష్ణోగ్రత అనువర్తనాలకు ఆసక్తిని కలిగిస్తాయి48,49. కాపర్ సల్ఫేట్ CAS-Nr.7758-99-8 99% (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, MO, USA) సంశ్లేషణ కోసం ఉపయోగించబడింది.
మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ (MgCl2) అనేది ఇటీవల ఉష్ణ శక్తి నిల్వ రంగంలో ఎక్కువ శ్రద్ధను పొందిన హైడ్రేటెడ్ లవణాలలో ఒకటి50,51. మెగ్నీషియం క్లోరైడ్ హెక్సాహైడ్రేట్ CAS-Nr.7791-18-6 స్వచ్ఛమైన ఫార్మాస్యూటికల్ గ్రేడ్ (అప్లికెమ్ GmbH., డార్మ్‌స్టాడ్ట్, జర్మనీ) ప్రయోగాలకు ఉపయోగించబడింది.
పైన చెప్పినట్లుగా, ఇలాంటి అనువర్తనాల్లో సానుకూల ఫలితాలు ఉన్నందున హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్ ఎంపిక చేయబడింది. మా సంశ్లేషణలో ఉపయోగించిన పదార్థం హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్ CAS-Nr 9004-62-0 (సిగ్మా ఆల్డ్రిచ్, సెయింట్ లూయిస్, MO, USA).
లోహ ఫైబర్‌లు కుదింపు మరియు సింటరింగ్ ద్వారా కలిసి బంధించబడిన చిన్న వైర్ల నుండి తయారు చేయబడతాయి, ఈ ప్రక్రియను క్రూసిబుల్ మెల్ట్ ఎక్స్‌ట్రాక్షన్ (CME)52 అని పిలుస్తారు. దీని అర్థం వాటి ఉష్ణ వాహకత తయారీలో ఉపయోగించే లోహాల సమూహ వాహకత మరియు తుది నిర్మాణం యొక్క సచ్ఛిద్రతపై మాత్రమే కాకుండా, దారాల మధ్య బంధాల నాణ్యతపై కూడా ఆధారపడి ఉంటుంది. ఫైబర్‌లు ఐసోట్రోపిక్ కావు మరియు ఉత్పత్తి సమయంలో ఒక నిర్దిష్ట దిశలో పంపిణీ చేయబడతాయి, ఇది విలోమ దిశలో ఉష్ణ వాహకతను చాలా తక్కువగా చేస్తుంది.
వాక్యూమ్ ప్యాకేజీలో (Netzsch TG 209 F1 Libra) సైమల్టేనియస్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ అనాలిసిస్ (TGA)/డిఫరెన్షియల్ థర్మోగ్రావిమెట్రిక్ అనాలిసిస్ (DTG) ఉపయోగించి నీటి శోషణ లక్షణాలను పరిశోధించారు. అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ క్రూసిబుల్స్‌లో 10 ml/min ప్రవాహం రేటు మరియు 25 నుండి 150°C వరకు ఉష్ణోగ్రత పరిధిలో ప్రవహించే నైట్రోజన్ వాతావరణంలో కొలతలు నిర్వహించబడ్డాయి. తాపన రేటు 1 °C/min, నమూనా బరువు 10 నుండి 20 mg వరకు మారుతూ ఉంటుంది, రిజల్యూషన్ 0.1 μg. ఈ పనిలో, యూనిట్ ఉపరితలానికి ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం పెద్ద అనిశ్చితిని కలిగి ఉందని గమనించాలి. TGA-DTGలో ఉపయోగించే నమూనాలు చాలా చిన్నవి మరియు సక్రమంగా కత్తిరించబడవు, ఇది వాటి ప్రాంత నిర్ధారణను సరికాదు. పెద్ద విచలనాలను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే మాత్రమే ఈ విలువలను పెద్ద ప్రాంతానికి ఎక్స్‌ట్రాపోలేట్ చేయవచ్చు.
అటెన్యుయేటెడ్ టోటల్ రిఫ్లెక్షన్ ఫోరియర్ ట్రాన్స్‌ఫార్మ్ ఇన్‌ఫ్రారెడ్ (ATR-FTIR) స్పెక్ట్రాను బ్రూకర్ వెర్టెక్స్ 80 v FTIR స్పెక్ట్రోమీటర్ (బ్రూకర్ ఆప్టిక్ GmbH, లీప్‌జిగ్, జర్మనీ) పై ATR ప్లాటినం యాక్సెసరీ (బ్రూకర్ ఆప్టిక్ GmbH, జర్మనీ) ఉపయోగించి పొందారు. ప్రయోగాత్మక కొలతలకు నమూనాలను నేపథ్యంగా ఉపయోగించే ముందు స్వచ్ఛమైన పొడి వజ్ర స్ఫటికాల స్పెక్ట్రాను నేరుగా వాక్యూమ్‌లో కొలుస్తారు. 2 cm-1 స్పెక్ట్రల్ రిజల్యూషన్ మరియు సగటున 32 స్కాన్‌ల సంఖ్యను ఉపయోగించి నమూనాలను వాక్యూమ్‌లో కొలుస్తారు. తరంగ సంఖ్య 8000 నుండి 500 cm-1 వరకు ఉంటుంది. OPUS ప్రోగ్రామ్‌ను ఉపయోగించి స్పెక్ట్రల్ విశ్లేషణ జరిగింది.
2 మరియు 5 kV యాక్సిలరేటింగ్ వోల్టేజ్‌ల వద్ద జీస్ నుండి DSM 982 జెమిని ఉపయోగించి SEM విశ్లేషణ జరిగింది. పెల్టియర్ కూల్డ్ సిలికాన్ డ్రిఫ్ట్ డిటెక్టర్ (SSD)తో థర్మో ఫిషర్ సిస్టమ్ 7ని ఉపయోగించి ఎనర్జీ డిస్పర్సివ్ ఎక్స్-రే స్పెక్ట్రోస్కోపీ (EDX) నిర్వహించబడింది.
53 లో వివరించిన విధానాన్ని పోలిన విధానం ప్రకారం లోహపు పలకల తయారీ జరిగింది. ముందుగా, ప్లేట్‌ను 50% సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంలో ముంచండి. 15 నిమిషాలు. తరువాత వాటిని 1 M సోడియం హైడ్రాక్సైడ్ ద్రావణంలో సుమారు 10 సెకన్ల పాటు ప్రవేశపెట్టారు. తరువాత నమూనాలను పెద్ద మొత్తంలో స్వేదనజలంతో కడిగి, ఆపై స్వేదనజలంలో 30 నిమిషాలు నానబెట్టారు. ప్రాథమిక ఉపరితల చికిత్స తర్వాత, నమూనాలను 3% సంతృప్త ద్రావణంలో ముంచారు. HEC మరియు లక్ష్య ఉప్పు. చివరగా, వాటిని బయటకు తీసి 60°C వద్ద ఆరబెట్టండి.
ఈ అనోడైజింగ్ పద్ధతి నిష్క్రియాత్మక లోహంపై సహజ ఆక్సైడ్ పొరను పెంచుతుంది మరియు బలపరుస్తుంది. అల్యూమినియం ప్యానెల్‌లను గట్టిపడిన స్థితిలో సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లంతో అనోడైజ్ చేసి, ఆపై వేడి నీటిలో సీలు చేస్తారు. అనోడైజింగ్ తర్వాత 1 mol/l NaOH (600 s) తో ప్రారంభ ఎచింగ్ తర్వాత 1 mol/l HNO3 (60 s) లో తటస్థీకరణ జరిగింది. ఎలక్ట్రోలైట్ ద్రావణం 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, మరియు 1 M MgSO4 + 7H2O మిశ్రమం. అనోడైజింగ్‌ను (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 వద్ద 1200 సెకన్ల పాటు నిర్వహించారు. పదార్థాలలో (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) వివరించిన విధంగా వివిధ ఉప్పునీటి ద్రావణాలలో సీలింగ్ ప్రక్రియ జరిగింది. నమూనాను 1800 సెకన్ల పాటు అందులో ఉడకబెట్టారు.
మిశ్రమాలను ఉత్పత్తి చేయడానికి మూడు వేర్వేరు పద్ధతులను పరిశోధించారు: అంటుకునే పూత, ప్రత్యక్ష ప్రతిచర్య మరియు ఉపరితల చికిత్స. ప్రతి శిక్షణా పద్ధతి యొక్క ప్రయోజనాలు మరియు అప్రయోజనాలను క్రమపద్ధతిలో విశ్లేషించి చర్చించారు. ఫలితాలను అంచనా వేయడానికి ప్రత్యక్ష పరిశీలన, నానోఇమేజింగ్ మరియు రసాయన/మూలక విశ్లేషణలను ఉపయోగించారు.
ఉప్పు హైడ్రేట్ల సంశ్లేషణను పెంచడానికి మార్పిడి ఉపరితల చికిత్స పద్ధతిగా అనోడైజింగ్ ఎంపిక చేయబడింది. ఈ ఉపరితల చికిత్స అల్యూమినియం ఉపరితలంపై నేరుగా అల్యూమినా (అల్యూమినా) యొక్క పోరస్ నిర్మాణాన్ని సృష్టిస్తుంది. సాంప్రదాయకంగా, ఈ పద్ధతి రెండు దశలను కలిగి ఉంటుంది: మొదటి దశ అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ యొక్క పోరస్ నిర్మాణాన్ని సృష్టిస్తుంది మరియు రెండవ దశ రంధ్రాలను మూసివేసే అల్యూమినియం హైడ్రాక్సైడ్ యొక్క పూతను సృష్టిస్తుంది. గ్యాస్ దశకు ప్రాప్యతను నిరోధించకుండా ఉప్పును నిరోధించే రెండు పద్ధతులు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి. మొదటిది యాడ్సోర్బెంట్ స్ఫటికాలను పట్టుకోవడానికి మరియు లోహ ఉపరితలాలకు దాని సంశ్లేషణను పెంచడానికి మొదటి దశలో పొందిన చిన్న అల్యూమినియం ఆక్సైడ్ (Al2O3) గొట్టాలను ఉపయోగించి తేనెగూడు వ్యవస్థను కలిగి ఉంటుంది. ఫలితంగా వచ్చే తేనెగూడులు సుమారు 50 nm వ్యాసం మరియు 200 nm పొడవు కలిగి ఉంటాయి (Fig. 1a). ముందు చెప్పినట్లుగా, ఈ కావిటీస్ సాధారణంగా రెండవ దశలో అల్యూమినా ట్యూబ్ మరిగే ప్రక్రియ ద్వారా మద్దతు ఇవ్వబడిన Al2O(OH)2 బోహ్మైట్ యొక్క పలుచని పొరతో మూసివేయబడతాయి. రెండవ పద్ధతిలో, ఈ సీలింగ్ ప్రక్రియను సవరించారు, ఉప్పు స్ఫటికాలు బోహ్మైట్ (Al2O(OH)) యొక్క ఏకరీతిగా కప్పి ఉంచే పొరలో బంధించబడతాయి, ఈ సందర్భంలో దీనిని సీలింగ్ చేయడానికి ఉపయోగించరు. రెండవ దశ సంబంధిత ఉప్పు యొక్క సంతృప్త ద్రావణంలో నిర్వహించబడుతుంది. వివరించిన నమూనాలు 50–100 nm పరిధిలో పరిమాణాలను కలిగి ఉంటాయి మరియు స్ప్లాష్డ్ డ్రాప్స్ లాగా కనిపిస్తాయి (Fig. 1b). సీలింగ్ ప్రక్రియ ఫలితంగా పొందిన ఉపరితలం పెరిగిన కాంటాక్ట్ ఏరియాతో ఉచ్ఛరించబడిన ప్రాదేశిక నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ ఉపరితల నమూనా, వాటి అనేక బంధన ఆకృతీకరణలతో పాటు, ఉప్పు స్ఫటికాలను మోసుకెళ్లడానికి మరియు పట్టుకోవడానికి అనువైనది. వివరించిన రెండు నిర్మాణాలు నిజంగా పోరస్‌గా కనిపిస్తాయి మరియు యాడ్సోర్బర్ యొక్క ఆపరేషన్ సమయంలో ఉప్పు హైడ్రేట్‌లను నిలుపుకోవడానికి మరియు ఉప్పుకు ఆవిరిని శోషించడానికి బాగా సరిపోయేలా కనిపించే చిన్న కుహరాలను కలిగి ఉంటాయి. అయితే, EDXని ఉపయోగించి ఈ ఉపరితలాల యొక్క ఎలిమెంటల్ విశ్లేషణ బోహ్మైట్ ఉపరితలంపై మెగ్నీషియం మరియు సల్ఫర్ యొక్క ట్రేస్ మొత్తాలను గుర్తించగలదు, ఇవి అల్యూమినా ఉపరితలం విషయంలో కనుగొనబడవు.
నమూనా యొక్క ATR-FTIR మూలకం మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ అని నిర్ధారించింది (చిత్రం 2b చూడండి). స్పెక్ట్రం 610–680 మరియు 1080–1130 cm–1 వద్ద లక్షణ సల్ఫేట్ అయాన్ శిఖరాలను మరియు 1600–1700 cm–1 మరియు 3200–3800 cm–1 వద్ద లక్షణ లాటిస్ నీటి శిఖరాలను చూపిస్తుంది (చిత్రం 2a, c చూడండి). మెగ్నీషియం అయాన్ల ఉనికి దాదాపుగా స్పెక్ట్రమ్‌ను మార్చదు54.
(ఎ) బోహ్మైట్ పూతతో కూడిన MgSO4 అల్యూమినియం ప్లేట్ యొక్క EDX, (బి) బోహ్మైట్ మరియు MgSO4 పూతల యొక్క ATR-FTIR స్పెక్ట్రా, (సి) స్వచ్ఛమైన MgSO4 యొక్క ATR-FTIR స్పెక్ట్రా.
అధిశోషణ సామర్థ్యాన్ని నిర్వహించడం TGA ద్వారా నిర్ధారించబడింది. అంజీర్ 3bలో సుమారు 60°C డీసార్ప్షన్ శిఖరం కనిపిస్తుంది. ఈ శిఖరం TGAలో స్వచ్ఛమైన ఉప్పు యొక్క రెండు శిఖరాల ఉష్ణోగ్రతకు అనుగుణంగా లేదు (మూర్తి 3a). అధిశోషణ-నిర్జలీకరణ చక్రం యొక్క పునరావృతతను అంచనా వేయబడింది మరియు నమూనాలను తేమతో కూడిన వాతావరణంలో ఉంచిన తర్వాత అదే వక్రత గమనించబడింది (మూర్తి 3c). ద్వితీయ దశ డీసార్ప్షన్‌లో గమనించిన తేడాలు ప్రవహించే వాతావరణంలో డీసార్ప్షన్ ఫలితంగా ఉండవచ్చు, ఎందుకంటే ఇది తరచుగా అసంపూర్ణ నిర్జలీకరణానికి దారితీస్తుంది. ఈ విలువలు మొదటి డీవాటరింగ్‌లో సుమారు 17.9 గ్రా/మీ2 మరియు రెండవ డీవాటరింగ్‌లో 10.3 గ్రా/మీ2కి అనుగుణంగా ఉంటాయి.
బోహ్మైట్ మరియు MgSO4 యొక్క TGA విశ్లేషణ యొక్క పోలిక: స్వచ్ఛమైన MgSO4 (a), మిశ్రమం (b) మరియు రీహైడ్రేషన్ తర్వాత (c) యొక్క TGA విశ్లేషణ.
ఇదే పద్ధతిని కాల్షియం క్లోరైడ్‌ను యాడ్సోర్బెంట్‌గా ఉపయోగించి నిర్వహించారు. ఫలితాలు చిత్రం 4లో ప్రదర్శించబడ్డాయి. ఉపరితలం యొక్క దృశ్య తనిఖీలో లోహ మెరుపులో స్వల్ప మార్పులు వెల్లడయ్యాయి. బొచ్చు చాలా తక్కువగా కనిపిస్తుంది. ఉపరితలంపై సమానంగా పంపిణీ చేయబడిన చిన్న స్ఫటికాల ఉనికిని SEM నిర్ధారించింది. అయితే, TGA 150°C కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రత వద్ద నిర్జలీకరణాన్ని చూపించలేదు. TGA ద్వారా గుర్తించడానికి సబ్‌స్ట్రేట్ యొక్క మొత్తం ద్రవ్యరాశితో పోలిస్తే ఉప్పు నిష్పత్తి చాలా తక్కువగా ఉండటం దీనికి కారణం కావచ్చు.
అనోడైజింగ్ పద్ధతి ద్వారా కాపర్ సల్ఫేట్ పూత యొక్క ఉపరితల చికిత్స ఫలితాలు అంజీర్ 5 లో చూపబడ్డాయి. ఈ సందర్భంలో, Al ఆక్సైడ్ నిర్మాణంలో CuSO4 యొక్క ఊహించిన విలీనం జరగలేదు. బదులుగా, సాధారణ టర్కోయిస్ రంగులతో ఉపయోగించే కాపర్ హైడ్రాక్సైడ్ Cu(OH)2 కోసం సాధారణంగా ఉపయోగించే వదులుగా ఉండే సూదులు గమనించబడతాయి.
ఆనోడైజ్డ్ ఉపరితల చికిత్సను స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్‌తో కలిపి కూడా పరీక్షించారు. ఫలితాలు అసమాన కవరేజీని చూపించాయి (చిత్రం 6a చూడండి). ఉప్పు మొత్తం ఉపరితలాన్ని కప్పి ఉందో లేదో తెలుసుకోవడానికి, EDX విశ్లేషణ జరిగింది. బూడిద రంగు ప్రాంతంలోని ఒక బిందువు యొక్క వక్రరేఖ (చిత్రం 6bలో పాయింట్ 1) తక్కువ స్ట్రోంటియం మరియు చాలా అల్యూమినియంను చూపిస్తుంది. ఇది కొలిచిన జోన్‌లో స్ట్రోంటియం యొక్క తక్కువ కంటెంట్‌ను సూచిస్తుంది, ఇది క్రమంగా, స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ యొక్క తక్కువ కవరేజీని సూచిస్తుంది. దీనికి విరుద్ధంగా, తెల్లని ప్రాంతాలలో స్ట్రోంటియం యొక్క అధిక కంటెంట్ మరియు అల్యూమినియం యొక్క తక్కువ కంటెంట్ (చిత్రం 6bలో పాయింట్లు 2–6) ఉంటాయి. తెల్లని ప్రాంతం యొక్క EDX విశ్లేషణ ముదురు చుక్కలను (చిత్రం 6bలో పాయింట్లు 2 మరియు 4), క్లోరిన్ తక్కువగా మరియు సల్ఫర్ ఎక్కువగా చూపిస్తుంది. ఇది స్ట్రోంటియం సల్ఫేట్ ఏర్పడటాన్ని సూచిస్తుంది. ప్రకాశవంతమైన చుక్కలు అధిక క్లోరిన్ కంటెంట్ మరియు తక్కువ సల్ఫర్ కంటెంట్‌ను ప్రతిబింబిస్తాయి (చిత్రం 6bలో పాయింట్లు 3, 5, మరియు 6). తెల్లటి పూత యొక్క ప్రధాన భాగం ఆశించిన స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్‌ను కలిగి ఉండటం ద్వారా దీనిని వివరించవచ్చు. నమూనా యొక్క TGA స్వచ్ఛమైన స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ యొక్క లక్షణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద గరిష్ట స్థాయితో విశ్లేషణ యొక్క వివరణను నిర్ధారించింది (Fig. 6c). లోహ మద్దతు ద్రవ్యరాశితో పోల్చితే వాటి చిన్న విలువను ఉప్పు యొక్క చిన్న భాగం ద్వారా సమర్థించవచ్చు. ప్రయోగాలలో నిర్ణయించబడిన నిర్జలీకరణ ద్రవ్యరాశి 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద యాడ్సోర్బర్ యొక్క యూనిట్ ప్రాంతానికి ఇవ్వబడిన 7.3 g/m2 మొత్తానికి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
ఎలోక్సాల్-చికిత్స చేసిన జింక్ సల్ఫేట్ పూతలను కూడా పరీక్షించారు. స్థూల దృష్టితో, పూత చాలా సన్నని మరియు ఏకరీతి పొర (Fig. 7a). అయితే, SEM ఖాళీ ప్రాంతాలతో వేరు చేయబడిన చిన్న స్ఫటికాలతో కప్పబడిన ఉపరితల వైశాల్యాన్ని వెల్లడించింది (Fig. 7b). పూత మరియు ఉపరితలం యొక్క TGAని స్వచ్ఛమైన ఉప్పుతో పోల్చారు (Fig. 7c). స్వచ్ఛమైన ఉప్పు 59.1°C వద్ద ఒక అసమాన శిఖరాన్ని కలిగి ఉంటుంది. పూతతో కూడిన అల్యూమినియం 55.5°C మరియు 61.3°C వద్ద రెండు చిన్న శిఖరాలను చూపించింది, ఇది జింక్ సల్ఫేట్ హైడ్రేట్ ఉనికిని సూచిస్తుంది. ప్రయోగంలో వెల్లడైన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం 150°C నిర్జలీకరణ ఉష్ణోగ్రత వద్ద 10.9 g/m2కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
మునుపటి అప్లికేషన్‌లో వలె53, సోర్బెంట్ పూత యొక్క సంశ్లేషణ మరియు స్థిరత్వాన్ని మెరుగుపరచడానికి హైడ్రాక్సీథైల్ సెల్యులోజ్‌ను బైండర్‌గా ఉపయోగించారు. పదార్థ అనుకూలత మరియు శోషణ పనితీరుపై ప్రభావాన్ని TGA అంచనా వేసింది. విశ్లేషణ మొత్తం ద్రవ్యరాశికి సంబంధించి నిర్వహించబడుతుంది, అనగా నమూనాలో పూత ఉపరితలంగా ఉపయోగించే మెటల్ ప్లేట్ ఉంటుంది. ISO2409 స్పెసిఫికేషన్‌లో నిర్వచించిన క్రాస్ నాచ్ పరీక్ష ఆధారంగా ఒక పరీక్ష ద్వారా సంశ్లేషణ పరీక్షించబడుతుంది (స్పెసిఫికేషన్ మందం మరియు వెడల్పు ఆధారంగా నాచ్ సెపరేషన్ స్పెసిఫికేషన్‌ను అందుకోలేము).
ప్యానెల్‌లను కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2)తో పూత పూయడం (Fig. 8a చూడండి) అసమాన పంపిణీకి దారితీసింది, ఇది విలోమ నాచ్ పరీక్ష కోసం ఉపయోగించే స్వచ్ఛమైన అల్యూమినియం పూతలో గమనించబడలేదు. స్వచ్ఛమైన CaCl2 ఫలితాలతో పోలిస్తే, TGA (Fig. 8b) వరుసగా 40 మరియు 20°C తక్కువ ఉష్ణోగ్రతల వైపుకు మారిన రెండు లక్షణ శిఖరాలను చూపిస్తుంది. క్రాస్-సెక్షన్ పరీక్ష ఆబ్జెక్టివ్ పోలికను అనుమతించదు ఎందుకంటే స్వచ్ఛమైన CaCl2 నమూనా (Fig. 8cలో కుడివైపున ఉన్న నమూనా) ఒక పొడి అవక్షేపం, ఇది పైభాగపు కణాలను తొలగిస్తుంది. HEC ఫలితాలు సంతృప్తికరమైన సంశ్లేషణతో చాలా సన్నని మరియు ఏకరీతి పూతను చూపించాయి. Fig. 8bలో చూపిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద యాడ్సోర్బర్ యొక్క యూనిట్ ప్రాంతానికి 51.3 g/m2కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) తో సంశ్లేషణ మరియు ఏకరూపత పరంగా సానుకూల ఫలితాలు కూడా పొందబడ్డాయి (చిత్రం 9 చూడండి). పూత యొక్క నిర్జలీకరణ ప్రక్రియ యొక్క విశ్లేషణ సుమారు 60°C యొక్క ఒక శిఖరం ఉనికిని చూపించింది. ఈ ఉష్ణోగ్రత స్వచ్ఛమైన లవణాల నిర్జలీకరణంలో కనిపించే ప్రధాన నిర్జలీకరణ దశకు అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇది 44°C వద్ద మరొక దశను సూచిస్తుంది. ఇది హెక్సాహైడ్రేట్ నుండి పెంటాహైడ్రేట్‌కు పరివర్తనకు అనుగుణంగా ఉంటుంది మరియు బైండర్‌లతో పూతల విషయంలో గమనించబడదు. స్వచ్ఛమైన ఉప్పును ఉపయోగించి తయారు చేసిన పూతలతో పోలిస్తే క్రాస్ సెక్షన్ పరీక్షలు మెరుగైన పంపిణీ మరియు సంశ్లేషణను చూపుతాయి. TGA-DTCలో గమనించిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం 150°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద యాడ్సోర్బర్ యొక్క యూనిట్ ప్రాంతానికి 18.4 g/m2కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
ఉపరితల అసమానతల కారణంగా, స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ (SrCl2) రెక్కలపై అసమాన పూతను కలిగి ఉంటుంది (Fig. 10a). అయితే, విలోమ నాచ్ పరీక్ష ఫలితాలు గణనీయంగా మెరుగైన సంశ్లేషణతో ఏకరీతి పంపిణీని చూపించాయి (Fig. 10c). TGA విశ్లేషణ బరువులో చాలా తక్కువ వ్యత్యాసాన్ని చూపించింది, ఇది లోహ ఉపరితలంతో పోలిస్తే తక్కువ ఉప్పు కంటెంట్ కారణంగా ఉండాలి. అయితే, వక్రరేఖపై ఉన్న దశలు నిర్జలీకరణ ప్రక్రియ ఉనికిని చూపుతాయి, అయినప్పటికీ శిఖరం స్వచ్ఛమైన ఉప్పును వర్ణించేటప్పుడు పొందిన ఉష్ణోగ్రతతో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. స్వచ్ఛమైన ఉప్పును విశ్లేషించేటప్పుడు 110°C మరియు 70.2°C వద్ద ఉన్న శిఖరాలు కూడా అత్తి పండ్లలో గమనించబడ్డాయి. అయితే, 50°C వద్ద స్వచ్ఛమైన ఉప్పులో గమనించిన ప్రధాన నిర్జలీకరణ దశ బైండర్‌ను ఉపయోగించి వక్రరేఖలలో ప్రతిబింబించలేదు. దీనికి విరుద్ధంగా, బైండర్ మిశ్రమం 20.2°C మరియు 94.1°C వద్ద రెండు శిఖరాలను చూపించింది, వీటిని స్వచ్ఛమైన ఉప్పు కోసం కొలవలేదు (Fig. 10b). 150 °C ఉష్ణోగ్రత వద్ద, గమనించిన ద్రవ్యరాశి వ్యత్యాసం యాడ్సోర్బర్ యొక్క యూనిట్ ప్రాంతానికి 7.2 g/m2కి అనుగుణంగా ఉంటుంది.
HEC మరియు జింక్ సల్ఫేట్ (ZnSO4) కలయిక ఆమోదయోగ్యమైన ఫలితాలను ఇవ్వలేదు (చిత్రం 11). పూత పూసిన లోహం యొక్క TGA విశ్లేషణ ఎటువంటి నిర్జలీకరణ ప్రక్రియలను వెల్లడించలేదు. పూత యొక్క పంపిణీ మరియు సంశ్లేషణ మెరుగుపడినప్పటికీ, దాని లక్షణాలు ఇప్పటికీ సరైనవి కావు.
లోహపు ఫైబర్‌లను సన్నని మరియు ఏకరీతి పొరతో పూత పూయడానికి సులభమైన మార్గం తడి ఫలదీకరణం (Fig. 12a), ఇందులో లక్ష్య ఉప్పు తయారీ మరియు లోహపు ఫైబర్‌లను జల ద్రావణంతో ఫలదీకరణం చేయడం ఉంటాయి.
తడి ఫలదీకరణానికి సిద్ధమవుతున్నప్పుడు, రెండు ప్రధాన సమస్యలు ఎదురవుతాయి. ఒక వైపు, సెలైన్ ద్రావణం యొక్క ఉపరితల ఉద్రిక్తత ద్రవాన్ని పోరస్ నిర్మాణంలోకి సరిగ్గా చేర్చకుండా నిరోధిస్తుంది. బాహ్య ఉపరితలంపై స్ఫటికీకరణ (Fig. 12d) మరియు నిర్మాణం లోపల చిక్కుకున్న గాలి బుడగలు (Fig. 12c) ఉపరితల ఉద్రిక్తతను తగ్గించడం ద్వారా మరియు నమూనాను స్వేదనజలంతో ముందుగా తడి చేయడం ద్వారా మాత్రమే తగ్గించవచ్చు. లోపల గాలిని ఖాళీ చేయడం ద్వారా లేదా నిర్మాణంలో ద్రావణ ప్రవాహాన్ని సృష్టించడం ద్వారా నమూనాలో బలవంతంగా కరిగించడం అనేది నిర్మాణం పూర్తిగా నింపడాన్ని నిర్ధారించడానికి ఇతర ప్రభావవంతమైన మార్గాలు.
తయారీ సమయంలో ఎదురైన రెండవ సమస్య ఉప్పు భాగం నుండి పొరను తొలగించడం (Fig. 12b చూడండి). ఈ దృగ్విషయం కరిగే ఉపరితలంపై పొడి పూత ఏర్పడటం ద్వారా వర్గీకరించబడుతుంది, ఇది ఉష్ణప్రసరణ ప్రేరేపిత ఎండబెట్టడాన్ని ఆపివేస్తుంది మరియు వ్యాప్తి ఉత్తేజిత ప్రక్రియను ప్రారంభిస్తుంది. రెండవ యంత్రాంగం మొదటిదానికంటే చాలా నెమ్మదిగా ఉంటుంది. ఫలితంగా, సహేతుకమైన ఎండబెట్టడం సమయానికి అధిక ఉష్ణోగ్రత అవసరం, ఇది నమూనా లోపల బుడగలు ఏర్పడే ప్రమాదాన్ని పెంచుతుంది. ఈ సమస్య ఏకాగ్రత మార్పు (బాష్పీభవనం) ఆధారంగా కాకుండా ఉష్ణోగ్రత మార్పు (Fig. 13లోని MgSO4తో ఉదాహరణలో ఉన్నట్లు) ఆధారంగా స్ఫటికీకరణ యొక్క ప్రత్యామ్నాయ పద్ధతిని ప్రవేశపెట్టడం ద్వారా పరిష్కరించబడుతుంది.
MgSO4 ఉపయోగించి ఘన మరియు ద్రవ దశల శీతలీకరణ మరియు విభజన సమయంలో స్ఫటికీకరణ ప్రక్రియ యొక్క స్కీమాటిక్ ప్రాతినిధ్యం.
ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించి గది ఉష్ణోగ్రత (HT) లేదా అంతకంటే ఎక్కువ వద్ద సంతృప్త ఉప్పు ద్రావణాలను తయారు చేయవచ్చు. మొదటి సందర్భంలో, గది ఉష్ణోగ్రత కంటే తక్కువ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడం ద్వారా స్ఫటికీకరణ బలవంతం చేయబడింది. రెండవ సందర్భంలో, నమూనాను గది ఉష్ణోగ్రత (RT)కి చల్లబరిచినప్పుడు స్ఫటికీకరణ జరిగింది. ఫలితంగా స్ఫటికాలు (B) మరియు కరిగిన (A) మిశ్రమం ఏర్పడుతుంది, దీని ద్రవ భాగం సంపీడన గాలి ద్వారా తొలగించబడుతుంది. ఈ విధానం ఈ హైడ్రేట్‌లపై ఫిల్మ్ ఏర్పడకుండా నిరోధించడమే కాకుండా, ఇతర మిశ్రమాల తయారీకి అవసరమైన సమయాన్ని కూడా తగ్గిస్తుంది. అయితే, సంపీడన గాలి ద్వారా ద్రవాన్ని తొలగించడం వలన ఉప్పు యొక్క అదనపు స్ఫటికీకరణ జరుగుతుంది, ఫలితంగా మందమైన పూత ఏర్పడుతుంది.
లోహ ఉపరితలాలను పూత పూయడానికి ఉపయోగించే మరొక పద్ధతిలో రసాయన ప్రతిచర్యల ద్వారా లక్ష్య లవణాలను నేరుగా ఉత్పత్తి చేయడం ఉంటుంది. మా మునుపటి అధ్యయనంలో నివేదించినట్లుగా, రెక్కలు మరియు గొట్టాల లోహ ఉపరితలాలపై ఆమ్లాల ప్రతిచర్య ద్వారా తయారు చేయబడిన పూత ఉష్ణ వినిమాయకాలు అనేక ప్రయోజనాలను కలిగి ఉన్నాయి. ప్రతిచర్య సమయంలో వాయువులు ఏర్పడటం వలన ఫైబర్‌లకు ఈ పద్ధతిని ఉపయోగించడం చాలా పేలవమైన ఫలితాలకు దారితీసింది. హైడ్రోజన్ వాయువు బుడగలు యొక్క పీడనం ప్రోబ్ లోపల పెరుగుతుంది మరియు ఉత్పత్తి బయటకు వచ్చినప్పుడు మారుతుంది (Fig. 14a).
పూత యొక్క మందం మరియు పంపిణీని బాగా నియంత్రించడానికి రసాయన ప్రతిచర్య ద్వారా పూతను సవరించారు. ఈ పద్ధతిలో నమూనా ద్వారా ఆమ్ల పొగమంచు ప్రవాహాన్ని పంపడం జరుగుతుంది (చిత్రం 14b). దీని ఫలితంగా ఉపరితల లోహంతో ప్రతిచర్య ద్వారా ఏకరీతి పూత ఏర్పడుతుందని భావిస్తున్నారు. ఫలితాలు సంతృప్తికరంగా ఉన్నాయి, కానీ ఈ ప్రక్రియ చాలా నెమ్మదిగా ఉంది, దీనిని ప్రభావవంతమైన పద్ధతిగా పరిగణించలేము (చిత్రం 14c). స్థానికీకరించిన తాపన ద్వారా తక్కువ ప్రతిచర్య సమయాలను సాధించవచ్చు.
పై పద్ధతుల యొక్క ప్రతికూలతలను అధిగమించడానికి, అంటుకునే పదార్థాల వాడకం ఆధారంగా ఒక పూత పద్ధతిని అధ్యయనం చేశారు. మునుపటి విభాగంలో సమర్పించిన ఫలితాల ఆధారంగా HEC ఎంపిక చేయబడింది. అన్ని నమూనాలను 3% wt వద్ద తయారు చేశారు. బైండర్ ఉప్పుతో కలుపుతారు. ఫైబర్‌లను పక్కటెముకల కోసం అదే విధానం ప్రకారం ముందే చికిత్స చేశారు, అంటే 50% వాల్యూమ్‌లో 15 నిమిషాల్లో నానబెట్టారు. సల్ఫ్యూరిక్ ఆమ్లం, తరువాత సోడియం హైడ్రాక్సైడ్‌లో 20 సెకన్ల పాటు నానబెట్టి, స్వేదనజలంలో కడిగి, చివరకు స్వేదనజలంలో 30 నిమిషాలు నానబెట్టారు. ఈ సందర్భంలో, చొప్పించే ముందు అదనపు దశ జోడించబడింది. నమూనాను క్లుప్తంగా పలుచన లక్ష్య ఉప్పు ద్రావణంలో ముంచి, సుమారు 60°C వద్ద ఆరబెట్టండి. ఈ ప్రక్రియ లోహం యొక్క ఉపరితలాన్ని సవరించడానికి రూపొందించబడింది, చివరి దశలో పూత పంపిణీని మెరుగుపరిచే న్యూక్లియేషన్ సైట్‌లను సృష్టిస్తుంది. ఫైబరస్ నిర్మాణంలో ఒక వైపు తంతువులు సన్నగా మరియు గట్టిగా ప్యాక్ చేయబడినవి మరియు ఎదురుగా తంతువులు మందంగా మరియు తక్కువగా పంపిణీ చేయబడినవి ఉంటాయి. ఇది 52 తయారీ ప్రక్రియల ఫలితం.
కాల్షియం క్లోరైడ్ (CaCl2) ఫలితాలు పట్టిక 1 లోని చిత్రాలతో సంగ్రహించబడ్డాయి మరియు వివరించబడ్డాయి. టీకాలు వేసిన తర్వాత మంచి కవరేజ్. ఉపరితలంపై కనిపించే స్ఫటికాలు లేని తంతువులు కూడా లోహ ప్రతిబింబాలను తగ్గించాయి, ఇది ముగింపులో మార్పును సూచిస్తుంది. అయితే, నమూనాలను CaCl2 మరియు HEC యొక్క జల మిశ్రమంతో నింపి, సుమారు 60°C ఉష్ణోగ్రత వద్ద ఎండబెట్టిన తర్వాత, పూతలు నిర్మాణాల ఖండనల వద్ద కేంద్రీకరించబడ్డాయి. ఇది ద్రావణం యొక్క ఉపరితల ఉద్రిక్తత వల్ల కలిగే ప్రభావం. నానబెట్టిన తర్వాత, ద్రవం దాని ఉపరితల ఉద్రిక్తత కారణంగా నమూనా లోపల ఉంటుంది. ప్రాథమికంగా ఇది నిర్మాణాల ఖండన వద్ద జరుగుతుంది. నమూనా యొక్క ఉత్తమ వైపు ఉప్పుతో నిండిన అనేక రంధ్రాలు ఉన్నాయి. పూత తర్వాత బరువు 0.06 గ్రా/సెం.మీ3 పెరిగింది.
మెగ్నీషియం సల్ఫేట్ (MgSO4) తో పూత పూయడం వలన యూనిట్ వాల్యూమ్‌కు ఎక్కువ ఉప్పు ఉత్పత్తి అవుతుంది (టేబుల్ 2). ఈ సందర్భంలో, కొలిచిన పెరుగుదల 0.09 గ్రా/సెం.మీ3. సీడింగ్ ప్రక్రియ విస్తృతమైన నమూనా కవరేజీకి దారితీసింది. పూత ప్రక్రియ తర్వాత, ఉప్పు నమూనా యొక్క సన్నని వైపు పెద్ద ప్రాంతాలను అడ్డుకుంటుంది. అదనంగా, మాట్టే యొక్క కొన్ని ప్రాంతాలు నిరోధించబడతాయి, కానీ కొంత సచ్ఛిద్రత అలాగే ఉంటుంది. ఈ సందర్భంలో, నిర్మాణాల ఖండన వద్ద ఉప్పు ఏర్పడటం సులభంగా గమనించవచ్చు, పూత ప్రక్రియ ప్రధానంగా ద్రవం యొక్క ఉపరితల ఉద్రిక్తత కారణంగా జరుగుతుందని, ఉప్పు మరియు లోహ ఉపరితలం మధ్య పరస్పర చర్య వల్ల కాదని నిర్ధారిస్తుంది.
స్ట్రోంటియం క్లోరైడ్ (SrCl2) మరియు HEC కలయిక ఫలితాలు మునుపటి ఉదాహరణలకు (టేబుల్ 3) సారూప్య లక్షణాలను చూపించాయి. ఈ సందర్భంలో, నమూనా యొక్క సన్నని వైపు దాదాపు పూర్తిగా కప్పబడి ఉంటుంది. నమూనా నుండి ఆవిరి విడుదల ఫలితంగా ఎండబెట్టడం సమయంలో ఏర్పడిన వ్యక్తిగత రంధ్రాలు మాత్రమే కనిపిస్తాయి. మాట్టే వైపు గమనించిన నమూనా మునుపటి కేసుకు చాలా పోలి ఉంటుంది, ఆ ప్రాంతం ఉప్పుతో నిరోధించబడుతుంది మరియు ఫైబర్‌లు పూర్తిగా కప్పబడి ఉండవు.
ఉష్ణ వినిమాయకం యొక్క ఉష్ణ పనితీరుపై ఫైబరస్ నిర్మాణం యొక్క సానుకూల ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి, పూత పూసిన ఫైబరస్ నిర్మాణం యొక్క ప్రభావవంతమైన ఉష్ణ వాహకతను నిర్ణయించారు మరియు స్వచ్ఛమైన పూత పదార్థంతో పోల్చారు. తెలిసిన ఉష్ణ వాహకత కలిగిన రిఫరెన్స్ మెటీరియల్‌ని ఉపయోగించి చిత్రం 15aలో చూపిన ఫ్లాట్ ప్యానెల్ పరికరాన్ని ఉపయోగించి ASTM D 5470-2017 ప్రకారం ఉష్ణ వాహకతను కొలుస్తారు. ఇతర తాత్కాలిక కొలత పద్ధతులతో పోలిస్తే, ప్రస్తుత అధ్యయనంలో ఉపయోగించిన పోరస్ పదార్థాలకు ఈ సూత్రం ప్రయోజనకరంగా ఉంటుంది, ఎందుకంటే కొలతలు స్థిరమైన స్థితిలో మరియు తగినంత నమూనా పరిమాణంతో నిర్వహించబడతాయి (బేస్ ఏరియా 30 × 30 mm2, ఎత్తు సుమారు 15 mm). అనిసోట్రోపిక్ ఉష్ణ వాహకత ప్రభావాన్ని అంచనా వేయడానికి ఫైబర్ దిశలో మరియు ఫైబర్ దిశకు లంబంగా కొలతల కోసం స్వచ్ఛమైన పూత పదార్థం (రిఫరెన్స్) మరియు పూత పూసిన ఫైబర్ నిర్మాణం యొక్క నమూనాలను తయారు చేశారు. నమూనా తయారీ కారణంగా ఉపరితల కరుకుదనం యొక్క ప్రభావాన్ని తగ్గించడానికి నమూనాలను ఉపరితలంపై (P320 గ్రిట్) నేలగా చేశారు, ఇది నమూనా లోపల నిర్మాణాన్ని ప్రతిబింబించదు.