Salamat sa pagbisita sa Nature.com. Limitado ang suporta sa CSS sa bersyon ng browser na iyong ginagamit. Para sa pinakamahusay na karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng updated na browser (o i-disable ang Compatibility Mode sa Internet Explorer). Samantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga style at JavaScript.
Medyo maliit pa rin ang bahagi sa merkado ng mga adsorption refrigeration system at heat pump kumpara sa mga tradisyunal na compressor system. Sa kabila ng malaking bentahe ng paggamit ng murang init (sa halip na mamahaling gawaing elektrikal), ang pagpapatupad ng mga sistemang nakabatay sa mga prinsipyo ng adsorption ay limitado pa rin sa ilang partikular na aplikasyon. Ang pangunahing disbentaha na kailangang alisin ay ang pagbaba ng tiyak na lakas dahil sa mababang thermal conductivity at mababang katatagan ng adsorbent. Ang kasalukuyang state-of-the-art na komersyal na adsorption refrigeration system ay nakabatay sa mga adsorber na nakabatay sa mga plate heat exchanger na pinahiran upang ma-optimize ang kapasidad ng paglamig. Alam na alam ng lahat na ang pagbawas ng kapal ng patong ay humahantong sa pagbaba ng mass transfer impedance, at ang pagtaas ng surface area to volume ratio ng mga conductive structure ay nagpapataas ng lakas nang hindi nakompromiso ang kahusayan. Ang mga metal fiber na ginamit sa gawaing ito ay maaaring magbigay ng isang partikular na surface area sa hanay na 2500–50,000 m2/m3. Tatlong paraan para makakuha ng napakanipis ngunit matatag na patong ng salt hydrates sa mga metal na ibabaw, kabilang ang mga metal fiber, para sa produksyon ng mga patong ang unang nagpapakita ng isang high power density heat exchanger. Ang paggamot sa ibabaw batay sa aluminum anodizing ay pinili upang lumikha ng mas matibay na ugnayan sa pagitan ng patong at ng substrate. Ang microstructure ng nagresultang ibabaw ay sinuri gamit ang scanning electron microscopy. Ginamit ang reduced total reflection Fourier transform infrared spectroscopy at energy dispersive X-ray spectroscopy upang suriin ang presensya ng ninanais na species sa assay. Ang kanilang kakayahang bumuo ng mga hydrate ay kinumpirma ng combined thermogravimetric analysis (TGA)/differential thermogravimetric analysis (DTG). Ang mababang kalidad na higit sa 0.07 g (tubig)/g (composite) ay natagpuan sa patong na MgSO4, na nagpapakita ng mga palatandaan ng dehydration sa humigit-kumulang 60 °C at maaaring kopyahin pagkatapos ng rehydration. Nakakuha rin ng mga positibong resulta gamit ang SrCl2 at ZnSO4 na may pagkakaiba sa masa na humigit-kumulang 0.02 g/g sa ibaba ng 100 °C. Ang Hydroxyethylcellulose ay pinili bilang isang additive upang mapataas ang katatagan at pagdikit ng patong. Ang mga katangian ng adsorptive ng mga produkto ay sinuri gamit ang sabay-sabay na TGA-DTG at ang kanilang pagdikit ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pamamaraan batay sa mga pagsubok na inilarawan sa ISO2409. Ang consistency at adhesion ng CaCl2 coating ay makabuluhang napabuti habang pinapanatili ang kapasidad ng adsorption nito na may pagkakaiba sa timbang na humigit-kumulang 0.1 g/g sa mga temperaturang mas mababa sa 100 °C. Bukod pa rito, pinapanatili ng MgSO4 ang kakayahang bumuo ng mga hydrate, na nagpapakita ng pagkakaiba sa masa na higit sa 0.04 g/g sa mga temperaturang mas mababa sa 100 °C. Panghuli, sinuri ang mga pinahiran na metal fiber. Ipinapakita ng mga resulta na ang epektibong thermal conductivity ng istruktura ng hibla na pinahiran ng Al2(SO4)3 ay maaaring 4.7 beses na mas mataas kumpara sa volume ng purong Al2(SO4)3. Ang patong ng mga pinag-aralang patong ay biswal na sinuri, at ang panloob na istraktura ay sinuri gamit ang isang mikroskopikong imahe ng mga cross section. Isang patong ng Al2(SO4)3 na may kapal na humigit-kumulang 50 µm ang nakuha, ngunit ang pangkalahatang proseso ay dapat na i-optimize upang makamit ang mas pantay na distribusyon.
Ang mga adsorption system ay nakakuha ng maraming atensyon sa nakalipas na ilang dekada dahil nagbibigay ang mga ito ng isang alternatibong environment-friendly sa mga tradisyonal na compression heat pump o refrigeration system. Dahil sa pagtaas ng mga pamantayan ng kaginhawahan at pandaigdigang average na temperatura, maaaring mabawasan ng mga adsorption system ang pagdepende sa mga fossil fuel sa malapit na hinaharap. Bilang karagdagan, ang anumang mga pagpapabuti sa adsorption refrigeration o heat pump ay maaaring ilipat sa thermal energy storage, na kumakatawan sa isang karagdagang pagtaas sa potensyal para sa mahusay na paggamit ng pangunahing enerhiya. Ang pangunahing bentahe ng mga adsorption heat pump at refrigeration system ay maaari silang gumana nang may mababang heat mass. Ginagawa nitong angkop ang mga ito para sa mga mapagkukunang mababa ang temperatura tulad ng solar energy o waste heat. Sa mga tuntunin ng mga aplikasyon sa pag-iimbak ng enerhiya, ang adsorption ay may bentahe ng mas mataas na energy density at mas kaunting energy dissipation kumpara sa sensible o latent heat storage.
Ang mga adsorption heat pump at refrigeration system ay sumusunod sa parehong thermodynamic cycle gaya ng kanilang mga katapat na vapor compression. Ang pangunahing pagkakaiba ay ang pagpapalit ng mga bahagi ng compressor ng mga adsorber. Ang elemento ay kayang mag-adsorb ng low pressure refrigerant vapor sa katamtamang temperatura, na nag-eevaporate ng mas maraming refrigerant kahit na malamig ang likido. Kinakailangang matiyak ang patuloy na paglamig ng adsorber upang maiwasan ang enthalpy ng adsorption (exotherm). Ang adsorber ay nabubuo muli sa mataas na temperatura, na nagiging sanhi ng pag-desorb ng refrigerant vapor. Ang pag-init ay dapat patuloy na magbigay ng enthalpy ng desorption (endothermic). Dahil ang mga proseso ng adsorption ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga pagbabago sa temperatura, ang mataas na power density ay nangangailangan ng mataas na thermal conductivity. Gayunpaman, ang mababang thermal conductivity ang siyang pangunahing disbentaha sa karamihan ng mga aplikasyon.
Ang pangunahing problema ng conductivity ay ang pagtaas ng average na halaga nito habang pinapanatili ang transport path na nagbibigay ng daloy ng mga adsorption/desorption vapors. Dalawang pamamaraan ang karaniwang ginagamit upang makamit ito: ang mga composite heat exchanger at coated heat exchanger. Ang pinakasikat at matagumpay na composite materials ay ang mga gumagamit ng mga carbon-based additives, katulad ng expanded graphite, activated carbon, o carbon fibers. Pinahiran nina Oliveira et al. 2 ang expanded graphite powder ng calcium chloride upang makagawa ng adsorber na may specific cooling capacity (SCP) na hanggang 306 W/kg at coefficient of performance (COP) na hanggang 0.46. Iminungkahi nina Zajaczkowski et al. 3 ang kombinasyon ng expanded graphite, carbon fiber at calcium chloride na may total conductivity na 15 W/mK. Sinubukan nina Jian et al. 4 ang mga composite na may sulfuric acid na ginamot ang expanded natural graphite (ENG-TSA) bilang substrate sa isang two-stage adsorption cooling cycle. Hinulaan ng modelo ang COP mula 0.215 hanggang 0.285 at ang SCP mula 161.4 hanggang 260.74 W/kg.
Sa ngayon, ang pinaka-mabisang solusyon ay ang coated heat exchanger. Ang mga mekanismo ng patong ng mga heat exchanger na ito ay maaaring hatiin sa dalawang kategorya: direktang sintesis at mga pandikit. Ang pinakamatagumpay na pamamaraan ay ang direktang sintesis, na kinabibilangan ng pagbuo ng mga materyales na sumisipsip nang direkta sa ibabaw ng mga heat exchanger mula sa mga naaangkop na reagent. Pinatentehan nina Sotech5 ang isang pamamaraan para sa pag-synthesize ng coated zeolite para magamit sa isang serye ng mga cooler na ginawa ng Fahrenheit GmbH. Sinubukan nina Schnabel et al.6 ang pagganap ng dalawang zeolite na pinahiran sa hindi kinakalawang na asero. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay gumagana lamang sa mga partikular na adsorbent, na ginagawang isang kawili-wiling alternatibo ang patong gamit ang mga pandikit. Ang mga binder ay mga passive substance na pinili upang suportahan ang sorbent adhesion at/o mass transfer, ngunit walang ginagampanang papel sa adsorption o pagpapahusay ng conductivity. Freni et al. 7 coated aluminum heat exchanger na may AQSOA-Z02 zeolite na pinatatag gamit ang clay-based binder. Pinag-aralan nina Calabrese et al.8 ang paghahanda ng mga zeolite coating na may polymeric binder. Nagpanukala si Ammann et al.9 ng isang paraan para sa paghahanda ng mga porous zeolite coatings mula sa magnetic mixtures ng polyvinyl alcohol. Ang alumina (alumina) ay ginagamit din bilang binder 10 sa adsorber. Sa aming kaalaman, ang cellulose at hydroxyethyl cellulose ay ginagamit lamang kasama ng mga pisikal na adsorbent 11,12. Minsan, ang pandikit ay hindi ginagamit para sa pintura, ngunit ginagamit upang buuin ang istraktura 13 nang mag-isa. Ang kumbinasyon ng alginate polymer matrices na may maraming salt hydrates ay bumubuo ng mga flexible na composite bead structures na pumipigil sa pagtagas habang pinatuyo at nagbibigay ng sapat na mass transfer. Ang mga clay tulad ng bentonite at attapulgite ay ginamit bilang mga binder para sa paghahanda ng mga composite 15,16,17. Ang Ethylcellulose ay ginamit upang i-microencapsulate ang calcium chloride 18 o sodium sulfide 19.
Ang mga composite na may porous na istrukturang metal ay maaaring hatiin sa additive heat exchangers at coated heat exchangers. Ang bentahe ng mga istrukturang ito ay ang mataas na specific surface area. Nagreresulta ito sa mas malaking contact surface sa pagitan ng adsorbent at metal nang walang pagdaragdag ng inert mass, na nagbabawas sa pangkalahatang kahusayan ng refrigeration cycle. Pinahusay nina Lang et al. 20 ang pangkalahatang conductivity ng isang zeolite adsorber na may istrukturang aluminum honeycomb. Pinahusay nina Gillerminot et al. 21 ang thermal conductivity ng mga NaX zeolite layer na may copper at nickel foam. Bagama't ginagamit ang mga composite bilang phase change materials (PCMs), ang mga natuklasan nina Li et al. 22 at Zhao et al. 23 ay interesante rin para sa chemisorption. Inihambing nila ang performance ng expanded graphite at metal foam at napagpasyahan na ang huli ay mas mainam lamang kung ang corrosion ay hindi isang isyu. Kamakailan ay inihambing nina Palomba et al. ang iba pang metallic porous na istruktura24. Pinag-aralan nina Van der Pal et al. ang mga metal salt na naka-embed sa mga foam 25. Lahat ng nakaraang halimbawa ay tumutugma sa mga siksik na layer ng particulate adsorbents. Ang mga istrukturang metal na may butas-butas ay halos hindi ginagamit upang pahiran ang mga adsorber, na isang mas mainam na solusyon. Ang isang halimbawa ng pagbigkis sa mga zeolite ay matatagpuan kay Wittstadt et al. 26 ngunit walang pagtatangkang ginawa upang pagbigkis ang mga salt hydrate sa kabila ng kanilang mas mataas na energy density 27.
Kaya naman, tatlong pamamaraan para sa paghahanda ng mga adsorbent coating ang tatalakayin sa artikulong ito: (1) binder coating, (2) direct reaction, at (3) surface treatment. Ang Hydroxyethylcellulose ang napiling binder sa gawaing ito dahil sa naunang naiulat na katatagan at mahusay na pagdikit ng coating kasama ng mga pisikal na adsorbent. Ang pamamaraang ito ay unang siniyasat para sa mga flat coating at kalaunan ay inilapat sa mga istruktura ng metal fiber. Dati, isang paunang pagsusuri sa posibilidad ng mga kemikal na reaksyon na may pagbuo ng mga adsorbent coating ang naiulat. Ang dating karanasan ay inililipat na ngayon sa coating ng mga istruktura ng metal fiber. Ang surface treatment na pinili para sa gawaing ito ay isang pamamaraan batay sa aluminum anodizing. Ang aluminum anodizing ay matagumpay na pinagsama sa mga metal salt para sa mga layuning pang-esthetic29. Sa mga kasong ito, maaaring makuha ang mga napakatatag at lumalaban sa kalawang na coating. Gayunpaman, hindi nila maaaring isagawa ang anumang proseso ng adsorption o desorption. Ang papel na ito ay nagpapakita ng isang variant ng pamamaraang ito na nagpapahintulot sa masa na ilipat gamit ang mga katangian ng adhesive ng orihinal na proseso. Sa abot ng aming kaalaman, wala sa mga pamamaraang inilarawan dito ang napag-aralan noon. Ang mga ito ay kumakatawan sa isang napaka-interesante at bagong teknolohiya dahil pinapayagan nila ang pagbuo ng mga hydrated adsorbent coatings, na may ilang bentahe kumpara sa mga madalas na pinag-aaralang pisikal na adsorbent.
Ang mga naselyohang platong aluminyo na ginamit bilang mga substrate para sa mga eksperimentong ito ay ibinigay ng ALINVEST Břidličná, Czech Republic. Naglalaman ang mga ito ng 98.11% aluminyo, 1.3622% bakal, 0.3618% manganese at mga bakas ng tanso, magnesiyo, silicon, titanium, zinc, chromium at nickel.
Ang mga materyales na pinili para sa paggawa ng mga composite ay pinipili alinsunod sa kanilang mga thermodynamic na katangian, samakatuwid nga, depende sa dami ng tubig na maaari nilang i-adsorb/desorb sa mga temperaturang mas mababa sa 120°C.
Ang Magnesium sulfate (MgSO4) ay isa sa mga pinaka-interesante at pinag-aralang hydrated salts30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Ang mga thermodynamic properties ay sistematikong sinukat at napatunayang angkop para sa mga aplikasyon sa larangan ng adsorption refrigeration, heat pumps at energy storage. Ginamit ang dry magnesium sulfate CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany).
Ang calcium chloride (CaCl2) (H319) ay isa pang asin na pinag-aralan nang mabuti dahil ang hydrate nito ay may mga kawili-wiling katangiang termodinamika41,42,43,44. Calcium chloride hexahydrate CAS-No. 7774-34-7 97% na ginamit (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany).
Ang zinc sulfate (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) at ang mga hydrate nito ay may mga thermodynamic na katangian na angkop para sa mga proseso ng adsorption sa mababang temperatura. Ginamit ang zinc sulfate heptahydrate CAS-Nr.7733-02-0 99.5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany).
Ang Strontium chloride (SrCl2) (H318) ay mayroon ding mga kawili-wiling katangiang termodinamika4,45,47 bagama't madalas itong pinagsama sa ammonia sa adsorption heat pump o pananaliksik sa pag-iimbak ng enerhiya. Ginamit para sa sintesis ang Strontium chloride hexahydrate CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA).
Ang copper sulfate (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ay hindi kabilang sa mga hydrate na madalas matagpuan sa mga propesyonal na literatura, bagaman ang mga thermodynamic na katangian nito ay kawili-wili para sa mga aplikasyon sa mababang temperatura. Ang copper sulfate CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) ang ginamit para sa sintesis.
Ang magnesium chloride (MgCl2) ay isa sa mga hydrated salt na kamakailan lamang ay mas binigyang-pansin sa larangan ng thermal energy storage50,51. Ang Magnesium chloride hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 pure pharmaceutical grade (Applichem GmbH., Darmstadt, Germany) ang ginamit para sa mga eksperimento.
Gaya ng nabanggit sa itaas, ang hydroxyethyl cellulose ay pinili dahil sa mga positibong resulta sa mga katulad na aplikasyon. Ang materyal na ginamit sa aming sintesis ay hydroxyethyl cellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Ang mga hibla ng metal ay gawa sa maiikling alambreng pinagbuklod sa pamamagitan ng compression at sintering, isang prosesong kilala bilang crucible melt extraction (CME)52. Nangangahulugan ito na ang kanilang thermal conductivity ay nakasalalay hindi lamang sa bulk conductivity ng mga metal na ginamit sa paggawa at sa porosity ng pangwakas na istraktura, kundi pati na rin sa kalidad ng mga bond sa pagitan ng mga sinulid. Ang mga hibla ay hindi isotropic at may posibilidad na maipamahagi sa isang tiyak na direksyon habang ginagawa, na ginagawang mas mababa ang thermal conductivity sa transverse na direksyon.
Ang mga katangian ng pagsipsip ng tubig ay sinuri gamit ang simultaneous thermogravimetric analysis (TGA)/differential thermogravimetric analysis (DTG) sa isang vacuum package (Netzsch TG 209 F1 Libra). Ang mga sukat ay isinagawa sa isang dumadaloy na nitrogen atmosphere sa flow rate na 10 ml/min at may saklaw ng temperatura mula 25 hanggang 150°C sa mga aluminum oxide crucible. Ang heating rate ay 1 °C/min, ang sample weight ay iba-iba mula 10 hanggang 20 mg, at ang resolution ay 0.1 μg. Sa gawaing ito, dapat tandaan na ang mass difference kada unit surface ay may malaking kawalan ng katiyakan. Ang mga sample na ginamit sa TGA-DTG ay napakaliit at hindi regular ang pagkakaputol, na nagiging sanhi ng hindi tumpak na pagtukoy sa kanilang area. Ang mga value na ito ay maaari lamang i-extrapolate sa mas malaking area kung isasaalang-alang ang malalaking deviation.
Ang attenuated total reflection Fourier transform infrared (ATR-FTIR) spectra ay nakuha sa isang Bruker Vertex 80 v FTIR spectrometer (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Germany) gamit ang isang ATR platinum accessory (Bruker Optik GmbH, Germany). Ang spectra ng purong tuyong diamond crystals ay sinukat nang direkta sa vacuum bago gamitin ang mga sample bilang background para sa mga eksperimental na pagsukat. Ang mga sample ay sinukat sa vacuum gamit ang spectral resolution na 2 cm-1 at isang average na bilang ng mga scan na 32. Ang saklaw ng wavenumber ay mula 8000 hanggang 500 cm-1. Ang spectral analysis ay isinagawa gamit ang OPUS program.
Isinagawa ang pagsusuri ng SEM gamit ang isang DSM 982 Gemini mula sa Zeiss sa mga boltaheng nagpapabilis na 2 at 5 kV. Ang energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) ay isinagawa gamit ang isang Thermo Fischer System 7 na may Peltier cooled silicon drift detector (SSD).
Ang paghahanda ng mga metal plate ay isinagawa ayon sa pamamaraang katulad ng inilarawan sa 53. Una, ilubog ang plato sa 50% sulfuric acid. 15 minuto. Pagkatapos ay ipinasok ang mga ito sa 1 M sodium hydroxide solution sa loob ng mga 10 segundo. Pagkatapos, ang mga sample ay hinugasan ng maraming distilled water, at pagkatapos ay ibinabad sa distilled water sa loob ng 30 minuto. Pagkatapos ng paunang paggamot sa ibabaw, ang mga sample ay ibinabad sa isang 3% saturated solution. HEC at target salt. Panghuli, alisin ang mga ito at patuyuin sa 60°C.
Pinahuhusay at pinalalakas ng pamamaraan ng anodizing ang natural na layer ng oxide sa passive metal. Ang mga panel ng aluminyo ay pinatigas gamit ang sulfuric acid at pagkatapos ay tinatakan sa mainit na tubig. Sinundan ng anodizing ang unang pag-ukit gamit ang 1 mol/l NaOH (600 s) na sinundan ng neutralization sa 1 mol/l HNO3 (60 s). Ang electrolyte solution ay pinaghalong 2.3 M H2SO4, 0.01 M Al2(SO4)3, at 1 M MgSO4 + 7H2O. Isinagawa ang anodizing sa (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 sa loob ng 1200 segundo. Ang proseso ng pagtatatak ay isinagawa sa iba't ibang solusyon ng brine gaya ng inilarawan sa mga materyales (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Ang sample ay pinakuluan dito sa loob ng 1800 segundo.
Tatlong magkakaibang pamamaraan para sa paggawa ng mga composite ang sinuri: adhesive coating, direct reaction, at surface treatment. Ang mga bentahe at disbentahe ng bawat paraan ng pagsasanay ay sistematikong sinuri at tinalakay. Ginamit ang direktang obserbasyon, nanoimaging, at chemical/elemental analysis upang suriin ang mga resulta.
Ang anodizing ay napili bilang isang paraan ng conversion surface treatment upang mapataas ang adhesion ng mga salt hydrate. Ang surface treatment na ito ay lumilikha ng porous structure ng alumina (alumina) direkta sa ibabaw ng aluminum. Ayon sa kaugalian, ang pamamaraang ito ay binubuo ng dalawang yugto: ang unang yugto ay lumilikha ng porous structure ng aluminum oxide, at ang pangalawang yugto ay lumilikha ng patong ng aluminum hydroxide na nagsasara ng mga pores. Ang sumusunod ay dalawang paraan ng pagharang sa asin nang hindi hinaharangan ang daanan papunta sa gas phase. Ang una ay binubuo ng isang honeycomb system gamit ang maliliit na aluminum oxide (Al2O3) tubes na nakuha sa unang hakbang upang hawakan ang mga adsorbent crystals at mapataas ang adhesion nito sa mga metal surface. Ang mga nagreresultang honeycomb ay may diameter na humigit-kumulang 50 nm at haba na 200 nm (Fig. 1a). Gaya ng nabanggit kanina, ang mga cavity na ito ay karaniwang isinasara sa pangalawang hakbang gamit ang isang manipis na layer ng Al2O(OH)2 boehmite na sinusuportahan ng proseso ng pagpapakulo sa alumina tube. Sa pangalawang paraan, ang proseso ng pagbubuklod na ito ay binabago sa paraang ang mga kristal ng asin ay nakukuha sa isang pantay na natatakpang layer ng boehmite (Al2O(OH)), na hindi ginagamit para sa pagbubuklod sa kasong ito. Ang ikalawang yugto ay isinasagawa sa isang saturated solution ng katumbas na asin. Ang mga inilarawang pattern ay may sukat na nasa hanay na 50–100 nm at mukhang mga patak na natalsikan (Fig. 1b). Ang ibabaw na nakuha bilang resulta ng proseso ng pagbubuklod ay may malinaw na istrukturang spatial na may mas malaking lugar ng pakikipag-ugnayan. Ang pattern ng ibabaw na ito, kasama ang kanilang maraming bonding configuration, ay mainam para sa pagdadala at paghawak ng mga kristal ng asin. Ang parehong istrukturang inilarawan ay tila tunay na porous at may maliliit na cavity na tila angkop para sa pagpapanatili ng mga salt hydrate at pagsipsip ng mga singaw sa asin habang ginagamit ang adsorber. Gayunpaman, ang elemental analysis ng mga ibabaw na ito gamit ang EDX ay maaaring makakita ng mga bakas ng magnesium at sulfur sa ibabaw ng boehmite, na hindi natutukoy sa kaso ng isang alumina surface.
Kinumpirma ng ATR-FTIR ng sample na ang elemento ay magnesium sulfate (tingnan ang Figure 2b). Ang spectrum ay nagpapakita ng mga katangiang sulfate ion peak sa 610–680 at 1080–1130 cm–1 at mga katangiang lattice water peak sa 1600–1700 cm–1 at 3200–3800 cm–1 (tingnan ang Fig. 2a, c). ). Ang presensya ng mga magnesium ion ay halos hindi nagbabago sa spectrum54.
(a) EDX ng isang boehmite coated MgSO4 aluminum plate, (b) ATR-FTIR spectra ng boehmite at MgSO4 coatings, (c) ATR-FTIR spectra ng purong MgSO4.
Kinumpirma ng TGA ang pagpapanatili ng kahusayan sa adsorption. Sa fig. 3b, makikita ang desorption peak na humigit-kumulang 60°C. Ang peak na ito ay hindi tumutugma sa temperatura ng dalawang peak na naobserbahan sa TGA ng purong asin (Fig. 3a). Sinuri ang repeatability ng adsorption-desorption cycle, at ang parehong kurba ay naobserbahan pagkatapos ilagay ang mga sample sa isang mahalumigmig na kapaligiran (Fig. 3c). Ang mga pagkakaibang naobserbahan sa ikalawang yugto ng desorption ay maaaring resulta ng dehydration sa isang dumadaloy na kapaligiran, dahil madalas itong humahantong sa hindi kumpletong dehydration. Ang mga halagang ito ay katumbas ng humigit-kumulang 17.9 g/m2 sa unang dewatering at 10.3 g/m2 sa pangalawang dewatering.
Paghahambing ng pagsusuri ng TGA ng boehmite at MgSO4: Pagsusuri ng TGA ng purong MgSO4 (a), halo (b) at pagkatapos ng rehydration (c).
Isinagawa ang parehong pamamaraan gamit ang calcium chloride bilang adsorbent. Ang mga resulta ay ipinapakita sa Figure 4. Ang biswal na inspeksyon ng ibabaw ay nagpakita ng maliliit na pagbabago sa metalikong kinang. Halos hindi nakikita ang balahibo. Kinumpirma ng SEM ang pagkakaroon ng maliliit na kristal na pantay na ipinamahagi sa ibabaw. Gayunpaman, ang TGA ay hindi nagpakita ng dehydration sa ibaba ng 150°C. Maaaring ito ay dahil sa ang katunayan na ang proporsyon ng asin ay masyadong maliit kumpara sa kabuuang masa ng substrate para sa pagtuklas ng TGA.
Ang mga resulta ng paggamot sa ibabaw ng patong na copper sulfate gamit ang pamamaraang anodizing ay ipinapakita sa fig. 5. Sa kasong ito, ang inaasahang pagsasama ng CuSO4 sa istruktura ng Al oxide ay hindi nangyari. Sa halip, naobserbahan ang mga maluwag na karayom ​​dahil karaniwang ginagamit ang mga ito para sa copper hydroxide na Cu(OH)2 na ginagamit kasama ng mga tipikal na turquoise dyes.
Sinubukan din ang anodized surface treatment kasama ng strontium chloride. Ang mga resulta ay nagpakita ng hindi pantay na sakop (tingnan ang Figure 6a). Upang matukoy kung natakpan ng asin ang buong ibabaw, isinagawa ang isang EDX analysis. Ang kurba para sa isang punto sa gray area (point 1 sa Fig. 6b) ay nagpapakita ng kaunting strontium at maraming aluminum. Ipinapahiwatig nito ang mababang nilalaman ng strontium sa nasukat na zone, na siya namang nagpapahiwatig ng mababang sakop ng strontium chloride. Sa kabaligtaran, ang mga puting lugar ay may mataas na nilalaman ng strontium at mababang nilalaman ng aluminum (mga punto 2–6 sa Fig. 6b). Ang EDX analysis ng puting lugar ay nagpapakita ng mas madidilim na mga tuldok (mga punto 2 at 4 sa Fig. 6b), mababa sa chlorine at mataas sa sulfur. Maaaring ipahiwatig nito ang pagbuo ng strontium sulfate. Ang mas matingkad na mga tuldok ay sumasalamin sa mataas na nilalaman ng chlorine at mababang nilalaman ng sulfur (mga punto 3, 5, at 6 sa Fig. 6b). Maipapaliwanag ito ng katotohanan na ang pangunahing bahagi ng puting patong ay binubuo ng inaasahang strontium chloride. Kinumpirma ng TGA ng sample ang interpretasyon ng pagsusuri gamit ang isang tugatog sa katangiang temperatura ng purong strontium chloride (Larawan 6c). Ang kanilang maliit na halaga ay maaaring bigyang-katwiran ng isang maliit na bahagi ng asin kumpara sa masa ng metal na suporta. Ang desorption mass na natukoy sa mga eksperimento ay tumutugma sa dami ng 7.3 g/m2 na inilabas bawat unit area ng adsorber sa temperaturang 150°C.
Sinubukan din ang mga patong na zinc sulfate na ginamot gamit ang Eloxal. Sa makroskopikong paraan, ang patong ay isang napakanipis at pare-parehong patong (Larawan 7a). Gayunpaman, ipinakita ng SEM ang isang lawak ng ibabaw na natatakpan ng maliliit na kristal na pinaghihiwalay ng mga walang laman na lugar (Larawan 7b). Ang TGA ng patong at substrate ay inihambing sa purong asin (Larawan 7c). Ang purong asin ay may isang asymmetric peak sa 59.1°C. Ang pinahiran na aluminyo ay nagpakita ng dalawang maliliit na peak sa 55.5°C at 61.3°C, na nagpapahiwatig ng presensya ng zinc sulfate hydrate. Ang pagkakaiba ng masa na ipinakita sa eksperimento ay katumbas ng 10.9 g/m2 sa temperatura ng dehydration na 150°C.
Gaya ng sa nakaraang aplikasyon53, ang hydroxyethyl cellulose ay ginamit bilang isang binder upang mapabuti ang pagdikit at katatagan ng sorbent coating. Ang pagiging tugma ng materyal at ang epekto nito sa pagganap ng adsorption ay tinasa gamit ang TGA. Ang pagsusuri ay isinasagawa kaugnay ng kabuuang masa, ibig sabihin, ang sample ay may kasamang metal plate na ginamit bilang substrate ng patong. Ang pagdikit ay sinusubok sa pamamagitan ng isang pagsubok batay sa cross notch test na tinukoy sa ispesipikasyon ng ISO2409 (hindi makakatugon sa ispesipikasyon ng paghihiwalay ng notch depende sa kapal at lapad ng ispesipikasyon).
Ang pagpapahid ng calcium chloride (CaCl2) sa mga panel (tingnan ang Fig. 8a) ay nagresulta sa hindi pantay na distribusyon, na hindi naobserbahan sa purong aluminum coating na ginamit para sa transverse notch test. Kung ikukumpara sa mga resulta para sa purong CaCl2, ang TGA (Fig. 8b) ay nagpapakita ng dalawang katangiang peak na lumipat patungo sa mas mababang temperatura na 40 at 20°C, ayon sa pagkakabanggit. Ang cross-section test ay hindi nagpapahintulot ng isang obhetibong paghahambing dahil ang purong CaCl2 sample (sample sa kanan sa Fig. 8c) ay isang powdery precipitate, na nag-aalis ng mga particle sa pinakamataas na bahagi. Ang mga resulta ng HEC ay nagpakita ng isang napakanipis at pare-parehong patong na may kasiya-siyang pagdikit. Ang pagkakaiba ng masa na ipinapakita sa fig. 8b ay katumbas ng 51.3 g/m2 bawat unit area ng adsorber sa temperaturang 150°C.
Nakakuha rin ng mga positibong resulta sa mga tuntunin ng pagdikit at pagkakapareho gamit ang magnesium sulfate (MgSO4) (tingnan ang Fig. 9). Ang pagsusuri sa proseso ng desorption ng patong ay nagpakita ng pagkakaroon ng isang peak na humigit-kumulang 60°C. Ang temperaturang ito ay tumutugma sa pangunahing hakbang ng desorption na nakikita sa dehydration ng mga purong asin, na kumakatawan sa isa pang hakbang sa 44°C. Ito ay tumutugma sa paglipat mula hexahydrate patungo sa pentahydrate at hindi naobserbahan sa kaso ng mga patong na may mga binder. Ang mga cross section test ay nagpapakita ng pinahusay na distribusyon at pagdikit kumpara sa mga patong na ginawa gamit ang purong asin. Ang pagkakaiba ng masa na naobserbahan sa TGA-DTC ay tumutugma sa 18.4 g/m2 bawat unit area ng adsorber sa temperaturang 150°C.
Dahil sa mga iregularidad sa ibabaw, ang strontium chloride (SrCl2) ay may hindi pantay na patong sa mga palikpik (Fig. 10a). Gayunpaman, ang mga resulta ng transverse notch test ay nagpakita ng pare-parehong distribusyon na may makabuluhang pinahusay na pagdikit (Fig. 10c). Ang pagsusuri ng TGA ay nagpakita ng napakaliit na pagkakaiba sa timbang, na maaaring dahil sa mas mababang nilalaman ng asin kumpara sa metal substrate. Gayunpaman, ang mga hakbang sa kurba ay nagpapakita ng pagkakaroon ng proseso ng dehydration, bagaman ang peak ay nauugnay sa temperaturang nakuha kapag kinikilala ang purong asin. Ang mga peak sa 110°C at 70.2°C na naobserbahan sa Figs. 10b ay natagpuan din noong sinusuri ang purong asin. Gayunpaman, ang pangunahing hakbang sa dehydration na naobserbahan sa purong asin sa 50°C ay hindi makikita sa mga kurba gamit ang binder. Sa kabaligtaran, ang pinaghalong binder ay nagpakita ng dalawang peak sa 20.2°C at 94.1°C, na hindi nasukat para sa purong asin (Fig. 10b). Sa temperaturang 150 °C, ang naobserbahang pagkakaiba sa masa ay katumbas ng 7.2 g/m2 bawat unit area ng adsorber.
Ang kombinasyon ng HEC at zinc sulfate (ZnSO4) ay hindi nagbigay ng katanggap-tanggap na mga resulta (Larawan 11). Ang pagsusuri ng TGA ng pinahiran na metal ay hindi nagpakita ng anumang proseso ng dehydration. Bagama't bumuti ang distribusyon at pagdikit ng patong, ang mga katangian nito ay malayo pa rin sa pinakamainam.
Ang pinakasimpleng paraan upang pahiran ang mga hibla ng metal ng manipis at pare-parehong patong ay ang wet impregnation (Larawan 12a), na kinabibilangan ng paghahanda ng target na asin at pagpapabinhi ng mga hibla ng metal gamit ang isang may tubig na solusyon.
Kapag naghahanda para sa wet impregnation, dalawang pangunahing problema ang kinakaharap. Sa isang banda, ang surface tension ng saline solution ay pumipigil sa tamang pagsasama ng likido sa porous na istraktura. Ang crystallization sa panlabas na ibabaw (Fig. 12d) at mga bula ng hangin na nakulong sa loob ng istraktura (Fig. 12c) ay maaari lamang mabawasan sa pamamagitan ng pagpapababa ng surface tension at paunang pagbasa ng sample gamit ang distilled water. Ang sapilitang pagtunaw sa sample sa pamamagitan ng pag-alis ng hangin sa loob o sa pamamagitan ng paglikha ng daloy ng solusyon sa istraktura ay iba pang mabisang paraan upang matiyak ang kumpletong pagpuno ng istraktura.
Ang pangalawang problemang nakatagpo sa paghahanda ay ang pag-alis ng pelikula mula sa bahagi ng asin (tingnan ang Fig. 12b). Ang penomenong ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang tuyong patong sa ibabaw ng pagkatunaw, na humihinto sa convectively stimulated drying at nagsisimula sa proseso ng diffusion stimulated. Ang pangalawang mekanismo ay mas mabagal kaysa sa una. Bilang resulta, kinakailangan ang isang mataas na temperatura para sa isang makatwirang oras ng pagpapatuyo, na nagpapataas ng panganib ng pagbuo ng mga bula sa loob ng sample. Ang problemang ito ay nalulutas sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang alternatibong pamamaraan ng crystallization na hindi batay sa pagbabago ng konsentrasyon (evaporation), kundi sa pagbabago ng temperatura (tulad ng sa halimbawa gamit ang MgSO4 sa Fig. 13).
Eskematikong representasyon ng proseso ng kristalisasyon habang pinapalamig at pinaghihiwalay ang mga solid at likidong yugto gamit ang MgSO4.
Ang mga solusyon ng saturated salt ay maaaring ihanda sa temperatura ng silid (HT) o mas mataas pa gamit ang pamamaraang ito. Sa unang kaso, ang crystallization ay napipilitan sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura sa ibaba ng temperatura ng silid. Sa pangalawang kaso, ang crystallization ay naganap nang ang sample ay pinalamig sa temperatura ng silid (RT). Ang resulta ay isang halo ng mga kristal (B) at dissolved (A), na ang likidong bahagi ay inaalis ng compressed air. Ang pamamaraang ito ay hindi lamang nakakaiwas sa pagbuo ng isang pelikula sa mga hydrate na ito, kundi binabawasan din ang oras na kinakailangan para sa paghahanda ng iba pang mga composite. Gayunpaman, ang pag-alis ng likido sa pamamagitan ng compressed air ay humahantong sa karagdagang crystallization ng asin, na nagreresulta sa isang mas makapal na patong.
Ang isa pang paraan na maaaring gamitin upang pahiran ang mga ibabaw ng metal ay kinabibilangan ng direktang produksyon ng mga target na asin sa pamamagitan ng mga reaksiyong kemikal. Ang mga pinahiran na heat exchanger na ginawa sa pamamagitan ng reaksyon ng mga asido sa mga ibabaw ng metal ng mga palikpik at tubo ay may ilang bentahe, gaya ng iniulat sa aming nakaraang pag-aaral. Ang paggamit ng pamamaraang ito sa mga hibla ay humantong sa napakababang resulta dahil sa pagbuo ng mga gas sa panahon ng reaksyon. Ang presyon ng mga bula ng hydrogen gas ay nabubuo sa loob ng probe at nagbabago habang ang produkto ay inilalabas (Fig. 14a).
Ang patong ay binago sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon upang mas mahusay na makontrol ang kapal at distribusyon ng patong. Ang pamamaraang ito ay kinabibilangan ng pagpasa ng isang acid mist stream sa sample (Larawan 14b). Inaasahang magreresulta ito sa isang pare-parehong patong sa pamamagitan ng reaksyon sa substrate metal. Ang mga resulta ay kasiya-siya, ngunit ang proseso ay masyadong mabagal upang maituring na isang epektibong pamamaraan (Larawan 14c). Ang mas maiikling oras ng reaksyon ay maaaring makamit sa pamamagitan ng lokal na pag-init.
Upang malampasan ang mga disbentaha ng mga nabanggit na pamamaraan, pinag-aralan ang isang paraan ng patong batay sa paggamit ng mga pandikit. Ang HEC ay pinili batay sa mga resultang inilahad sa nakaraang seksyon. Lahat ng mga sample ay inihanda sa 3% wt. Ang binder ay hinaluan ng asin. Ang mga hibla ay paunang ginagamot ayon sa parehong pamamaraan tulad ng para sa mga tadyang, ibig sabihin, ibinabad sa 50% vol. sa loob ng 15 minuto. sulfuric acid, pagkatapos ay ibinabad sa sodium hydroxide sa loob ng 20 segundo, hinugasan sa distilled water at sa huli ay ibinabad sa distilled water sa loob ng 30 minuto. Sa kasong ito, isang karagdagang hakbang ang idinagdag bago ang pagpapabinhi. Ilubog nang maikli ang sample sa isang dilute target salt solution at patuyuin sa humigit-kumulang 60°C. Ang proseso ay idinisenyo upang baguhin ang ibabaw ng metal, na lumilikha ng mga nucleation site na nagpapabuti sa distribusyon ng patong sa huling yugto. Ang fibrous na istraktura ay may isang gilid kung saan ang mga filament ay mas manipis at masikip, at ang kabilang gilid kung saan ang mga filament ay mas makapal at hindi gaanong naipamahagi. Ito ang resulta ng 52 proseso ng pagmamanupaktura.
Ang mga resulta para sa calcium chloride (CaCl2) ay ibinuod at inilalarawan gamit ang mga larawan sa Table 1. Mahusay na pagkakatakip pagkatapos ng pagbabakuna. Kahit na ang mga hibla na walang nakikitang kristal sa ibabaw ay may nabawasang repleksyon ng metal, na nagpapahiwatig ng pagbabago sa pagtatapos. Gayunpaman, pagkatapos na ang mga sample ay ibabad sa isang may tubig na pinaghalong CaCl2 at HEC at patuyuin sa temperaturang humigit-kumulang 60°C, ang mga patong ay nakonsentra sa mga interseksyon ng mga istruktura. Ito ay isang epekto na dulot ng surface tension ng solusyon. Pagkatapos ibabad, ang likido ay nananatili sa loob ng sample dahil sa surface tension nito. Karaniwang nangyayari ito sa interseksyon ng mga istruktura. Ang pinakamagandang bahagi ng ispesimen ay may ilang mga butas na puno ng asin. Ang bigat ay tumaas ng 0.06 g/cm3 pagkatapos ng patong.
Ang pagpapatong gamit ang magnesium sulfate (MgSO4) ay nagdulot ng mas maraming asin kada unit volume (Talahanayan 2). Sa kasong ito, ang nasukat na pagtaas ay 0.09 g/cm3. Ang proseso ng pagtatanim ay nagresulta sa malawak na saklaw ng sample. Pagkatapos ng proseso ng pagpapatong, hinaharangan ng asin ang malalaking bahagi ng manipis na bahagi ng sample. Bukod pa rito, ang ilang bahagi ng matte ay naharangan, ngunit ang ilang porosity ay napananatili. Sa kasong ito, ang pagbuo ng asin ay madaling maobserbahan sa interseksyon ng mga istruktura, na nagpapatunay na ang proseso ng pagpapatong ay pangunahing dahil sa surface tension ng likido, at hindi sa interaksyon sa pagitan ng asin at ng metal substrate.
Ang mga resulta para sa kombinasyon ng strontium chloride (SrCl2) at HEC ay nagpakita ng mga katulad na katangian sa mga nakaraang halimbawa (Talahanayan 3). Sa kasong ito, ang mas manipis na bahagi ng sample ay halos ganap na natatakpan. Tanging ang mga indibidwal na butas lamang ang nakikita, na nabuo habang pinatuyo bilang resulta ng paglabas ng singaw mula sa sample. Ang pattern na naobserbahan sa matte na bahagi ay halos kapareho ng nakaraang kaso, ang lugar ay nababara ng asin at ang mga hibla ay hindi ganap na natatakpan.
Upang masuri ang positibong epekto ng fibrous structure sa thermal performance ng heat exchanger, ang epektibong thermal conductivity ng coated fibrous structure ay natukoy at inihambing sa purong coating material. Ang thermal conductivity ay sinukat ayon sa ASTM D 5470-2017 gamit ang flat panel device na ipinapakita sa Figure 15a gamit ang isang reference material na may kilalang thermal conductivity. Kung ikukumpara sa iba pang mga transient measurement methods, ang prinsipyong ito ay kapaki-pakinabang para sa mga porous material na ginagamit sa kasalukuyang pag-aaral, dahil ang mga pagsukat ay isinasagawa sa isang steady state at may sapat na laki ng sample (base area 30 × 30 mm2, taas na humigit-kumulang 15 mm). Ang mga sample ng purong coating material (reference) at ang coated fiber structure ay inihanda para sa mga pagsukat sa direksyon ng fiber at patayo sa direksyon ng fiber upang masuri ang epekto ng anisotropic thermal conductivity. Ang mga specimen ay giniling sa ibabaw (P320 grit) upang mabawasan ang epekto ng surface roughness dahil sa paghahanda ng specimen, na hindi sumasalamin sa istruktura sa loob ng specimen.