Ташаккур ба шумо барои боздид аз Nature.com.Версияи браузере, ки шумо истифода мебаред, дастгирии маҳдуди CSS дорад.Барои таҷрибаи беҳтарин, мо тавсия медиҳем, ки шумо браузери навшударо истифода баред (ё Ҳолати мутобиқатро дар Internet Explorer хомӯш кунед).Дар ҳамин ҳол, барои таъмини дастгирии доимӣ, мо сайтро бе услубҳо ва JavaScript пешкаш хоҳем кард.
Ҳиссаи бозории системаҳои яхдонҳои адсорбтсионӣ ва насосҳои гармӣ дар муқоиса бо системаҳои анъанавии компрессорӣ ҳанӯз нисбатан хурд аст.Сарфи назар аз бартарии бузурги истифодаи гармии арзон (ба ҷои кори гаронбаҳои барқӣ), татбиқи системаҳое, ки ба принсипҳои адсорбсия асос ёфтаанд, то ҳол бо якчанд барномаҳои мушаххас маҳдуданд.Камбудии асосие, ки бояд бартараф карда шавад, кам шудани иктидори хос аз сабаби паст будани гармигузарони ва устувории пасти адсорбент мебошад.Ҳолати кунунии системаҳои яхдонҳои тиҷоратии адсорбсияи тиҷоратӣ ба адсорберҳо дар асоси таблиғоти гармидиҳӣ асос ёфтаанд, ки барои оптимизатсияи қобилияти хунуккунӣ фаро гирифта шудаанд.Натиҷаҳо ба ҳама маълуманд, ки кам кардани ғафсии рӯйпӯш боиси кам шудани импеданси интиқоли масса мегардад ва зиёд кардани майдони сатҳ ба таносуби ҳаҷми сохторҳои ноқилӣ қудратро бидуни осебпазирии самаранокӣ афзоиш медиҳад.Нахҳои металлӣ, ки дар ин кор истифода мешаванд, метавонанд майдони мушаххасро дар ҳудуди 2500-50,000 м2 / м3 таъмин кунанд.Се усули ба даст овардани қабатҳои хеле тунук, вале устувори гидратҳои намак дар рӯи рӯи металл, аз ҷумла нахҳои металлӣ, барои истеҳсоли рӯйпӯшҳо бори аввал гармкунаки зичии баландро нишон медиҳанд.Табобати рӯизаминӣ дар асоси анодизатсияи алюминий барои эҷоди пайванди мустаҳкам байни рӯйпӯш ва субстрат интихоб карда мешавад.Микросохтори сатҳи натиҷа бо истифода аз микроскопияи электронии сканерӣ таҳлил карда шуд.Камшудаи инъикоси умумии Фурье спектроскопияи инфрасурх ва спектроскопияи энергетикии дисперсионии рентген барои тафтиши мавҷудияти намудҳои дилхоҳ дар таҳлил истифода шуд.Қобилияти онҳо дар ташаккули гидратҳо тавассути таҳлили омехтаи термогравиметрӣ (TGA) / таҳлили дифференсиалии термогравиметрӣ (DTG) тасдиқ карда шуд.Сифати пасти зиёда аз 0,07 г (об)/г (композитӣ) дар қабати MgSO4 ёфт шуд, ки аломатҳои деградатсияро дар тақрибан 60 °C нишон медиҳад ва пас аз регидратсия такроршаванда аст.Инчунин бо SrCl2 ва ZnSO4 бо фарқияти массаи тақрибан 0,02 г/г дар зери 100 °C натиҷаҳои мусбӣ ба даст оварда шуданд.Гидроксиэтилцеллюлоза ҳамчун илова барои баланд бардоштани устуворӣ ва пайвастшавии рӯйпӯш интихоб карда шуд.Хусусиятҳои адсорбтивии маҳсулот тавассути TGA-DTG ҳамзамон арзёбӣ карда шуданд ва пайвастагии онҳо бо усули дар асоси санҷишҳои дар ISO2409 тавсифшуда тавсиф карда шуданд.Пайвастагӣ ва часпиши қабати CaCl2 ҳангоми нигоҳ доштани қобилияти адсорбсияи он бо фарқияти вазн тақрибан 0,1 г/г дар ҳарорати аз 100 °C ба таври назаррас беҳтар карда мешавад.Илова бар ин, MgSO4 қобилияти ба вуҷуд овардани гидратҳоро нигоҳ медорад, ки фарқияти массаи зиёда аз 0,04 г/г дар ҳарорати аз 100 °С пасттарро нишон медиҳад.Ниҳоят, нахҳои металлии пӯшида тафтиш карда мешаванд.Натиҷаҳо нишон медиҳанд, ки гармии самараноки сохтори нахи бо Al2(SO4)3 пӯшидашуда нисбат ба ҳаҷми холиси Al2(SO4)3 метавонад 4,7 маротиба зиёдтар бошад.Пӯшидани пӯшишҳои омӯхташуда ба таври визуалӣ тафтиш карда шуд ва сохтори дохилӣ бо истифода аз тасвири микроскопии бахшҳо арзёбӣ карда шуд.Қабати Al2(SO4)3 бо ғафсии тақрибан 50 микрон ба даст оварда шуд, аммо раванди умумӣ бояд барои ба даст овардани тақсимоти якхела оптимизатсия карда шавад.
Системаҳои адсорбсия дар тӯли чанд даҳсолаи охир таваҷҷуҳи зиёд пайдо карданд, зеро онҳо алтернативаи аз ҷиҳати экологӣ тозаро ба насосҳои гармидиҳии анъанавӣ ё системаҳои яхдон пешниҳод мекунанд.Бо баланд шудани стандартҳои бароҳат ва ҳарорати миёнаи ҷаҳонӣ, системаҳои адсорбсия метавонанд дар ояндаи наздик вобастагӣ аз сӯзишвории истихроҷшударо коҳиш диҳанд.Илова бар ин, ҳама гуна беҳбудиҳо дар яхдонҳои адсорбтсионӣ ё насосҳои гармӣ метавонанд ба захираи энергияи гармӣ интиқол дода шаванд, ки ин афзоиши иловагии потенсиали истифодаи самараноки энергияи аввалияро ифода мекунад.Бартарии асосии насосҳои гармии адсорбсионӣ ва системаҳои яхдон дар он аст, ки онҳо метавонанд бо массаи ками гармӣ кор кунанд.Ин онҳоро барои манбаъҳои ҳарорати паст, аз қабили энергияи офтоб ё гармии партов мувофиқ мекунад.Дар робита ба барномаҳои нигоҳдории энергия, адсорбсия дар муқоиса бо нигоҳдории гармии ҳассос ё ниҳонӣ бартарии зичии баландтари энергия ва паҳншавии камтари энергия дорад.
Насосҳои гармии адсорбсионӣ ва системаҳои яхдон ҳамон як давраи термодинамикиро ҳамчун ҳамтоёни фишурдани буғи худ пайравӣ мекунанд.Тафовути асосй иваз кардани кисмхои компрессор бо адсорберхо мебошад.Элемент қодир аст буғи яхдонҳои фишори пастро дар ҳарорати мӯътадил адсорб кунад ва ҳатто ҳангоми хунук будани моеъ яхдонро бештар бухор кунад.Барои истисно кардани энтальпияи адсорбсия (экзотерма) сардшавии доимии адсорберро таъмин кардан лозим аст.Адсорбер дар ҳарорати баланд барқарор карда мешавад ва боиси десорб шудани буғи яхдон мегардад.Гармкунӣ бояд идома ёбад, то энталпияи десорбсияро таъмин кунад (эндотермикӣ).Азбаски равандҳои адсорбсия бо тағирёбии ҳарорат тавсиф мешаванд, зичии баланди нерӯи барқ ​​​​гузаронии гармии баландро талаб мекунад.Бо вуҷуди ин, гузариши гармии паст дар аксари барномаҳо камбудии асосӣ мебошад.
Мушкилоти асосии ноқилӣ баланд бардоштани арзиши миёнаи он ҳангоми нигоҳ доштани роҳи интиқол, ки ҷараёни буғҳои адсорбсия/десорбсияро таъмин мекунад, мебошад.Барои ноил шудан ба ин ду равиш маъмулан истифода мешавад: гармидиҳандаҳои таркибӣ ва гармидиҳандаи пӯшида.Маъмултарин ва муваффақтарин маводҳои таркибӣ маводҳое мебошанд, ки иловаҳои карбонро истифода мебаранд, яъне графити васеъшуда, карбони фаъол ё нахҳои карбон.Оливейра ва дигарон.2 хокаи графити васеъшуда бо хлориди калсий барои тавлиди адсорбер бо иқтидори мушаххаси хунуккунӣ (SCP) то 306 Вт/кг ва коэффисиенти кор (COP) то 0,46.Заячковский ва дигарон.3 маҷмӯи графити васеъ, нахи карбон ва хлориди калсийро бо гузарониши умумии 15 Вт / мК пешниҳод кард.Ҷиан ва дигарон 4 композитҳоро бо кислотаи сулфат санҷиданд, ки графити васеъшудаи табииро (ENG-TSA) ҳамчун субстрат дар давраи сардшавии думарҳилаи адсорбсия коркард карданд.Модели COP аз 0,215 то 0,285 ва SCP аз 161,4 то 260,74 Вт/кг пешгӯӣ кардааст.
То ба ҳол роҳи ҳалли беҳтарин ин ивазкунандаи гармидиҳӣ мебошад.Механизмҳои пӯшонидани ин гармкунакҳоро ба ду категория тақсим кардан мумкин аст: синтези мустақим ва адгезивӣ.Усули муваффақтарин синтези мустақим мебошад, ки аз реактивҳои мувофиқ бевосита дар рӯи гармидиҳандаҳо ташаккули маводи адсорбкунандаро дар бар мегирад.Sotech5 усули синтези цеолити пӯшидаро барои истифода дар як қатор хунуккунакҳои истеҳсолкардаи Fahrenheit GmbH патент кардааст.Шнабель ва дигарон 6 кори ду цеолити дар пӯлоди зангногир пӯшидашударо санҷиданд.Аммо, ин усул танҳо бо адсорбентҳои мушаххас кор мекунад, ки рӯйпӯшро бо часпакҳо алтернативаи ҷолиб месозад.Пайвасткунакҳо моддаҳои ғайрифаъол мебошанд, ки барои дастгирии адгезияи сорбент ва/ё интиқоли масса интихоб шудаанд, аммо дар адсорбсия ё баланд бардоштани гузаронандагӣ нақш надоранд.Freni ва дигарон.7 гармидиҳандаи алюминии пӯшида бо цеолити AQSOA-Z02, ки бо пайвандкунандаи гил устувор карда шудааст.Калабрез ва дигарон 8 тайёр кардани руйпушхои цеолитро бо пайвасткунакхои полимерй омухтанд.Амманн ва дигарон 9 усули аз омехтахои магнитии спирти поливинилй тайёр кардани кабатхои цеолити ковокро пешниход карданд.Глинозем (глинозем) инчунин ҳамчун пайвандкунандаи 10 дар адсорбер истифода мешавад.Ба маълумоти мо, селлюлоза ва гидроксиэтил селлюлоза танҳо дар якҷоягӣ бо адсорбентҳои физикӣ истифода мешаванд11,12.Баъзан ширешро барои ранг истифода намебаранд, балки барои мустакилона сохтани конструкция 13 истифода бурда мешавад.Омезиши матритсаҳои полимерии алгинатӣ бо гидратҳои сершумори намак сохторҳои чандири таркибро ба вуҷуд меоранд, ки ихроҷро ҳангоми хушккунӣ пешгирӣ мекунанд ва интиқоли массаи мувофиқро таъмин мекунанд.Гилҳо ба монанди бентонит ва аттапулгит ҳамчун пайвандкунанда барои тайёр кардани композитҳо истифода шудаанд15,16,17.Этилселлюлоза барои микрокапсулатсия кардани хлориди калсий18 ё сулфиди натрий19 истифода шудааст.
Композитҳои дорои сохтори металлии ковокро ба гармидиҳандаҳои изофӣ ва гармидиҳандаи болопӯш тақсим кардан мумкин аст.Бартарии ин сохторҳо майдони баланди мушаххаси рӯизаминӣ мебошад.Ин ба сатҳи калонтари тамос байни адсорбент ва металл бе илова кардани массаи ғайрифаъол оварда мерасонад, ки самаранокии умумии давраи яхдонро коҳиш медиҳад.Ланг ва дигарон.20 гузаронандагии умумии адсорбери цеолитро бо сохтори асали алюминӣ беҳтар карданд.Гиллерминот ва дигарон.21 кобилияти гармигузаронии кабатхои цеолити NaX-ро бо кафки мис ва никель бехтар кард.Гарчанде ки композитҳо ҳамчун маводи тағирёбии фаза (PCMs) истифода мешаванд, бозёфтҳои Ли ва дигарон.22 ва Чжао ва дигарон.23 инчунин барои химисорбсия таваҷҷӯҳ доранд.Онҳо самаранокии графити васеъ ва кафки металлиро муқоиса карданд ва ба хулосае омаданд, ки охирин танҳо дар сурате беҳтар аст, ки зангзанӣ мушкил набошад.Паломба ва дигарон.ба наздикӣ дигар сохторҳои ковокии металлиро муқоиса карданд24.Ван дер Пал ва дигарон.намаки металлхои дар кафк 25 гузошташударо омухтанд.Ҳама мисолҳои қаблӣ ба қабатҳои зиччи адсорбентҳои заррача мувофиқанд.Барои пӯшонидани адсорберҳо сохторҳои ковокии металлӣ амалан истифода намешаванд, ки ин ҳалли беҳтарин аст.Мисоли пайвастшавӣ ба цеолитҳоро дар Виттштадт ва дигарон ёфтан мумкин аст.26, аммо бо вуҷуди зичии баландтари энергияи онҳо кӯшиши пайваст кардани гидратҳои намак анҷом дода нашудааст 27 .
Ҳамин тариқ, дар ин мақола се усули тайёр кардани қабатҳои адсорбент омӯхта мешаванд: (1) пӯшонидани пайвандак, (2) реаксияи мустақим ва (3) коркарди сатҳи.Гидроксиэтилселлюлоза дар ин кор аз сабаби устувории қаблан гузоришшуда ва адгезияи хуби рӯйпӯш дар якҷоягӣ бо адсорбентҳои физикӣ пайвандгари интихоб буд.Ин усул дар аввал барои рӯйпӯшҳои ҳамвор таҳқиқ карда шуд ва баъдтар ба сохторҳои нахи металлӣ татбиқ карда шуд.Пештар тахлили пешакии имкони-яти реакцияхои химиявй бо пайдо шудани кабатхои адсорбент хабар дода шуда буд.Тачрибаи пештара холо ба руйпуш кардани конструкцияхои нахи металлй гузаронда мешавад.Табобати сатҳи барои ин кор интихобшуда усули ба анодизатсияи алюминий асосёфта мебошад.Анодизатсияи алюминий бо намакҳои металлӣ бо мақсадҳои эстетикӣ бомуваффақият якҷоя карда шудааст29.Дар ин мавридхо кабатхои хеле устувор ва ба зангзанй тобовар ба даст овардан мумкин аст.Аммо, онҳо наметавонанд ягон раванди адсорбсия ё десорбсияро иҷро кунанд.Ин мақола варианти ин равишро пешниҳод мекунад, ки имкон медиҳад масса бо истифода аз хосиятҳои илтиёмии раванди аслӣ интиқол дода шавад.То ҳадди маълумоти мо, ҳеҷ яке аз усулҳои дар ин ҷо тавсифшуда қаблан омӯхта нашудаанд.Онҳо технологияи нави хеле ҷолибро муаррифӣ мекунанд, зеро онҳо имкон медиҳанд, ки қабатҳои адсорбенти гидратӣ пайдо шаванд, ки нисбат ба адсорбентҳои физикии зуд-зуд омӯхташуда як қатор афзалиятҳо доранд.
Пластинҳои алюминийи мӯҳрдоре, ки ҳамчун субстрат барои ин таҷрибаҳо истифода мешаванд, аз ҷониби ALINVEST Břidličná, Ҷумҳурии Чех таъмин карда шудаанд.Дар таркиби онҳо 98,11% алюминий, 1,3622% оҳан, 0,3618% марганец ва осори мис, магний, кремний, титан, руҳ, хром ва никел мавҷуданд.
Маводҳое, ки барои истеҳсоли композитҳо интихоб карда мешаванд, мувофиқи хосиятҳои термодинамикии онҳо, яъне вобаста ба миқдори обе, ки онҳо метавонанд дар ҳарорати аз 120 ° C адсорб/десорб шаванд, интихоб карда мешаванд.
Сулфати магний (MgSO4) яке аз намаки гидратсиони ҷолибтарин ва омӯхташуда мебошад30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Хусусиятҳои термодинамикӣ ба таври мунтазам чен карда шудаанд ва барои татбиқ дар соҳаҳои яхдонҳои адсорбтсионӣ, насосҳои гармӣ ва нигоҳдории энергия мувофиқанд.Сулфати хушки магний CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Олмон) истифода шудааст.
Хлориди калсий (CaCl2) (H319) дигар намаки хуб омӯхташуда мебошад, зеро гидрати он хосиятҳои ҷолиби термодинамикӣ дорад41,42,43,44.Калсий хлориди гексгидрати CAS-№.7774-34-7 97% истифода мешавад (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Олмон).
Сулфати руҳ (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) ва гидратҳои он хосиятҳои термодинамикӣ доранд, ки барои равандҳои адсорбсияи ҳарорати паст мувофиқанд45,46.Сулфати руҳи гептагидрати CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Олмон) истифода шудааст.
Хлориди стронций (SrCl2) (H318) инчунин хосиятҳои ҷолиби термодинамикӣ дорад4,45,47, гарчанде ки он аксар вақт бо аммиак дар насоси гармии адсорбсия ё тадқиқоти нигоҳдории энергия якҷоя карда мешавад.Барои синтез гексагидрати хлориди стронций CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Сигма Олдрич, Сент-Луис, Миссури, ИМА) истифода шудааст.
Сулфати мис (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) аз гидратҳое, ки дар адабиёти касбӣ зуд-зуд пайдо мешаванд, нест, гарчанде ки хосиятҳои термодинамикии он барои барномаҳои ҳарорати паст таваҷҷӯҳ доранд48,49.Барои синтез сулфати мис CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Сент-Луис, МО, ИМА) истифода шудааст.
Хлориди магний (MgCl2) яке аз намакҳои гидратшуда мебошад, ки вақтҳои охир дар соҳаи нигоҳдории энергияи гармӣ таваҷҷуҳи бештар пайдо кардааст50,51.Барои таҷрибаҳо гексагидрати хлориди магний CAS-Nr.7791-18-6 дараҷаи фармасевтии тоза (Applichem GmbH., Дармштадт, Олмон) истифода шуд.
Тавре ки дар боло зикр гардид, гидроксиэтил селлюлоза аз сабаби натиҷаҳои мусбӣ дар барномаҳои шабеҳ интихоб карда шуд.Маводи дар синтези мо истифодашаванда гидроксиэтил целлюлозаи CAS-Nr 9004-62-0 мебошад (Сигма Олдрич, Сент-Луис, МО, ИМА).
Нахҳои металлӣ аз ноқилҳои кӯтоҳе сохта мешаванд, ки тавассути фишурдашавӣ ва синтеризатсия ба ҳам пайваст карда шудаанд, ки ин раванд ҳамчун истихроҷи обшавии тигель (CME) маълум аст52.Ин маънои онро дорад, ки гармигузаронии онҳо на танҳо аз гузарониши массаи металлҳои дар истеҳсол истифодашаванда ва ковокии сохтори ниҳоӣ, балки ба сифати пайвандҳои байни риштаҳо низ вобаста аст.Нахҳо изотропӣ нестанд ва ҳангоми истеҳсол майл ба самти муайян тақсим мешаванд, ки ин гармиро дар самти кундаланг хеле паст мекунад.
Хусусиятҳои азхудкунии об бо истифода аз таҳлили термогравиметрии ҳамзамон (TGA)/таҳлили дифференсиалии термогравиметрӣ (DTG) дар бастаи вакуумӣ (Netzsch TG 209 F1 Libra) тафтиш карда шуданд.Андозаҳо дар атмосфераи равони нитроген бо суръати ҷараёни 10 мл/дақ ва дар диапазони ҳарорат аз 25 то 150°С дар тигелҳои оксиди алюминий гузаронида шуданд.Суръати гармкунӣ 1 °C/дақ буд, вазни намуна аз 10 то 20 мг фарқ мекард, ҳалли он 0,1 мкг буд.Дар ин кор кайд кардан лозим аст, ки фарки масса дар як вохиди сатхи он номуайянии калон дорад.Намунаҳое, ки дар TGA-DTG истифода мешаванд, хеле хурд ва номунтазам бурида мешаванд, ки ин муайянкунии майдони онҳоро нодуруст месозад.Ин арзишҳоро танҳо ба минтақаи калонтар экстраполятсия кардан мумкин аст, агар инҳирофҳои калон ба назар гирифта шаванд.
Дар спектрометри Bruker Vertex 80 v FTIR (Bruker Optik GmbH, Лейпциг, Олмон) бо истифода аз лавозимоти платинаии ATR (Bruker Optik GmbH, Олмон) спектрҳои инфрасурхҳои инфрасурх табдил додани Фурье (ATR-FTIR) инъикоси умумии сустшуда ба даст оварда шуданд.Спектрҳои кристаллҳои алмоси хушк бевосита дар вакуум пеш аз истифодаи намунаҳо ҳамчун замина барои ченкунии таҷрибавӣ чен карда шуданд.Намунаҳо дар вакуум бо истифода аз қарори спектрии 2 см-1 ва шумораи миёнаи сканҳо 32 чен карда шуданд. Рақами мавҷҳо аз 8000 то 500 см-1.Таҳлили спектралӣ бо истифода аз барномаи OPUS гузаронида шуд.
Таҳлили SEM бо истифода аз DSM 982 Gemini аз Zeiss дар шиддати суръатбахшии 2 ва 5 кВ анҷом дода шуд.Спектроскопияи энергетикии дисперсионии рентгенӣ (EDX) бо истифода аз Thermo Fischer System 7 бо детектори дрифтҳои кремнийи Peltier (SSD) сард карда шуд.
Тайёр кардани плитаҳои металлӣ мувофиқи тартиби монанде, ки дар 53 нишон дода шудааст, гузаронида шуд. Аввалан, плитаро ба кислотаи сулфати 50% ғӯтонед.15 дақиқа.Сипас онҳо ба маҳлули 1М гидроксиди натрий тақрибан 10 сония ворид карда шуданд.Сипас намунаҳоро бо миқдори зиёди оби тозашуда шуста, сипас дар оби софшуда барои 30 дақиқа тар карданд.Пас аз коркарди пешакии сатҳ, намунаҳо дар маҳлули тофта 3% ғарқ карда шуданд.HEC ва намаки мақсаднок.Ниҳоят, онҳоро берун кунед ва дар ҳарорати 60 ° C хушк кунед.
Усули анодизатсия қабати оксиди табииро дар металли ғайрифаъол тақвият ва мустаҳкам мекунад.Панелхои алюминий дар холати сахтшуда бо кислотаи сулфат анод карда шуда, баъд дар оби гарм махкам карда шуданд.Анодизатсия пас аз пошидани аввала бо 1 мол/л NaOH (600 с) ва безараргардонӣ дар 1 моль/л HNO3 (60 с) сурат гирифт.Маҳлули электролит омехтаи 2,3 М H2SO4, 0,01 М Al2(SO4)3 ва 1 М MgSO4 + 7H2O мебошад.Анодизатсия дар (40 ± 1) ° C, 30 мА / см2 барои 1200 сония гузаронида шуд.Раванди мӯҳр дар маҳлулҳои гуногуни намакоб, тавре ки дар маводҳо тавсиф шудааст (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) гузаронида шуд.Намуна дар он барои 1800 сония ҷӯшонида мешавад.
Се усули гуногуни истеҳсоли композитҳо таҳқиқ карда шудаанд: пӯшиши илтиёмӣ, реаксияи мустақим ва коркарди рӯизаминӣ.Бартарй ва камбудихои хар як усули таълим мунтазам тахлил ва мухокима карда мешаванд.Барои арзёбии натиҷаҳо мушоҳидаҳои мустақим, наноимография ва таҳлили кимиёвӣ/элементалӣ истифода шуданд.
Анодизатсия ҳамчун усули коркарди рӯизаминӣ барои баланд бардоштани пайвастшавии гидратҳои намак интихоб карда шуд.Ин коркарди рӯизаминӣ сохтори ковокии гилхокро (глинозем) мустақиман дар рӯи алюминий ба вуҷуд меорад.Одатан, ин усул аз ду марҳила иборат аст: дар марҳилаи аввал сохтори ковокии оксиди алюминий ба вуҷуд меояд ва дар марҳилаи дуюм рӯйпӯши гидроксиди алюминий, ки сӯрохиҳоро маҳкам мекунад.Дар зер ду усули бастани намак бидуни бастани дастрасӣ ба марҳилаи газ оварда шудаанд.Якум аз системаи асали асал иборат аст, ки бо истифода аз найҳои хурди оксиди алюминий (Al2O3), ки дар қадами аввал барои нигоҳ доштани кристаллҳои адсорбент ва зиёд кардани часпидани он ба сатҳи металлӣ ба даст оварда шудаанд.Дар натиљаи асал диаметри тақрибан 50 нм ва дарозии 200 нм доранд (расми 1а).Тавре ки қаблан зикр гардид, ин холигоҳҳо одатан дар қадами дуюм бо қабати тунуки бохмити Al2O(OH)2, ки тавассути ҷараёни ҷӯшидани найҳои гилхок дастгирӣ мешаванд, баста мешаванд.Дар усули дуюм, ин раванди мӯҳркунӣ тавре тағир дода мешавад, ки кристаллҳои намак дар қабати якхелаи пӯшиши боэмит (Al2O(OH)) гирифта мешаванд, ки дар ин ҳолат барои мӯҳр истифода намешавад.Марҳилаи дуюм дар маҳлули тофтаи намаки мувофиқ гузаронида мешавад.Намунаҳои тасвиршуда андозаи 50-100 нм доранд ва ба қатраҳои пошида монанданд (расми 1б).Сатҳи дар натиҷаи раванди мӯҳр ба даст овардашуда дорои сохтори фазоӣ бо майдони васеътари тамос мебошад.Ин намунаи рӯизаминӣ, дар якҷоягӣ бо конфигуратсияҳои пайвастагии онҳо, барои интиқол ва нигоҳ доштани кристаллҳои намак беҳтарин аст.Ҳарду сохтори тавсифшуда воқеан ковоканд ва холигоҳҳои хурд доранд, ки барои нигоҳ доштани гидратҳои намак ва адсорбсияи буғҳо ба намак ҳангоми кори адсорбер хеле мувофиқанд.Бо вуҷуди ин, таҳлили элементҳои ин сатҳҳо бо истифода аз EDX метавонад миқдори микроэлементҳои магний ва сулфурро дар сатҳи бохмит муайян кунад, ки дар ҳолати сатҳи гилхок ошкор карда намешаванд.
ATR-FTIR намуна тасдиқ кард, ки элемент сулфат магний аст (ниг. Расми 2b).Спектр қуллаҳои хоси ионҳои сулфатиро дар 610–680 ва 1080–1130 см–1 ва қуллаҳои хоси обҳои торӣ дар 1600–1700 см–1 ва 3200–3800 см–1 нишон медиҳанд (ниг. расми 2а, в).).Мавҷудияти ионҳои магний тақрибан спектрро тағир намедиҳад54.
(а) EDX-и плитаи алюминии MgSO4, (б) спектрҳои ATR-FTIR аз бохмит ва MgSO4, (в) спектрҳои ATR-FTIR аз MgSO4 холис.
Нигоҳ доштани самаранокии адсорбсия аз ҷониби TGA тасдиқ карда шуд.Дар расм.3b қуллаи десорбсияи тақрибанро нишон медиҳад.60°С.Ин қулла ба ҳарорати ду қуллаи дар ТГА-и намаки холис мушоҳидашуда мувофиқат намекунад (расми 3а).Такрорпазирии цикли адсорбсия-десорбсия баҳо дода шуд ва ҳамон каҷ пас аз дар атмосфераи намнок ҷойгир кардани намунаҳо мушоҳида карда шуд (расми 3c).Тафовутҳое, ки дар марҳилаи дуюми десорбсия мушоҳида мешаванд, метавонанд натиҷаи деградатсия дар атмосфераи равон бошад, зеро ин аксар вақт боиси хушкшавии нопурра мегардад.Ин арзишҳо дар обшоркунии якум тақрибан ба 17,9 г/м2 ва дар обпартои дуюм ба 10,3 г/м2 рост меоянд.
Муқоисаи таҳлили TGA-и boehmite ва MgSO4: Таҳлили TGA аз MgSO4 (а), омехта (б) ва пас аз регидратсия (в).
Ҳамин усул бо хлориди калсий ҳамчун адсорбент гузаронида шуд.Натиљањо дар расми 4 оварда шудаанд. Азназаргузаронии визуалии сатњ таѓйироти ночиз дар дурахши металлиро ошкор намуд.Мӯй базӯр намоён аст.SEM мавҷудияти кристаллҳои хурдро, ки дар рӯи замин баробар тақсим шудаанд, тасдиқ кард.Бо вуҷуди ин, TGA дар ҳарорати пасттар аз 150 ° C хушкшавӣ нишон надод.Ин метавонад аз он сабаб бошад, ки ҳиссаи намак дар муқоиса бо массаи умумии субстрат барои муайян кардани TGA хеле хурд аст.
Натиљањои коркарди рўизаминии ќабати сулфати мис бо усули анодизатсия дар расми р.5. Дар ин маврид воридшавии интизории CuSO4 ба сохтори оксиди Al ба амал наомадааст.Ба ҷои ин, сӯзанҳои фуҷур мушоҳида карда мешаванд, зеро онҳо одатан барои гидроксиди мис Cu(OH)2, ки бо рангҳои маъмулии туркуза истифода мешаванд, истифода мешаванд.
Коркарди сатҳи анодшуда инчунин дар якҷоягӣ бо хлориди стронций санҷида шуд.Натичахо фарогирии нобаробарро нишон доданд (нигаред ба расми 6а).Барои муайян кардани он, ки намак тамоми рӯи заминро фаро гирифтааст, таҳлили EDX гузаронида шуд.Хатти каҷ барои нуқтаи майдони хокистарӣ (нуқтаи 1 дар расми 6б) кам стронций ва бисёр алюминийро нишон медиҳад.Ин аз кам будани миқдори стронций дар минтақаи ченшуда шаҳодат медиҳад, ки дар навбати худ аз фарогирии ками хлориди стронций шаҳодат медиҳад.Баръакс, минтақаҳои сафед дорои миқдори зиёди стронций ва миқдори ками алюминий мебошанд (нуқтаҳои 2-6 дар расми 6б).Таҳлили EDX-и майдони сафед нуқтаҳои тиратарро нишон медиҳад (нуқтаҳои 2 ва 4 дар расми 6б), хлори кам ва сулфури баланд.Ин метавонад ба ташаккули сулфати стронций ишора кунад.Нуқтаҳои равшантар миқдори зиёди хлор ва миқдори ками сулфурро инъикос мекунанд (нуқтаҳои 3, 5 ва 6 дар расми 6б).Инро бо он маънидод кардан мумкин аст, ки кисми асосии руйпуши сафед аз хлориди стронций пешбинишуда иборат аст.TGA-и намуна тафсири таҳлилро бо қуллаи баланд дар ҳарорати хоси хлориди холиси стронций тасдиқ кард (расми 6c).Арзиши ками онҳоро метавон бо як қисми намак дар муқоиса бо массаи дастгирии металлӣ асоснок кард.Массаи десорбсияи дар таҷрибаҳо муайяншуда ба миқдори 7,3 г/м2, ки дар як воҳиди адсорбер дар ҳарорати 150°С дода мешавад, мувофиқ аст.
Сарпӯшҳои сулфати руҳ бо элоксал коркардшуда низ озмуда шуданд.Аз ҷиҳати макроскопӣ, рӯйпӯш қабати хеле тунук ва якхела аст (расми 7а).Бо вуҷуди ин, SEM майдони сатҳи бо кристаллҳои хурде, ки бо минтақаҳои холӣ ҷудо карда шудаанд, ошкор карда шуд (расми 7б).TGA-и рӯйпӯш ва субстрат бо намаки тоза муқоиса карда шуд (расми 7c).Намаки холис як қуллаи асимметрӣ дар 59,1 ° C дорад.Алюминийи пӯшида ду қуллаи хурдро дар 55,5 ° C ва 61,3 ° C нишон дод, ки мавҷудияти гидрати сулфати руҳро нишон медиҳад.Фарқи массаи дар таҷриба ошкоршуда ба 10,9 г/м2 дар ҳарорати хушкшавии 150°С мувофиқ меояд.
Мисли дархости қаблӣ53, селлюлозаи гидроксиэтил ҳамчун пайвандкунанда барои беҳтар кардани часпак ва устувории қабати сорбент истифода мешуд.Мутобиқати моддӣ ва таъсир ба иҷрои адсорбсия аз ҷониби TGA арзёбӣ карда шуд.Таҳлил нисбат ба массаи умумӣ гузаронида мешавад, яъне ба намуна як табақи металлӣ, ки ҳамчун субстрати пӯшиш истифода мешавад, дохил карда мешавад.Пайвастшавӣ тавассути санҷиш дар асоси санҷиши салиб, ки дар мушаххасоти ISO2409 муайян шудааст, санҷида мешавад (вобаста ба ғафсӣ ва паҳнои мушаххасот наметавонад ба мушаххасоти ҷудокунии нохун мувофиқат кунад).
Пӯшидани панелҳо бо хлориди калсий (CaCl2) (ниг. Расми 8а) ба тақсимоти нобаробар оварда расонд, ки дар рӯйпӯши алюминийи холис, ки барои санҷиши чуқури transverse истифода мешавад, мушоҳида карда нашуд.Дар муқоиса бо натиҷаҳои CaCl2 холис, TGA (расми 8б) ду қуллаи хосро нишон медиҳад, ки мутаносибан ба ҳарорати пасти 40 ва 20°С ҳаракат мекунанд.Санҷиши буриш барои муқоисаи объективӣ имкон намедиҳад, зеро намунаи холиси CaCl2 (намуна дар рости расми 8c) боришоти хокаест, ки зарраҳои болотаринро нест мекунад.Натиҷаҳои HEC як қабати хеле лоғар ва якхеларо бо адгезияи қаноатбахш нишон доданд.Фарқияти масса дар расм нишон дода шудааст.8b ба 51,3 г/м2 дар як воҳиди адсорбер дар ҳарорати 150°С рост меояд.
Бо сулфати магний (MgSO4) низ аз чихати часпидан ва якхела натичахои мусбат ба даст оварда шуданд (ниг. расми 9).Таҳлили раванди десорбсияи рӯйпӯш мавҷудияти як қуллаи тақрибан тақрибан нишон дод.60°С.Ин ҳарорат ба марҳилаи асосии десорбсия, ки дар деградатсияи намакҳои пок дида мешавад, мувофиқат мекунад, ки қадами дигарро дар 44°С ифода мекунад.Он ба гузариш аз гексагидрат ба пентагидрат мувофиқат мекунад ва дар мавриди пӯшиш бо пайвандак мушоҳида намешавад.Санҷишҳо дар муқоиса бо рӯйпӯшҳое, ки бо истифода аз намаки холис сохта шудаанд, беҳтар шудани тақсимот ва часпакро нишон медиҳанд.Фарқи массаи дар TGA-DTC мушоҳидашуда ба 18,4 г/м2 дар як воҳиди адсорбер дар ҳарорати 150°С рост меояд.
Аз сабаби номунтазамии сатҳ хлориди стронций (SrCl2) дар қанотҳо нобаробар рӯйпӯш мекунад (расми 10а).Бо вуҷуди ин, натиҷаҳои санҷиши қаҳваранг тақсимоти якхеларо бо пайвастшавӣ ба таври назаррас беҳтар нишон доданд (расми 10c).Таҳлили TGA фарқияти хеле ками вазнро нишон дод, ки ин бояд аз сабаби камтар будани намак дар муқоиса бо субстрати металлӣ бошад.Бо вуҷуди ин, қадамҳои дар каҷ мавҷудияти раванди деградатсияро нишон медиҳанд, гарчанде ки авҷи он бо ҳарорате, ки ҳангоми тавсифи намаки пок ба даст омадааст, алоқаманд аст.Қуллаҳо дар 110 ° C ва 70,2 ° C дар расм мушоҳида карда мешаванд.10b низ хангоми тахлили намаки соф ёфт шуданд.Бо вуҷуди ин, марҳилаи асосии хушкшавии дар намаки холис дар 50 ° C мушоҳидашуда дар хатҳои истифодабарии пайвандкунанда инъикос наёфтааст.Баръакс, омехтаи пайвандкунанда ду қулларо дар 20,2 ° C ва 94,1 ° C нишон дод, ки барои намаки холис чен карда нашудаанд (расми 10б).Дар ҳарорати 150 °C фарқияти массаи мушоҳидашуда ба 7,2 г/м2 ба як воҳиди адсорбер рост меояд.
Омезиши HEC ва сулфати руҳ (ZnSO4) натиҷаҳои қобили қабул надод (расми 11).Таҳлили TGA-и металлҳои пӯшида ягон равандҳои хушкшавиро ошкор накард.Ҳарчанд тақсимот ва часпидани пӯшиш беҳтар шуда бошад ҳам, хосиятҳои он ҳанӯз аз беҳтарин дур нестанд.
Усули оддитарини бо қабати тунук ва якхела пӯшидани нахҳои металлӣ импрегнатсияи тар мебошад (расми 12а), ки тайёр кардани намаки мақсаднок ва импрегнатсияи нахҳои металлиро бо маҳлули обӣ дар бар мегирад.
Ҳангоми омодагӣ ба импрегнатсияи тар, ду мушкилоти асосӣ дучор меоянд.Аз як тараф, шиддати сатњи мањлули намак ба дуруст дохил шудани моеъ ба сохтори ковок халал мерасонад.Кристаллизатсия дар сатҳи берунӣ (расми 12г) ва футурҳои ҳаво дар дохили сохтор (расми 12в) танҳо бо роҳи паст кардани шиддати сатҳ ва пеш аз тар кардани намуна бо оби соф кам карда мешавад.Маҳлули маҷбурӣ дар намуна тавассути эвакуатсия кардани ҳаво дар дохили он ё тавассути эҷоди ҷараёни маҳлул дар сохтор, роҳҳои дигари самараноки пур кардани пурраи сохтор мебошанд.
Мушкилоти дуюме, ки ҳангоми тайёрӣ дучор шуд, аз як қисми намак хориҷ кардани филм буд (ниг. Расми 12б).Ин падида бо пайдоиши қабати хушк дар сатҳи обшавӣ тавсиф мешавад, ки хушкшавии конвективии ангезандаро қатъ мекунад ва раванди ангезандаи диффузияро оғоз мекунад.Механизми дуюм назар ба механизми якум хеле сусттар аст.Дар натиҷа, барои вақти муносиби хушккунӣ ҳарорати баланд талаб карда мешавад, ки хатари пайдоиши футур дар дохили намунаро зиёд мекунад.Ин масъала бо роњи љорї намудани усули алтернативии кристаллизатсия на ба таѓйирёбии консентратсия (бухоршавї), балки ба таѓйирёбии њарорат (чунон ки дар мисоли MgSO4 дар расми 13) асос ёфтааст, њал карда мешавад.
Намоиши схематикии раванди кристаллизатсия ҳангоми хунуккунӣ ва ҷудо кардани фазаҳои сахт ва моеъ бо истифода аз MgSO4.
Маҳлулҳои намаки сершударо дар ҳарорати хонагӣ (HT) бо ин усул тайёр кардан мумкин аст.Дар ҳолати аввал, кристаллизатсия тавассути паст кардани ҳарорат аз ҳарорати хонагӣ маҷбур карда шуд.Дар ҳолати дуюм, вақте ки намуна то ҳарорати хонагӣ (RT) хунук карда шуд, кристаллизатсия ба амал омад.Дар натиља омехтаи кристаллњо (В) ва мањлул (А) пайдо мешавад, ки ќисми моеъи он тавассути њавои фишурда тоза карда мешавад.Ин усул на танхо аз пайдоиши плёнка дар ин гидратхо рох намедихад, балки вакти тайёр кардани дигар композитхоро хам кам мекунад.Бо вуҷуди ин, хориҷ кардани моеъ тавассути ҳавои фишурда ба кристаллизатсияи иловагии намак оварда мерасонад, ки дар натиҷа қабати ғафс мешавад.
Усули дигаре, ки метавонад барои пӯшонидани сатҳи металлӣ истифода шавад, истеҳсоли мустақими намакҳои мақсаднок тавассути реаксияҳои кимиёвӣ мебошад.Табдилдиҳандаҳои гармидиҳандае, ки дар натиҷаи реаксияи кислотаҳо дар сатҳҳои металлии канатҳо ва қубурҳо сохта шудаанд, як қатор афзалиятҳо доранд, ки дар таҳқиқоти қаблии мо гузориш дода шудааст.Татбики ин усул ба наххо аз сабаби ба вучуд омадани газхо хангоми реаксия натичахои хеле паст овард.Фишори ҳубобчаҳои гази гидроген дар дохили зонд ҷамъ шуда, ҳангоми баровардани маҳсулот дигар мешавад (расми 14а).
Капка тавассути реаксияи кимиёвӣ барои беҳтар назорат кардани ғафсӣ ва тақсимоти рӯйпӯш тағир дода шудааст.Ин усул аз намуна гузаштани ҷараёни тумани кислотаро дар бар мегирад (Расми 14б).Интизор меравад, ки ин ба рӯйпӯши якхела тавассути реаксия бо металли субстрат оварда расонад.Натиҷаҳо қаноатбахш буданд, аммо ин раванд хеле суст буд, то усули самаранок ҳисобида шавад (расми 14c).Муддати кӯтоҳтари реаксияро тавассути гармкунии маҳаллӣ ба даст овардан мумкин аст.
Барои рафъи камбудиҳои усулҳои дар боло зикршуда усули рӯйпӯшкунӣ, ки ба истифодаи часпакҳо асос ёфтааст, омӯхта шудааст.ҲОК дар асоси натиҷаҳое, ки дар фасли қаблӣ оварда шудаанд, интихоб карда шуданд.Ҳама намунаҳо дар 3% вазн омода карда шуданд.Пайвасткунанда бо намак омехта карда мешавад.Нахҳо мувофиқи ҳамон тартибе, ки барои қабурғаҳо пешбинӣ шудаанд, пешакӣ коркард карда шуданд, яъне дар 50% ҳаҷ.дар давоми 15 дақиқа.кислотаи сулфат, баъд дар 20 сония дар гидроксиди натрий тар карда, дар оби соф шуста ва дар охир дар оби софшуда 30 дақиқа тар мекунанд.Дар ин ҳолат, пеш аз импрегнатсия як қадами иловагӣ илова карда шуд.Намунаро ба таври кӯтоҳ дар маҳлули намаки ҳалшуда ғӯтонед ва тақрибан дар ҳарорати 60°C хушк кунед.Ин раванд барои тағир додани сатҳи металл тарҳрезӣ шудааст, ки ҷойҳои ядроиро эҷод мекунанд, ки тақсимоти рӯйпӯшро дар марҳилаи ниҳоӣ беҳтар мекунанд.Сохтори нахдор як тараф дорад, ки дар он риштаҳо бориктар ва зич печонида шудаанд ва тарафи муқобил, ки риштаҳо ғафстар ва камтар тақсим мешаванд.Ин натичаи 52 процесси истехсолй мебошад.
Натиҷаҳои хлориди калсий (CaCl2) ҷамъбаст ва бо расмҳо дар ҷадвали 1 тасвир шудаанд. Фарогирии хуб пас аз эмкунӣ.Ҳатто он риштаҳое, ки дар рӯи он кристаллҳои намоён надоранд, инъикоси металлиро кам карда буданд, ки ин тағиротро нишон медод.Бо вуҷуди ин, пас аз он ки намунаҳо бо омехтаи обии CaCl2 ва HEC пошида ва дар ҳарорати тақрибан 60 ° C хушк карда шуданд, пӯшишҳо дар чорроҳаҳои сохторҳо мутамарказ шуданд.Ин таъсирест, ки аз шиддати сатҳи маҳлул ба вуҷуд омадааст.Пас аз тар кардан, моеъ аз сабаби шиддати сатҳаш дар дохили намуна мемонад.Асосан он дар чорроҳаи сохторҳо рух медиҳад.Тарафи беҳтарини намуна дорои якчанд сӯрохиҳои пур аз намак мебошад.Вазни он пас аз пошидан 0,06 г/см3 афзуд.
Пӯшидани сулфати магний (MgSO4) дар як воҳиди ҳаҷм бештар намак ҳосил кард (Ҷадвали 2).Дар ин ҳолат афзоиши ченшуда 0,09 г/см3 аст.Раванди кишт боиси фарогирии васеи намуна гардид.Пас аз раванди пӯшиш, намак қитъаҳои калони паҳлӯи борики намунаро маҳкам мекунад.Илова бар ин, баъзе минтақаҳои matte баста мешаванд, аммо баъзе porosity нигоҳ дошта мешаванд.Дар ин ҳолат, пайдоиши намак дар чорроҳаи сохторҳо ба осонӣ мушоҳида карда мешавад ва тасдиқ мекунад, ки раванди пӯшиш асосан аз шиддати сатҳи моеъ ба амал меояд, на таъсири мутақобилаи намак ва субстрати металлӣ.
Натиҷаҳои омезиши хлориди стронций (SrCl2) ва HEC хосиятҳои шабеҳро ба мисолҳои қаблӣ нишон доданд (Ҷадвали 3).Дар ин ҳолат, тарафи тунуки намуна қариб пурра пӯшида мешавад.Танҳо сӯрохиҳои алоҳида намоёнанд, ки ҳангоми хушккунӣ дар натиҷаи аз намуна баромадани буғ ба вуҷуд меоянд.Намунае, ки дар тарафи мат мушоҳида мешавад, ба ҳолати қаблӣ хеле монанд аст, майдон бо намак баста шудааст ва нахҳо пурра пӯшида намешаванд.
Барои баҳодиҳии таъсири мусбати сохтори нахдор ба кори гармии ивазкунандаи гармӣ, иқтидори гармидиҳии самарабахши сохтори нахдор бо маводи пӯшиши пок муқоиса карда шуд.Қобилияти гармидиҳӣ мувофиқи ASTM D 5470-2017 бо истифода аз дастгоҳи панели ҳамвор, ки дар расми 15а нишон дода шудааст, бо истифода аз маводи истинод бо гузариши гармии маълум чен карда шуд.Дар муқоиса бо дигар усулҳои ченкунии муваққатӣ, ин принсип барои маводи ковокие, ки дар таҳқиқоти ҷорӣ истифода мешаванд, муфид аст, зеро ченкунӣ дар ҳолати устувор ва бо андозаи кофии намуна (масоҳати асос 30 × 30 мм2, баландии тақрибан 15 мм) анҷом дода мешавад.Намунаҳои маводи пӯшиши пок (истинод) ва сохтори нахи пӯшида барои андозагирӣ дар самти нах ва перпендикуляр ба самти нах барои арзёбии таъсири гармидиҳии анизотропӣ омода карда шуданд.Намунаҳо дар рӯи замин (P320 grit) хок карда шуданд, то таъсири ноҳамвории сатҳ аз сабаби тайёр кардани намуна, ки сохторро дар дохили намуна инъикос намекунад.