Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Ang bersyon ng browser na iyong ginagamit ay may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ire-render namin ang site nang walang mga istilo at JavaScript.
Ang market share ng adsorption refrigeration system at heat pump ay medyo maliit pa rin 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 sistema batay sa mga prinsipyo ng adsorption ay limitado pa rin sa ilang partikular na aplikasyon.Ang pangunahing kawalan na kailangang alisin ay ang pagbaba sa tiyak na kapangyarihan dahil sa mababang thermal conductivity at mababang katatagan ng adsorbent.Ang kasalukuyang estado ng mga komersyal na adsorption refrigeration system ay batay sa mga adsorber batay sa plate heat exchangers na pinahiran upang ma-optimize ang kapasidad ng paglamig.Ang mga resulta ay kilalang-kilala na ang pagpapababa ng kapal ng patong ay humahantong sa pagbaba sa mass transfer impedance, at ang pagtaas ng surface area sa volume ratio ng mga conductive na istruktura ay nagpapataas ng kapangyarihan nang hindi nakompromiso ang kahusayan.Ang mga metal fiber na ginamit sa gawaing ito ay maaaring magbigay ng isang tiyak na lugar sa ibabaw sa hanay na 2500–50,000 m2/m3.Tatlong pamamaraan para sa pagkuha ng napakanipis ngunit matatag na mga coatings ng salt hydrates sa mga ibabaw ng metal, kabilang ang mga metal fibers, para sa paggawa ng mga coatings ay nagpapakita sa unang pagkakataon ng isang high power density heat exchanger.Ang ibabaw na paggamot batay sa aluminyo anodizing ay pinili upang lumikha ng isang mas malakas na bono sa pagitan ng patong at ang substrate.Ang microstructure ng nagresultang ibabaw ay nasuri gamit ang pag-scan ng electron microscopy.Binawasan ang kabuuang pagmuni-muni Ang Fourier transform infrared spectroscopy at energy dispersive X-ray spectroscopy ay ginamit upang suriin ang pagkakaroon ng nais na species sa assay.Ang kanilang kakayahang bumuo ng mga hydrates ay nakumpirma ng pinagsamang thermogravimetric analysis (TGA)/differential thermogravimetric analysis (DTG).Ang mahinang kalidad na higit sa 0.07 g (tubig)/g (composite) ay natagpuan sa MgSO4 coating, na nagpapakita ng mga palatandaan ng pag-aalis ng tubig sa humigit-kumulang 60 °C at maaaring kopyahin pagkatapos ng rehydration.Ang mga positibong resulta ay nakuha din sa SrCl2 at ZnSO4 na may pagkakaiba sa masa na halos 0.02 g/g sa ibaba ng 100 °C.Ang hydroxyethylcellulose ay pinili bilang isang additive upang madagdagan ang katatagan at pagdirikit ng patong.Ang mga katangian ng adsorptive ng mga produkto ay nasuri ng sabay-sabay na TGA-DTG at ang kanilang pagdirikit ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang pamamaraan batay sa mga pagsubok na inilarawan sa ISO2409.Ang pagkakapare-pareho at pagdirikit 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.Bilang karagdagan, napapanatili ng MgSO4 ang kakayahang bumuo ng mga hydrates, na nagpapakita ng mass difference na higit sa 0.04 g/g sa mga temperaturang mas mababa sa 100 °C.Sa wakas, sinusuri ang pinahiran na mga hibla ng metal.Ang mga resulta ay nagpapakita na ang epektibong thermal conductivity ng fiber structure 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-aralan na coatings ay sinuri ng biswal, at ang panloob na istraktura ay nasuri gamit ang isang mikroskopikong imahe ng mga cross section.Ang isang coating ng Al2(SO4)3 na may kapal na humigit-kumulang 50 µm ay nakuha, ngunit ang kabuuang proseso ay dapat na i-optimize upang makamit ang isang mas pare-parehong pamamahagi.
Ang mga sistema ng adsorption ay nakakuha ng maraming pansin sa nakalipas na ilang dekada dahil nagbibigay sila ng alternatibong pangkalikasan sa mga tradisyonal na compression heat pump o mga sistema ng pagpapalamig.Sa pagtaas ng mga pamantayan sa kaginhawaan at pandaigdigang average na temperatura, ang mga adsorption system ay maaaring mabawasan ang pag-asa sa fossil fuel sa malapit na hinaharap.Bilang karagdagan, ang anumang mga pagpapahusay sa adsorption refrigeration o heat pump ay maaaring ilipat sa thermal energy storage, na kumakatawan sa karagdagang pagtaas sa potensyal para sa mahusay na paggamit ng pangunahing enerhiya.Ang pangunahing bentahe ng mga adsorption heat pump at mga sistema ng pagpapalamig ay maaari silang gumana nang may mababang init.Ginagawa nitong angkop ang mga ito para sa mababang temperatura na pinagmumulan tulad ng solar energy o waste heat.Sa mga tuntunin ng mga aplikasyon ng pag-iimbak ng enerhiya, ang adsorption ay may bentahe ng mas mataas na density ng enerhiya at mas kaunting pagwawaldas ng enerhiya kumpara sa sensible o latent heat storage.
Ang mga adsorption heat pump at refrigeration system ay sumusunod sa parehong thermodynamic cycle tulad ng kanilang vapor compression counterparts.Ang pangunahing pagkakaiba ay ang pagpapalit ng mga bahagi ng compressor na may mga adsorber.Ang elemento ay nakakapag-adsorb ng mababang presyon ng nagpapalamig na singaw sa katamtamang temperatura, na nag-evaporate ng higit pang nagpapalamig kahit na ang likido ay malamig.Kinakailangan upang matiyak ang patuloy na paglamig ng adsorber upang maibukod ang enthalpy ng adsorption (exotherm).Ang adsorber ay muling nabuo sa mataas na temperatura, na nagiging sanhi ng pag-desorb ng singaw ng nagpapalamig.Ang pag-init ay dapat magpatuloy upang magbigay ng enthalpy ng desorption (endothermic).Dahil ang mga proseso ng adsorption ay nailalarawan sa pamamagitan ng mga pagbabago sa temperatura, ang mataas na density ng kapangyarihan ay nangangailangan ng mataas na thermal conductivity.Gayunpaman, ang mababang thermal conductivity ay sa ngayon ang pangunahing kawalan sa karamihan ng mga aplikasyon.
Ang pangunahing problema ng kondaktibiti ay ang pagtaas ng average na halaga nito habang pinapanatili ang landas ng transportasyon na nagbibigay ng daloy ng mga singaw ng adsorption/desorption.Dalawang diskarte ang karaniwang ginagamit upang makamit ito: mga pinagsama-samang heat exchanger at coated heat exchanger.Ang pinakasikat at matagumpay na mga composite na materyales ay ang mga gumagamit ng carbon-based additives, katulad ng pinalawak na graphite, activated carbon, o carbon fibers.Oliveira et al.2 pinapagbinhi na pinalawak na graphite powder na may calcium chloride upang makabuo ng isang adsorber na may tiyak na kapasidad ng paglamig (SCP) na hanggang 306 W/kg at isang koepisyent ng pagganap (COP) na hanggang 0.46.Zajaczkowski et al.3 ay nagmungkahi ng kumbinasyon ng pinalawak na graphite, carbon fiber at calcium chloride na may kabuuang conductivity na 15 W/mK.Sinubukan ng Jian et al4 ang mga composite na may sulfuric acid na ginagamot ang expanded natural graphite (ENG-TSA) bilang substrate sa isang two-stage na adsorption cooling cycle.Hinulaan ng modelo ang COP mula 0.215 hanggang 0.285 at SCP mula 161.4 hanggang 260.74 W/kg.
Sa ngayon ang pinaka-mabubuhay na solusyon ay ang pinahiran na heat exchanger.Ang mga mekanismo ng patong ng mga heat exchanger na ito ay maaaring nahahati sa dalawang kategorya: direktang synthesis at adhesives.Ang pinakamatagumpay na paraan ay direktang synthesis, na kinabibilangan ng pagbuo ng mga adsorbing na materyales nang direkta sa ibabaw ng mga heat exchanger mula sa naaangkop na mga reagents.Ang Sotech5 ay nag-patent ng isang paraan para sa synthesizing coated zeolite para magamit sa isang serye ng mga cooler na ginawa ng Fahrenheit GmbH.Sinubukan ng Schnabel et al6 ang pagganap ng dalawang zeolite na pinahiran sa hindi kinakalawang na asero.Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay gumagana lamang sa mga tiyak na adsorbents, na ginagawang isang kawili-wiling alternatibo ang patong na may mga pandikit.Ang mga binder ay mga passive substance na pinili upang suportahan ang sorbent adhesion at/o mass transfer, ngunit walang papel sa adsorption o conductivity enhancement.Freni et al.7 pinahiran na aluminum heat exchanger na may AQSOA-Z02 zeolite na na-stabilize gamit ang clay-based binder.Pinag-aralan ng Calabrese et al.8 ang paghahanda ng zeolite coatings na may polymeric binders.Ang Ammann et al.9 ay nagmungkahi ng isang paraan para sa paghahanda ng mga porous na zeolite coatings mula sa magnetic mixtures ng polyvinyl alcohol.Ginagamit din ang alumina (alumina) bilang binder 10 sa adsorber.Sa aming kaalaman, ang cellulose at hydroxyethyl cellulose ay ginagamit lamang sa kumbinasyon ng mga pisikal na adsorbents11,12.Minsan ang pandikit ay hindi ginagamit para sa pintura, ngunit ginagamit upang bumuo ng istraktura 13 sa sarili nitong.Ang kumbinasyon ng mga alginate polymer matrice na may maraming salt hydrates ay bumubuo ng flexible composite bead structures na pumipigil sa pagtagas sa panahon ng pagpapatuyo 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 composite15,16,17.Ang ethylcellulose ay ginamit upang i-microencapsulate ang calcium chloride18 o sodium sulfide19.
Ang mga composite na may porous na istraktura ng metal ay maaaring nahahati sa mga additive heat exchanger at coated heat exchanger.Ang bentahe ng mga istrukturang ito ay ang mataas na tiyak na lugar sa ibabaw.Nagreresulta ito sa mas malaking contact surface sa pagitan ng adsorbent at metal nang walang pagdaragdag ng inert mass, na nagpapababa sa pangkalahatang kahusayan ng ikot ng pagpapalamig.Lang et al.20 ay napabuti ang pangkalahatang kondaktibiti ng isang zeolite adsorber na may aluminyo na honeycomb na istraktura.Gillerminot et al.21 ay nagpabuti ng thermal conductivity ng NaX zeolite layer na may tanso at nickel foam.Kahit na ang mga composite ay ginagamit bilang mga phase change material (PCM), ang mga natuklasan ni Li et al.22 at Zhao et al.23 ay interesado rin para sa chemisorption.Inihambing nila ang pagganap ng pinalawak na graphite at metal foam at napagpasyahan na ang huli ay mas mainam lamang kung ang kaagnasan ay hindi isang isyu.Palomba et al.kamakailan ay inihambing ang iba pang mga metalikong buhaghag na istruktura24.Van der Pal et al.nag-aral ng mga metal salt na naka-embed sa mga bula 25 .Ang lahat ng mga nakaraang halimbawa ay tumutugma sa mga siksik na layer ng particulate adsorbents.Ang mga metal porous na istruktura ay halos hindi ginagamit upang mag-coat ng mga adsorber, na isang mas pinakamainam na solusyon.Ang isang halimbawa ng pagbubuklod sa mga zeolite ay matatagpuan sa Wittstadt et al.26 ngunit walang pagtatangka na ginawa upang itali ang mga hydrates ng asin sa kabila ng kanilang mas mataas na density ng enerhiya 27 .
Kaya, tatlong paraan para sa paghahanda ng mga adsorbent coatings ay i-explore sa artikulong ito: (1) binder coating, (2) direktang reaksyon, at (3) surface treatment.Ang hydroxyethylcellulose ay ang binder na pinili sa gawaing ito dahil sa naunang naiulat na katatagan at mahusay na pagdirikit ng patong kasama ng mga pisikal na adsorbents.Ang pamamaraang ito ay unang sinisiyasat para sa mga flat coatings at kalaunan ay inilapat sa mga istruktura ng metal fiber.Noong nakaraan, ang isang paunang pagsusuri ng posibilidad ng mga reaksiyong kemikal sa pagbuo ng mga adsorbent coatings ay iniulat.Ang dating karanasan ay inililipat na ngayon sa patong ng mga istrukturang hibla ng metal.Ang paggamot sa ibabaw na pinili para sa gawaing ito ay isang paraan batay sa aluminum anodizing.Ang aluminyo anodizing ay matagumpay na pinagsama sa mga metal na asin para sa aesthetic na layunin29.Sa mga kasong ito, maaaring makuha ang napaka-stable at corrosion-resistant coatings.Gayunpaman, hindi sila maaaring magsagawa ng anumang proseso ng adsorption o desorption.Ang papel na ito ay nagpapakita ng isang variant ng diskarteng ito na nagpapahintulot sa masa na ilipat gamit ang mga katangian ng pandikit ng orihinal na proseso.Sa abot ng aming kaalaman, wala sa mga pamamaraang inilarawan dito ang naunang pinag-aralan.Kinakatawan ng mga ito ang isang napaka-kagiliw-giliw na bagong teknolohiya dahil pinapayagan nila ang pagbuo ng mga hydrated adsorbent coatings, na may ilang mga pakinabang kaysa sa mga madalas na pinag-aralan na mga pisikal na adsorbent.
Ang mga naselyohang aluminum plate na ginamit bilang substrate para sa mga eksperimentong ito ay ibinigay ng ALINVEST Břidličná, Czech Republic.Naglalaman ang mga ito ng 98.11% aluminyo, 1.3622% na bakal, 0.3618% mangganeso at mga bakas ng tanso, magnesiyo, silikon, titanium, sink, kromo at nikel.
Ang mga materyales na pinili para sa paggawa ng mga composite ay pinili alinsunod sa kanilang mga thermodynamic na katangian, ibig sabihin, depende sa dami ng tubig na maaari nilang i-adsorb/desorb sa mga temperatura sa ibaba 120°C.
Ang Magnesium sulfate (MgSO4) ay isa sa mga pinaka-interesante at pinag-aralan na hydrated salts30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Ang mga thermodynamic na katangian ay sistematikong nasusukat at nakitang angkop para sa mga aplikasyon sa larangan ng adsorption refrigeration, heat pump 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 pinag-aralan na asin dahil ang hydrate nito ay may mga kawili-wiling thermodynamic properties41,42,43,44.Calcium chloride hexahydrate CAS-No.7774-34-7 97% ang nagamit (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germany).
Ang zinc sulfate (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) at ang mga hydrates nito ay may mga katangiang thermodynamic na angkop para sa mga proseso ng adsorption na mababa ang temperatura45,46.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 thermodynamic na katangian4,45,47 bagaman madalas itong pinagsama sa ammonia sa adsorption heat pump o pananaliksik sa pag-iimbak ng enerhiya.Strontium chloride hexahydrate CAS-Nr.10.476-85-4 99.0–102.0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, USA) ang ginamit para sa synthesis.
Ang tansong sulpate (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) ay hindi kabilang sa mga hydrates na madalas na matatagpuan sa propesyonal na literatura, kahit na ang mga thermodynamic na katangian nito ay interesado para sa mababang temperatura na aplikasyon48,49.Copper sulfate CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) ay ginamit para sa synthesis.
Ang Magnesium chloride (MgCl2) ay isa sa mga hydrated salt na kamakailan ay nakatanggap ng higit na pansin sa larangan ng thermal energy storage50,51.Magnesium chloride hexahydrate CAS-Nr.7791-18-6 purong pharmaceutical grade (Applichem GmbH., Darmstadt, Germany) ang ginamit para sa mga eksperimento.
Tulad ng nabanggit sa itaas, ang hydroxyethyl cellulose ay napili dahil sa mga positibong resulta sa mga katulad na aplikasyon.Ang materyal na ginamit sa aming synthesis ay hydroxyethyl cellulose CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA).
Ang mga metal fibers ay ginawa mula sa mga maiikling wire na pinagsama-sama 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 ang porosity ng panghuling istraktura, kundi pati na rin sa kalidad ng mga bono sa pagitan ng mga thread.Ang mga hibla ay hindi isotropic at may posibilidad na maipamahagi sa isang tiyak na direksyon sa panahon ng produksyon, na ginagawang mas mababa ang thermal conductivity sa transverse na direksyon.
Ang mga katangian ng pagsipsip ng tubig ay sinisiyasat gamit ang sabay-sabay na 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 na kapaligiran sa isang rate ng daloy ng 10 ml / min at isang hanay ng temperatura mula 25 hanggang 150 ° C sa aluminum oxide crucibles.Ang rate ng pag-init ay 1 ° C / min, ang sample na timbang ay nag-iiba mula 10 hanggang 20 mg, ang resolusyon ay 0.1 μg.Sa gawaing ito, dapat tandaan na ang pagkakaiba ng masa sa bawat yunit ng ibabaw ay may malaking kawalan ng katiyakan.Ang mga sample na ginamit sa TGA-DTG ay napakaliit at hindi regular na pinutol, na ginagawang hindi tumpak ang kanilang pagtukoy sa lugar.Ang mga halagang ito ay maaari lamang i-extrapolated sa isang mas malaking lugar kung ang malalaking paglihis ay isinasaalang-alang.
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 mga purong tuyong kristal na brilyante ay direktang sinusukat sa vacuum bago gamitin ang mga sample bilang background para sa mga eksperimentong sukat.Ang mga sample ay sinusukat sa vacuum gamit ang isang parang multo na resolution na 2 cm-1 at isang average na bilang ng mga pag-scan ng 32. Wavenumber range mula 8000 hanggang 500 cm-1.Ginawa ang spectral analysis gamit ang OPUS program.
Ang pagsusuri ng SEM ay isinagawa gamit ang isang DSM 982 Gemini mula sa Zeiss sa pagpapabilis ng mga boltahe ng 2 at 5 kV.Ginawa ang Energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) gamit ang Thermo Fischer System 7 na may Peltier cooled silicon drift detector (SSD).
Ang paghahanda ng mga metal plate ay isinasagawa ayon sa pamamaraan na katulad ng inilarawan sa 53. Una, isawsaw ang plato sa 50% sulfuric acid.15 minuto.Pagkatapos ay ipinakilala sila sa 1 M sodium hydroxide solution sa loob ng mga 10 segundo.Pagkatapos ang mga sample ay hugasan ng isang malaking halaga ng distilled water, at pagkatapos ay ibabad sa distilled water sa loob ng 30 minuto.Pagkatapos ng paunang paggamot sa ibabaw, ang mga sample ay inilubog sa isang 3% na puspos na solusyon.HEC at target na asin.Panghuli, alisin ang mga ito at patuyuin sa 60°C.
Ang paraan ng anodizing ay nagpapaganda at nagpapalakas sa natural na layer ng oxide sa passive metal.Ang mga aluminyo panel ay anodized na may sulfuric acid sa isang hardened estado at pagkatapos ay selyadong sa mainit na tubig.Sinundan ng anodizing ang isang paunang pag-ukit na may 1 mol/l NaOH (600 s) na sinundan ng neutralisasyon 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.Ang anodizing ay isinagawa sa (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 sa loob ng 1200 segundo.Ang proseso ng sealing ay isinagawa sa iba't ibang mga solusyon sa brine tulad 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 naimbestigahan: adhesive coating, direktang reaksyon, at surface treatment.Ang mga pakinabang at disadvantage ng bawat paraan ng pagsasanay ay sistematikong sinusuri at tinatalakay.Ang direktang pagmamasid, nanoimaging, at pagsusuri ng kemikal/elemental ay ginamit upang suriin ang mga resulta.
Ang anodizing ay pinili bilang isang paraan ng paggamot sa ibabaw ng conversion upang madagdagan ang pagdirikit ng mga hydrates ng asin.Ang surface treatment na ito ay lumilikha ng porous na istraktura ng alumina (alumina) nang direkta sa aluminum surface.Ayon sa kaugalian, ang pamamaraang ito ay binubuo ng dalawang yugto: ang unang yugto ay lumilikha ng isang buhaghag na istraktura ng aluminyo oksido, at ang pangalawang yugto ay lumilikha ng isang patong ng aluminyo hydroxide na nagsasara ng mga pores.Ang mga sumusunod ay dalawang paraan ng pagharang sa asin nang hindi hinaharangan ang pag-access sa bahagi ng gas.Ang una ay binubuo ng isang sistema ng pulot-pukyutan gamit ang maliliit na aluminum oxide (Al2O3) na mga tubo na nakuha sa unang hakbang upang hawakan ang mga adsorbent na kristal at pataasin ang pagkakadikit nito sa mga ibabaw ng metal.Ang mga nagresultang pulot-pukyutan ay may diameter na humigit-kumulang 50 nm at may haba na 200 nm (Larawan 1a).Gaya ng nabanggit kanina, ang mga cavity na ito ay karaniwang sarado sa pangalawang hakbang na may manipis na layer ng Al2O(OH)2 boehmite na sinusuportahan ng alumina tube boiling process.Sa pangalawang paraan, ang proseso ng sealing na ito ay binago sa paraang ang mga kristal ng asin ay nakukuha sa isang pare-parehong nakatakip na layer ng boehmite (Al2O(OH)), na hindi ginagamit para sa sealing sa kasong ito.Ang ikalawang yugto ay isinasagawa sa isang puspos na solusyon ng kaukulang asin.Ang inilarawan na mga pattern ay may mga sukat sa hanay na 50-100 nm at mukhang mga splashed drop (Larawan 1b).Ang ibabaw na nakuha bilang isang resulta ng proseso ng sealing ay may binibigkas na spatial na istraktura na may mas mataas na lugar ng contact.Ang pattern sa ibabaw na ito, kasama ang kanilang maraming mga pagsasaayos ng pagbubuklod, ay perpekto para sa pagdadala at paghawak ng mga kristal ng asin.Ang parehong mga istraktura na inilarawan ay mukhang tunay na buhaghag at may maliliit na cavity na mukhang angkop para sa pagpapanatili ng mga hydrates ng asin at pag-adsorb ng mga singaw sa asin sa panahon ng pagpapatakbo ng adsorber.Gayunpaman, ang elemental na pagsusuri ng mga surface na ito gamit ang EDX ay maaaring makakita ng mga bakas na halaga ng magnesium at sulfur sa ibabaw ng boehmite, na hindi natukoy sa kaso ng isang alumina surface.
Ang ATR-FTIR ng sample ay nakumpirma na ang elemento ay magnesium sulfate (tingnan ang Larawan 2b).Ang spectrum ay nagpapakita ng mga katangian ng sulfate ion peak sa 610–680 at 1080–1130 cm–1 at ang katangiang lattice water peak sa 1600–1700 cm–1 at 3200–3800 cm–1 (tingnan ang Fig. 2a, c).).Ang pagkakaroon ng magnesium ions ay halos hindi nagbabago sa spectrum54.
(a) EDX ng boehmite coated MgSO4 aluminum plate, (b) ATR-FTIR spectra ng boehmite at MgSO4 coatings, (c) ATR-FTIR spectra ng purong MgSO4.
Ang pagpapanatili ng kahusayan ng adsorption ay nakumpirma ng TGA.Sa fig.Ang 3b ay nagpapakita ng peak ng desorption na humigit-kumulang.60°C.Ang peak na ito ay hindi tumutugma sa temperatura ng dalawang peak na naobserbahan sa TGA ng purong asin (Larawan 3a).Ang repeatability ng adsorption-desorption cycle ay nasuri, at ang parehong curve ay na-obserbahan pagkatapos ilagay ang mga sample sa isang mahalumigmig na kapaligiran (Fig. 3c).Ang mga pagkakaiba na naobserbahan sa ikalawang yugto ng desorption ay maaaring resulta ng pag-aalis ng tubig sa isang dumadaloy na kapaligiran, dahil ito ay madalas na humahantong sa hindi kumpletong pag-aalis ng tubig.Ang mga halagang ito ay tumutugma sa humigit-kumulang 17.9 g/m2 sa unang dewatering at 10.3 g/m2 sa pangalawang dewatering.
Paghahambing ng TGA analysis ng boehmite at MgSO4: TGA analysis ng purong MgSO4 (a), mixture (b) at pagkatapos ng rehydration (c).
Ang parehong paraan ay isinagawa sa calcium chloride bilang adsorbent.Ang mga resulta ay ipinakita sa Figure 4. Ang visual na inspeksyon ng ibabaw ay nagsiwalat ng mga maliliit na pagbabago sa metal na glow.Ang balahibo ay halos hindi nakikita.Kinumpirma ng SEM ang pagkakaroon ng maliliit na kristal na pantay na ipinamamahagi sa ibabaw.Gayunpaman, ang TGA ay hindi nagpakita ng dehydration sa ibaba 150°C.Ito ay maaaring 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 tansong sulpate na patong sa pamamagitan ng paraan ng anodizing ay ipinapakita sa fig.5. Sa kasong ito, ang inaasahang pagsasama ng CuSO4 sa istraktura ng Al oxide ay hindi nangyari.Sa halip, ang mga maluwag na karayom ​​ay sinusunod dahil ang mga ito ay karaniwang ginagamit para sa tansong hydroxide Cu(OH)2 na ginagamit sa mga tipikal na turquoise dyes.
Ang anodized surface treatment ay sinubukan din sa kumbinasyon ng strontium chloride.Ang mga resulta ay nagpakita ng hindi pantay na saklaw (tingnan ang Larawan 6a).Upang matukoy kung sakop ng asin ang buong ibabaw, isinagawa ang pagsusuri ng EDX.Ang curve para sa isang punto sa kulay abong lugar (punto 1 sa Fig. 6b) ay nagpapakita ng maliit na strontium at maraming aluminyo.Ito ay nagpapahiwatig ng mababang nilalaman ng strontium sa sinusukat na zone, na, naman, ay nagpapahiwatig ng mababang saklaw ng strontium chloride.Sa kabaligtaran, ang mga puting lugar ay may mataas na nilalaman ng strontium at isang mababang nilalaman ng aluminyo (mga puntos 2-6 sa Fig. 6b).Ang pagsusuri sa EDX ng puting lugar ay nagpapakita ng mas madidilim na mga tuldok (mga punto 2 at 4 sa Fig. 6b), mababa sa klorin at mataas sa asupre.Ito ay maaaring magpahiwatig ng pagbuo ng strontium sulfate.Ang mas maliwanag na mga tuldok ay sumasalamin sa mataas na nilalaman ng klorin at mababang nilalaman ng asupre (mga puntos 3, 5, at 6 sa Fig. 6b).Ito ay maaaring ipaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang pangunahing bahagi ng puting patong ay binubuo ng inaasahang strontium chloride.Kinumpirma ng TGA ng sample ang interpretasyon ng pagsusuri na may tugatog sa katangian na temperatura ng purong strontium chloride (Larawan 6c).Ang kanilang maliit na halaga ay maaaring mabigyang-katwiran sa pamamagitan ng isang maliit na bahagi ng asin kung ihahambing sa masa ng suporta sa metal.Ang desorption mass na tinutukoy sa mga eksperimento ay tumutugma sa halagang 7.3 g/m2 na ibinigay sa bawat unit area ng adsorber sa temperatura na 150°C.
Sinubukan din ang mga coatings na zinc sulfate na ginagamot ng Eloxal.Sa macroscopically, ang coating ay isang napakanipis at pare-parehong layer (Fig. 7a).Gayunpaman, inihayag ng SEM ang isang lugar sa 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 taluktok sa 55.5°C at 61.3°C, na nagpapahiwatig ng pagkakaroon ng zinc sulfate hydrate.Ang pagkakaiba ng masa na ipinakita sa eksperimento ay tumutugma sa 10.9 g/m2 sa temperatura ng pag-dehydration na 150°C.
Tulad ng sa nakaraang aplikasyon53, ang hydroxyethyl cellulose ay ginamit bilang isang panali upang mapabuti ang pagdirikit at katatagan ng sorbent coating.Ang pagiging tugma ng materyal at epekto sa pagganap ng adsorption ay nasuri ng TGA.Isinasagawa ang pagsusuri na may kaugnayan sa kabuuang masa, ibig sabihin, ang sample ay may kasamang metal plate na ginamit bilang coating substrate.Ang pagdirikit ay sinusubok sa pamamagitan ng pagsubok batay sa cross notch test na tinukoy sa ISO2409 specification (hindi matugunan ang notch separation specification depende sa specification kapal at lapad).
Ang paglalagay ng mga panel ng calcium chloride (CaCl2) (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 (Larawan 8b) ay nagpapakita ng dalawang katangian na peak na lumipat patungo sa mas mababang temperatura na 40 at 20°C, ayon sa pagkakabanggit.Ang cross-section test ay hindi nagpapahintulot para sa isang layunin na paghahambing dahil ang purong CaCl2 sample (sample sa kanan sa Fig. 8c) ay isang powdery precipitate, na nag-aalis ng pinakamataas na particle.Ang mga resulta ng HEC ay nagpakita ng napakanipis at pare-parehong patong na may kasiya-siyang pagdirikit.Ang pagkakaiba ng masa na ipinakita sa fig.Ang 8b ay tumutugma sa 51.3 g/m2 bawat unit area ng adsorber sa temperatura na 150°C.
Ang mga positibong resulta sa mga tuntunin ng pagdirikit at pagkakapareho ay nakuha din sa magnesium sulfate (MgSO4) (tingnan ang Fig. 9).Ang pagsusuri sa proseso ng desorption ng coating ay nagpakita ng pagkakaroon ng isang peak ng approx.60°C.Ang temperatura na ito ay tumutugma sa pangunahing hakbang ng desorption na nakikita sa pag-aalis ng tubig ng mga purong asin, na kumakatawan sa isa pang hakbang sa 44°C.Ito ay tumutugma sa paglipat mula sa hexahydrate hanggang pentahydrate at hindi sinusunod sa kaso ng mga coatings na may mga binder.Ipinapakita ng mga cross section test ang pinahusay na pamamahagi at pagdirikit kumpara sa mga coatings na ginawa gamit ang purong asin.Ang pagkakaiba sa masa na sinusunod sa TGA-DTC ay tumutugma sa 18.4 g/m2 bawat unit area ng adsorber sa temperatura na 150°C.
Dahil sa mga iregularidad sa ibabaw, ang strontium chloride (SrCl2) ay may hindi pantay na patong sa mga palikpik (Larawan 10a).Gayunpaman, ang mga resulta ng transverse notch test ay nagpakita ng pare-parehong pamamahagi na may makabuluhang pinabuting pagdirikit (Fig. 10c).Ang pagsusuri sa TGA ay nagpakita ng napakaliit na pagkakaiba sa timbang, na dapat ay dahil sa mas mababang nilalaman ng asin kumpara sa metal na substrate.Gayunpaman, ang mga hakbang sa curve ay nagpapakita ng pagkakaroon ng isang proseso ng pag-aalis ng tubig, bagaman ang rurok ay nauugnay sa temperatura na nakuha kapag nailalarawan ang purong asin.Ang mga taluktok sa 110°C at 70.2°C na sinusunod sa Fig.10b ay natagpuan din kapag pinag-aaralan ang purong asin.Gayunpaman, ang pangunahing hakbang sa pag-aalis ng tubig na sinusunod sa purong asin sa 50 ° C ay hindi makikita sa mga kurba gamit ang binder.Sa kaibahan, ang pinaghalong binder ay nagpakita ng dalawang peak sa 20.2°C at 94.1°C, na hindi nasusukat para sa purong asin (Larawan 10b).Sa temperatura na 150 °C, ang naobserbahang pagkakaiba ng masa ay tumutugma sa 7.2 g/m2 bawat unit area ng adsorber.
Ang kumbinasyon 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 nagpahayag ng anumang mga proseso ng pag-aalis ng tubig.Kahit na ang pamamahagi at pagdirikit ng patong ay bumuti, ang mga katangian nito ay malayo pa rin sa pinakamainam.
Ang pinakasimpleng paraan upang pahiran ang mga hibla ng metal na may manipis at pare-parehong layer ay wet impregnation (Fig. 12a), na kinabibilangan ng paghahanda ng target na asin at impregnation ng mga metal fibers na may tubig na solusyon.
Kapag naghahanda para sa wet impregnation, dalawang pangunahing problema ang nakatagpo.Sa isang banda, ang pag-igting sa ibabaw ng solusyon sa asin ay pumipigil sa tamang pagsasama ng likido sa buhaghag na istraktura.Ang pagkikristal sa panlabas na ibabaw (Larawan 12d) at mga bula ng hangin na nakulong sa loob ng istraktura (Larawan 12c) ay mababawasan lamang sa pamamagitan ng pagpapababa ng tensyon sa ibabaw at paunang pagbabasa sa sample ng distilled water.Ang sapilitang paglusaw sa sample sa pamamagitan ng paglikas ng hangin sa loob o sa pamamagitan ng paglikha ng daloy ng solusyon sa istraktura ay iba pang epektibong paraan upang matiyak ang kumpletong pagpuno ng istraktura.
Ang pangalawang problema na nakatagpo sa panahon ng paghahanda ay ang pag-alis ng pelikula mula sa bahagi ng asin (tingnan ang Fig. 12b).Ang kababalaghan na ito ay nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng isang tuyong patong sa ibabaw ng paglusaw, na humihinto sa convectively stimulated drying at nagsisimula sa diffusion stimulated na proseso.Ang pangalawang mekanismo ay mas mabagal kaysa sa una.Bilang isang resulta, ang isang mataas na temperatura ay kinakailangan para sa isang makatwirang oras ng pagpapatayo, na nagpapataas ng panganib ng pagbuo ng mga bula sa loob ng sample.Ang problemang ito ay nalutas sa pamamagitan ng pagpapakilala ng isang alternatibong paraan ng pagkikristal batay hindi sa pagbabago ng konsentrasyon (pagsingaw), ngunit sa pagbabago ng temperatura (tulad ng sa halimbawa sa MgSO4 sa Fig. 13).
Eskematiko na representasyon ng proseso ng pagkikristal sa panahon ng paglamig at paghihiwalay ng mga solid at likidong phase gamit ang MgSO4.
Ang mga solusyon sa saturated salt ay maaaring ihanda sa o higit sa temperatura ng silid (HT) gamit ang pamamaraang ito.Sa unang kaso, ang pagkikristal ay pinilit sa pamamagitan ng pagpapababa ng temperatura sa ibaba ng temperatura ng silid.Sa pangalawang kaso, naganap ang pagkikristal kapag ang sample ay pinalamig sa temperatura ng silid (RT).Ang resulta ay isang halo ng mga kristal (B) at natunaw (A), ang likidong bahagi nito ay inalis ng naka-compress na hangin.Ang diskarte na ito ay hindi lamang iniiwasan ang pagbuo ng isang pelikula sa mga hydrates na ito, ngunit binabawasan din ang oras na kinakailangan para sa paghahanda ng iba pang mga composite.Gayunpaman, ang pag-alis ng likido sa pamamagitan ng naka-compress na hangin ay humahantong sa karagdagang pagkikristal ng asin, na nagreresulta sa isang mas makapal na patong.
Ang isa pang paraan na maaaring magamit sa paglalagay ng mga metal na ibabaw ay kinabibilangan ng direktang paggawa ng mga target na asin sa pamamagitan ng mga kemikal na reaksyon.Ang mga pinahiran na heat exchanger na ginawa ng reaksyon ng mga acid sa mga metal na ibabaw ng mga palikpik at tubo ay may ilang mga pakinabang, tulad ng iniulat sa aming nakaraang pag-aaral.Ang paggamit ng pamamaraang ito sa mga hibla ay humantong sa napakahirap na 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 lumilipat habang ang produkto ay inilalabas (Larawan 14a).
Ang patong ay binago sa pamamagitan ng isang kemikal na reaksyon upang mas mahusay na makontrol ang kapal at pamamahagi ng patong.Ang pamamaraang ito ay nagsasangkot ng pagpasa ng acid mist stream sa sample (Larawan 14b).Ito ay inaasahang magreresulta sa isang pare-parehong patong sa pamamagitan ng reaksyon sa substrate na metal.Ang mga resulta ay kasiya-siya, ngunit ang proseso ay masyadong mabagal upang ituring na isang epektibong pamamaraan (Larawan 14c).Maaaring makamit ang mas maikling oras ng reaksyon sa pamamagitan ng localized na pag-init.
Upang malampasan ang mga disadvantages ng mga pamamaraan sa itaas, isang paraan ng patong batay sa paggamit ng mga adhesives ay pinag-aralan.Ang HEC ay pinili batay sa mga resulta na ipinakita sa nakaraang seksyon.Ang lahat ng mga sample ay inihanda sa 3% wt.Ang binder ay hinaluan ng asin.Ang mga hibla ay pretreated 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 ibabad sa sodium hydroxide sa loob ng 20 segundo, hugasan sa distilled water at sa wakas ay ibabad sa distilled water sa loob ng 30 minuto.Sa kasong ito, isang karagdagang hakbang ang idinagdag bago ang impregnation.Ilubog sandali ang sample sa isang dilute na target na solusyon ng asin at tuyo sa humigit-kumulang 60°C.Ang proseso ay idinisenyo upang baguhin ang ibabaw ng metal, na lumilikha ng mga nucleation site na nagpapabuti sa pamamahagi ng patong sa huling yugto.Ang fibrous na istraktura ay may isang gilid kung saan ang mga filament ay mas manipis at mahigpit na nakaimpake, at ang kabaligtaran na bahagi kung saan ang mga filament ay mas makapal at hindi gaanong ipinamamahagi.Ito ang resulta ng 52 na proseso ng pagmamanupaktura.
Ang mga resulta para sa calcium chloride (CaCl2) ay buod at inilalarawan ng mga larawan sa Talahanayan 1. Magandang saklaw pagkatapos ng inoculation.Kahit na ang mga hibla na walang nakikitang mga kristal sa ibabaw ay nabawasan ang mga pagmuni-muni ng metal, na nagpapahiwatig ng pagbabago sa pagtatapos.Gayunpaman, pagkatapos na ang mga sample ay pinapagbinhi ng isang may tubig na pinaghalong CaCl2 at HEC at natuyo sa temperatura na humigit-kumulang 60 ° C, ang mga coatings ay puro sa mga intersection ng mga istruktura.Ito ay isang epekto na dulot ng pag-igting sa ibabaw ng solusyon.Pagkatapos magbabad, ang likido ay nananatili sa loob ng sample dahil sa pag-igting sa ibabaw nito.Karaniwang nangyayari ito sa intersection ng mga istruktura.Ang pinakamagandang bahagi ng ispesimen ay may ilang mga butas na puno ng asin.Ang timbang ay tumaas ng 0.06 g/cm3 pagkatapos ng patong.
Ang patong na may magnesium sulfate (MgSO4) ay gumawa ng mas maraming asin sa bawat dami ng yunit (Talahanayan 2).Sa kasong ito, ang sinusukat na pagtaas ay 0.09 g/cm3.Ang proseso ng seeding ay nagresulta sa malawak na sample coverage.Pagkatapos ng proseso ng patong, hinaharangan ng asin ang malalaking bahagi ng manipis na bahagi ng sample.Bilang karagdagan, ang ilang mga lugar ng matte ay naharang, ngunit ang ilang porosity ay nananatili.Sa kasong ito, ang pagbuo ng asin ay madaling maobserbahan sa intersection ng mga istruktura, na nagpapatunay na ang proseso ng patong ay higit sa lahat dahil sa pag-igting sa ibabaw ng likido, at hindi ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng asin at ng metal na substrate.
Ang mga resulta para sa kumbinasyon 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 sakop.Ang mga indibidwal na pores lamang ang nakikita, na nabuo sa panahon ng pagpapatayo bilang resulta ng paglabas ng singaw mula sa sample.Ang pattern na sinusunod sa matte na bahagi ay halos kapareho sa nakaraang kaso, ang lugar ay hinarangan ng asin at ang mga hibla ay hindi ganap na sakop.
Upang masuri ang positibong epekto ng fibrous na istraktura sa thermal performance ng heat exchanger, ang epektibong thermal conductivity ng coated fibrous na istraktura ay natukoy at inihambing sa purong coating material.Ang thermal conductivity ay sinusukat ayon sa ASTM D 5470-2017 gamit ang flat panel device na ipinapakita sa Figure 15a gamit ang isang reference na materyal na may alam na thermal conductivity.Kung ikukumpara sa iba pang mga lumilipas na pamamaraan ng pagsukat, ang prinsipyong ito ay kapaki-pakinabang para sa mga porous na materyales na ginamit sa kasalukuyang pag-aaral, dahil ang mga sukat ay isinasagawa sa isang matatag na estado 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 sukat sa direksyon ng fiber at patayo sa direksyon ng fiber upang suriin ang epekto ng anisotropic thermal conductivity.Ang mga ispesimen ay giniling sa ibabaw (P320 grit) upang mabawasan ang epekto ng pagkamagaspang sa ibabaw dahil sa paghahanda ng ispesimen, na hindi sumasalamin sa istraktura sa loob ng ispesimen.