Nature.com saytiga tashrif buyurganingiz uchun tashakkur.Siz foydalanayotgan brauzer versiyasi cheklangan CSS-ni qo'llab-quvvatlaydi.Eng yaxshi tajriba uchun yangilangan brauzerdan foydalanishni tavsiya qilamiz (yoki Internet Explorer-da Moslik rejimini o'chirib qo'ying).Shu bilan birga, doimiy qo'llab-quvvatlashni ta'minlash uchun biz saytni uslublarsiz va JavaScript-ni ishlatmasdan taqdim etamiz.
Adsorbsion sovutish tizimlari va issiqlik nasoslarining bozor ulushi an'anaviy kompressor tizimlariga nisbatan hali ham nisbatan kichik.Arzon issiqlikdan foydalanishning katta afzalligiga qaramasdan (qimmatbaho elektr ishlari o'rniga), adsorbsiya tamoyillariga asoslangan tizimlarni amalga oshirish hali ham bir nechta maxsus ilovalar bilan cheklangan.Yo'q qilinishi kerak bo'lgan asosiy kamchilik - past issiqlik o'tkazuvchanligi va adsorbentning past barqarorligi tufayli o'ziga xos quvvatning pasayishi.Zamonaviy savdo adsorbsion sovutish tizimlari sovutish quvvatini optimallashtirish uchun qoplangan plastinka issiqlik almashinuvchilariga asoslangan adsorberlarga asoslangan.Natijalar yaxshi ma'lumki, qoplamaning qalinligini kamaytirish massa o'tkazuvchanligining pasayishiga olib keladi va o'tkazuvchan tuzilmalarning sirt maydonini hajmga nisbati oshirish samaradorlikni pasaytirmasdan quvvatni oshiradi.Ushbu ishda ishlatiladigan metall tolalar 2500-50 000 m2 / m3 oralig'ida ma'lum bir sirt maydonini ta'minlashi mumkin.Qoplamalar ishlab chiqarish uchun metall yuzalarga, shu jumladan metall tolalarga juda nozik, ammo barqaror tuz gidrat qoplamalarini olishning uchta usuli birinchi marta yuqori quvvatli issiqlik almashinuvchini namoyish etadi.Alyuminiy anodizatsiyaga asoslangan sirtni ishlov berish qoplama va substrat o'rtasida kuchliroq aloqani yaratish uchun tanlanadi.Olingan sirtning mikro tuzilishi skanerlash elektron mikroskop yordamida tahlil qilindi.To'liq aks ettirishning kamayishi Fourier transform infraqizil spektroskopiyasi va energiya dispersiv rentgen spektroskopiyasi tahlilda kerakli turlarning mavjudligini tekshirish uchun ishlatilgan.Ularning gidratlarni hosil qilish qobiliyati kombinatsiyalangan termogravimetrik tahlil (TGA)/differensial termogravimetrik tahlil (DTG) bilan tasdiqlangan.MgSO4 qoplamasida 0,07 g (suv)/g (kompozit) dan ortiq sifatsiz sifat topildi, taxminan 60 °C da suvsizlanish belgilarini ko'rsatdi va regidratsiyadan keyin takrorlanadi.Ijobiy natijalar, shuningdek, SrCl2 va ZnSO4 bilan 100 ° C ostida taxminan 0,02 g / g massa farqi bilan olingan.Qoplamaning barqarorligi va yopishqoqligini oshirish uchun qo'shimcha sifatida gidroksietilselüloz tanlangan.Mahsulotlarning adsorbsion xususiyatlari bir vaqtning o'zida TGA-DTG tomonidan baholandi va ularning yopishqoqligi ISO2409da tavsiflangan testlarga asoslangan usul bilan tavsiflandi.CaCl2 qoplamasining mustahkamligi va yopishqoqligi 100 ° C dan past haroratlarda taxminan 0,1 g / g og'irlik farqi bilan adsorbsion qobiliyatini saqlab qolgan holda sezilarli darajada yaxshilanadi.Bundan tashqari, MgSO4 hidratlar hosil qilish qobiliyatini saqlab qoladi, 100 ° C dan past haroratlarda 0,04 g / g dan ortiq massa farqini ko'rsatadi.Nihoyat, qoplangan metall tolalar tekshiriladi.Natijalar shuni ko'rsatadiki, Al2 (SO4) 3 bilan qoplangan tolalar strukturasining samarali issiqlik o'tkazuvchanligi toza Al2 (SO4) 3 hajmiga nisbatan 4,7 baravar yuqori bo'lishi mumkin.O'rganilayotgan qoplamalarning qoplamasi vizual tarzda tekshirildi va ichki struktura kesmalarning mikroskopik tasviri yordamida baholandi.Qalinligi taxminan 50 mkm bo'lgan Al2 (SO4) 3 qoplamasi olindi, ammo bir xil taqsimotga erishish uchun umumiy jarayonni optimallashtirish kerak.
So'nggi bir necha o'n yilliklarda adsorbsion tizimlar katta e'tibor qozondi, chunki ular an'anaviy siqish issiqlik nasoslari yoki sovutish tizimlariga ekologik toza muqobildir.Ko'tarilgan konfor standartlari va global o'rtacha haroratlar bilan adsorbsion tizimlar yaqin kelajakda qazib olinadigan yoqilg'iga bog'liqlikni kamaytirishi mumkin.Bundan tashqari, adsorbsion sovutish yoki issiqlik nasoslaridagi har qanday yaxshilanishlar issiqlik energiyasini saqlashga o'tkazilishi mumkin, bu birlamchi energiyadan samarali foydalanish potentsialining qo'shimcha o'sishini anglatadi.Adsorbsion issiqlik nasoslari va sovutish tizimlarining asosiy afzalligi shundaki, ular past issiqlik massasi bilan ishlaydi.Bu ularni quyosh energiyasi yoki chiqindi issiqlik kabi past haroratli manbalar uchun mos qiladi.Energiyani saqlash dasturlari nuqtai nazaridan, adsorbsiya sezgir yoki yashirin issiqlikni saqlash bilan solishtirganda yuqori energiya zichligi va kamroq energiya tarqalishining afzalliklariga ega.
Adsorbsion issiqlik nasoslari va sovutish tizimlari bug 'siqish hamkasblari kabi bir xil termodinamik tsiklga amal qiladi.Asosiy farq - kompressor komponentlarini adsorberlar bilan almashtirish.Element past bosimli sovutgich bug'ini o'rtacha haroratda adsorbsiyalashga qodir, hatto suyuqlik sovuq bo'lsa ham ko'proq sovutgichni bug'lanadi.Adsorbsiya entalpiyasini (ekzotermiyani) istisno qilish uchun adsorberning doimiy sovishini ta'minlash kerak.Adsorber yuqori haroratda qayta tiklanadi, bu sovutgich bug'ining desorbsiyasiga olib keladi.Desorbsiya entalpiyasini (endotermik) ta'minlash uchun isitish davom etishi kerak.Adsorbsion jarayonlar haroratning o'zgarishi bilan tavsiflanganligi sababli, yuqori quvvat zichligi yuqori issiqlik o'tkazuvchanligini talab qiladi.Biroq, past issiqlik o'tkazuvchanligi ko'pchilik ilovalarda asosiy kamchilikdir.
O'tkazuvchanlikning asosiy muammosi adsorbsion/desorbsion bug'larning oqimini ta'minlovchi transport yo'lini saqlab qolgan holda uning o'rtacha qiymatini oshirishdan iborat.Bunga erishish uchun odatda ikkita yondashuv qo'llaniladi: kompozit issiqlik almashinuvchilari va qoplangan issiqlik almashinuvchilari.Eng mashhur va muvaffaqiyatli kompozitsion materiallar uglerod asosidagi qo'shimchalar, ya'ni kengaytirilgan grafit, faollashtirilgan uglerod yoki uglerod tolalari.Oliveira va boshqalar.306 Vt/kg gacha bo'lgan o'ziga xos sovutish quvvati (SCP) va 0,46 gacha ishlash koeffitsienti (COP) bo'lgan adsorber ishlab chiqarish uchun kaltsiy xlorid bilan 2 dona singdirilgan kengaytirilgan grafit kukuni.Zajaczkowski va boshqalar.3 kengaytirilgan grafit, uglerod tolasi va umumiy o'tkazuvchanligi 15 Vt / mK bo'lgan kaltsiy xlorid kombinatsiyasini taklif qildi.Jian va boshqalar 4 sulfat kislotali kompozitsiyalarni ikki bosqichli adsorbsion sovutish siklida substrat sifatida kengaytirilgan tabiiy grafit (ENG-TSA) bilan ishlangan.Model COP ni 0,215 dan 0,285 gacha va SCPni 161,4 dan 260,74 Vt/kg gacha bashorat qilgan.
Hozirgacha eng maqbul yechim qoplamali issiqlik almashtirgichdir.Ushbu issiqlik almashtirgichlarning qoplama mexanizmlarini ikki toifaga bo'lish mumkin: to'g'ridan-to'g'ri sintez va yopishtiruvchi moddalar.Eng muvaffaqiyatli usul to'g'ridan-to'g'ri sintez bo'lib, u mos keladigan reagentlardan to'g'ridan-to'g'ri issiqlik almashinuvchilari yuzasida adsorbsion materiallarni hosil qilishni o'z ichiga oladi.Sotech5 Fahrenheit GmbH tomonidan ishlab chiqarilgan sovutgichlar seriyasida foydalanish uchun qoplangan zeolitni sintez qilish usulini patentladi.Schnabel va boshqalar6 zanglamaydigan po'lat bilan qoplangan ikkita zeolitning ishlashini sinab ko'rdilar.Biroq, bu usul faqat maxsus adsorbentlar bilan ishlaydi, bu esa yopishtiruvchi moddalar bilan qoplashni qiziqarli muqobil qiladi.Bog'lovchi moddalar sorbentning yopishqoqligi va/yoki massa o'tkazilishini qo'llab-quvvatlash uchun tanlangan passiv moddalardir, lekin adsorbsiya yoki o'tkazuvchanlikni oshirishda hech qanday rol o'ynamaydi.Freni va boshqalar.AQSOA-Z02 zeolit ​​bilan qoplangan 7 ta alyuminiy issiqlik almashtirgichlar, loyga asoslangan bog'lovchi bilan stabillashtirilgan.Calabrese va boshqalar 8 polimerik bog'lovchilar bilan zeolit ​​qoplamalarini tayyorlashni o'rgandilar.Ammann va boshqalar 9 polivinil spirtining magnit aralashmalaridan g'ovak zeolit ​​qoplamalarini tayyorlash usulini taklif qildilar.Alumina (alyuminiy oksidi) adsorberda bog'lovchi 10 sifatida ham ishlatiladi.Bizning ma'lumotimizga ko'ra, tsellyuloza va gidroksietil tsellyuloza faqat fizik adsorbentlar bilan birgalikda qo'llaniladi11,12.Ba'zida elim bo'yoq uchun ishlatilmaydi, lekin strukturani 13 o'z-o'zidan qurish uchun ishlatiladi.Aljinat polimer matritsalarining bir nechta tuz gidratlari bilan birikmasi quritish paytida oqishni oldini oladigan va etarli massa o'tkazuvchanligini ta'minlaydigan moslashuvchan kompozit boncuk tuzilmalarini hosil qiladi.Bentonit va attapulgit kabi gillar kompozitlarni tayyorlash uchun bog'lovchi sifatida ishlatilgan15,16,17.Etiltsellyuloza kaltsiy xlorid18 yoki natriy sulfidni19 mikrokapsulalash uchun ishlatilgan.
Gözenekli metall konstruktsiyaga ega bo'lgan kompozitlarni qo'shimcha issiqlik almashinuvchilari va qoplangan issiqlik almashinuvchilariga bo'lish mumkin.Ushbu tuzilmalarning afzalligi yuqori o'ziga xos sirt maydonidir.Bu inert massa qo'shilmasdan adsorbent va metall o'rtasida kattaroq aloqa yuzasiga olib keladi, bu esa sovutish siklining umumiy samaradorligini pasaytiradi.Lang va boshqalar.20 alyuminiy chuqurchalar tuzilishi bilan zeolit ​​adsorberining umumiy o'tkazuvchanligini yaxshiladi.Gillerminot va boshqalar.21 mis va nikel ko'pikli NaX zeolit ​​qatlamlarining issiqlik o'tkazuvchanligini yaxshiladi.Kompozitlar fazani o'zgartirish materiallari (PCM) sifatida ishlatilsa-da, Li va boshqalarning topilmalari.22 va Zhao va boshqalar.23 ham xemisorbtsiya uchun qiziqish uyg'otadi.Ular kengaytirilgan grafit va metall ko'pikning ish faoliyatini taqqoslab, korroziya muammosi bo'lmasa, ikkinchisi afzalroq degan xulosaga kelishdi.Palomba va boshqalar.yaqinda boshqa metall gözenekli tuzilmalarni solishtirdilar24.Van der Pal va boshqalar.ko'piklarga 25 ko'milgan metall tuzlarini o'rgangan.Oldingi barcha misollar zarracha adsorbentlarning zich qatlamlariga mos keladi.Metall gözenekli tuzilmalar adsorberlarni qoplash uchun amalda qo'llanilmaydi, bu yanada maqbul echimdir.Tseolitlar bilan bog'lanish misolini Wittstadt va boshqalarda topish mumkin.26, lekin yuqori energiya zichligi 27-ga qaramay, tuz hidratlarini bog'lash uchun hech qanday harakat qilinmagan.
Shunday qilib, ushbu maqolada adsorbent qoplamalarini tayyorlashning uchta usuli ko'rib chiqiladi: (1) biriktiruvchi qoplama, (2) to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya va (3) sirtni tozalash.Gidroksietiltsellyuloza bu ishda ilgari ma'lum qilingan barqarorlik va fizik adsorbentlar bilan birgalikda qoplamaning yaxshi yopishishi tufayli tanlangan bog'lovchi bo'ldi.Bu usul dastlab tekis qoplamalar uchun tekshirildi va keyinchalik metall tolali tuzilmalarga qo'llaniladi.Ilgari, adsorbent qoplamalar hosil bo'lishi bilan kimyoviy reaktsiyalar ehtimolining dastlabki tahlili haqida xabar berilgan edi.Oldingi tajriba endi metall tolali konstruksiyalarni qoplashga o'tkazilmoqda.Ushbu ish uchun tanlangan sirtni tozalash alyuminiy anodizatsiyaga asoslangan usuldir.Alyuminiyni anodlash estetik maqsadlarda metall tuzlari bilan muvaffaqiyatli birlashtirildi29.Bunday hollarda juda barqaror va korroziyaga chidamli qoplamalar olinishi mumkin.Biroq, ular hech qanday adsorbsiya yoki desorbsiya jarayonini amalga oshira olmaydi.Ushbu maqola asl jarayonning yopishqoq xususiyatlaridan foydalangan holda massani ko'chirishga imkon beruvchi ushbu yondashuvning variantini taqdim etadi.Bizning ma'lumotlarimizga ko'ra, bu erda tasvirlangan usullarning hech biri ilgari o'rganilmagan.Ular juda qiziqarli yangi texnologiyani ifodalaydi, chunki ular tez-tez o'rganiladigan fizik adsorbentlarga nisbatan bir qator afzalliklarga ega bo'lgan gidratlangan adsorbent qoplamalarini shakllantirishga imkon beradi.
Ushbu tajribalar uchun substrat sifatida ishlatiladigan shtamplangan alyuminiy plitalar ALINVEST Břidličná, Chexiya tomonidan taqdim etilgan.Ularda 98,11% alyuminiy, 1,3622% temir, 0,3618% marganets va mis, magniy, kremniy, titan, rux, xrom va nikel izlari mavjud.
Kompozitlarni ishlab chiqarish uchun tanlangan materiallar ularning termodinamik xususiyatlariga muvofiq, ya'ni 120 ° C dan past haroratlarda adsorbsiyalash/desorbsiyalash mumkin bo'lgan suv miqdoriga qarab tanlanadi.
Magniy sulfat (MgSO4) eng qiziqarli va o'rganilgan gidratlangan tuzlardan biridir30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41.Termodinamik xususiyatlar tizimli ravishda o'lchandi va adsorbsion sovutish, issiqlik nasoslari va energiyani saqlash sohalarida qo'llanilishi uchun mos ekanligi aniqlandi.Quruq magniy sulfat CAS-Nr.7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniya) ishlatilgan.
Kaltsiy xlorid (CaCl2) (H319) yana bir yaxshi o'rganilgan tuzdir, chunki uning gidrati qiziqarli termodinamik xususiyatlarga ega41,42,43,44.Kaltsiy xlorid heksagidrat CAS-№.7774-34-7 97% ishlatilgan (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniya).
Rux sulfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) va uning gidratlari past haroratli adsorbsion jarayonlar uchun mos keladigan termodinamik xususiyatlarga ega45,46.Sink sulfat heptahidrat CAS-Nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Germaniya) ishlatilgan.
Stronsiy xlorid (SrCl2) (H318) ham qiziqarli termodinamik xususiyatlarga ega4,45,47-da, u tez-tez adsorbsion issiqlik pompasi yoki energiya saqlash tadqiqotlarida ammiak bilan birlashtiriladi.Sintez uchun stronsiy xlorid geksagidrat CAS-Nr.10.476-85-4 99,0-102,0% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, Missuri, AQSh) ishlatilgan.
Mis sulfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) professional adabiyotlarda tez-tez uchraydigan gidratlar qatoriga kirmaydi, garchi uning termodinamik xususiyatlari past haroratli ilovalar uchun qiziqish uyg'otadi48,49.Sintez uchun mis sulfat CAS-Nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, AQSh) ishlatilgan.
Magniy xlorid (MgCl2) so'nggi paytlarda issiqlik energiyasini saqlash sohasida ko'proq e'tibor qaratilayotgan gidratlangan tuzlardan biridir50,51.Tajribalar uchun CAS-Nr.7791-18-6 sof farmatsevtik navli magniy xlorid geksagidrat (Applichem GmbH., Darmshtadt, Germaniya) ishlatilgan.
Yuqorida aytib o'tilganidek, gidroksietil tsellyuloza shunga o'xshash ilovalarda ijobiy natijalar tufayli tanlangan.Sintezimizda ishlatiladigan material gidroksietil tsellyuloza CAS-Nr 9004-62-0 (Sigma Aldrich, Sent-Luis, MO, AQSh).
Metall tolalar siqish va sinterlash orqali bir-biriga bog'langan qisqa simlardan tayyorlanadi, bu jarayon tigel eritmasi (CME) deb nomlanadi52.Bu shuni anglatadiki, ularning issiqlik o'tkazuvchanligi nafaqat ishlab chiqarishda ishlatiladigan metallarning massa o'tkazuvchanligiga va yakuniy strukturaning g'ovakliligiga, balki iplar orasidagi bog'lanish sifatiga ham bog'liq.Elyaflar izotrop emas va ishlab chiqarish jarayonida ma'lum bir yo'nalishda taqsimlanadi, bu esa ko'ndalang yo'nalishdagi issiqlik o'tkazuvchanligini ancha past qiladi.
Suvni yutish xususiyatlari vakuum paketida (Netzsch TG 209 F1 Libra) bir vaqtda termogravimetrik tahlil (TGA)/differensial termogravimetrik tahlil (DTG) yordamida tekshirildi.O'lchovlar 10 ml / min oqim tezligida va alyuminiy oksidi tigellarida 25 dan 150 ° C gacha bo'lgan harorat oralig'ida oqayotgan azot atmosferasida o'tkazildi.Isitish tezligi 1 °C / min, namunaning og'irligi 10 dan 20 mg gacha o'zgarib turadi, o'lchamlari 0,1 mkg.Ushbu ishda shuni ta'kidlash kerakki, birlik yuzasiga massa farqi katta noaniqlikka ega.TGA-DTGda qo'llaniladigan namunalar juda kichik va tartibsiz kesilgan, bu ularning maydonini noto'g'ri aniqlashga olib keladi.Ushbu qiymatlarni faqat katta og'ishlar hisobga olinsa, kattaroq maydonga ekstrapolyatsiya qilish mumkin.
Zaiflashtirilgan umumiy aks ettirish Fourier transform infraqizil (ATR-FTIR) spektrlari Bruker Vertex 80 v FTIR spektrometrida (Bruker Optik GmbH, Leyptsig, Germaniya) ATR platina aksessuari (Bruker Optik GmbH, Germaniya) yordamida olingan.Namunalarni eksperimental o'lchovlar uchun fon sifatida ishlatishdan oldin toza quruq olmos kristallarining spektrlari to'g'ridan-to'g'ri vakuumda o'lchandi.Namunalar vakuumda 2 sm-1 spektral o'lchamlari va o'rtacha 32 ta skanerlash soni yordamida o'lchandi. To'lqinlar soni 8000 dan 500 sm-1 gacha.Spektral tahlil OPUS dasturi yordamida amalga oshirildi.
SEM tahlili Zeiss kompaniyasining DSM 982 Gemini yordamida 2 va 5 kV tezlashtirilgan kuchlanishlarda amalga oshirildi.Energiya dispersli rentgen spektroskopiyasi (EDX) Peltier sovutilgan kremniy drift detektori (SSD) bilan Thermo Fischer System 7 yordamida amalga oshirildi.
Metall plitalarni tayyorlash 53-bandda tasvirlanganga o'xshash protsedura bo'yicha amalga oshirildi. Birinchidan, plastinkani 50% sulfat kislotaga botiring.15 daqiqa.Keyin ular 1 M natriy gidroksid eritmasiga taxminan 10 soniya davomida kiritildi.Keyin namunalar ko'p miqdorda distillangan suv bilan yuviladi va keyin 30 daqiqa davomida distillangan suvda namlanadi.Sirtni dastlabki ishlov berishdan so'ng, namunalar 3% to'yingan eritmaga botiriladi.HEC va maqsadli tuz.Nihoyat, ularni olib tashlang va 60 ° C da quriting.
Anodizatsiya usuli passiv metalldagi tabiiy oksid qatlamini kuchaytiradi va mustahkamlaydi.Alyuminiy panellar qotib qolgan holatda sulfat kislota bilan anodlangan va keyin issiq suvda muhrlangan.Anodlash 1 mol/l NaOH (600 s) bilan dastlabki qirqishdan so'ng 1 mol/l HNO3 (60 s) da neytrallashdan so'ng amalga oshirildi.Elektrolit eritmasi 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 va 1 M MgSO4 + 7H2O aralashmasidir.Anodizatsiya (40 ± 1) ° C, 30 mA / sm2 1200 soniya davomida amalga oshirildi.Muhrlash jarayoni materiallarda (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2) ta'riflanganidek, turli sho'r suvli eritmalarda amalga oshirildi.Namuna unda 1800 soniya qaynatiladi.
Kompozitlarni ishlab chiqarishning uch xil usuli o'rganildi: yopishtiruvchi qoplama, to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya va sirtni qayta ishlash.Har bir o'qitish usulining afzalliklari va kamchiliklari tizimli ravishda tahlil qilinadi va muhokama qilinadi.Natijalarni baholash uchun to'g'ridan-to'g'ri kuzatish, nanoimaging va kimyoviy/elementlar tahlili qo'llanildi.
Tuz hidratlarining yopishqoqligini oshirish uchun konversion sirtni tozalash usuli sifatida anodizatsiya tanlangan.Ushbu sirtni ishlov berish alyuminiy yuzasida to'g'ridan-to'g'ri alumina (alyuminiy oksidi) ning gözenekli tuzilishini yaratadi.An'anaga ko'ra, bu usul ikki bosqichdan iborat: birinchi bosqich alyuminiy oksidining gözenekli tuzilishini yaratadi va ikkinchi bosqichda teshiklarni yopadigan alyuminiy gidroksidi qoplamasi hosil bo'ladi.Quyida gaz fazasiga kirishni to'sib qo'ymasdan tuzni blokirovka qilishning ikkita usuli keltirilgan.Birinchisi, adsorbent kristallarini ushlab turish va uning metall yuzalarga yopishishini oshirish uchun birinchi bosqichda olingan kichik alyuminiy oksidi (Al2O3) naychalari yordamida chuqurchalar tizimidan iborat.Olingan chuqurchalar diametri taxminan 50 nm va uzunligi 200 nm (1a-rasm).Yuqorida aytib o'tilganidek, bu bo'shliqlar odatda ikkinchi bosqichda alumina trubkasini qaynatish jarayoni bilan qo'llab-quvvatlanadigan nozik Al2O (OH) 2 boehmit qatlami bilan yopiladi.Ikkinchi usulda, bu muhrlash jarayoni tuz kristallari bu holda muhrlash uchun ishlatilmaydigan boehmit (Al2O (OH)) bir tekis qoplovchi qatlamda ushlanib qoladigan tarzda o'zgartiriladi.Ikkinchi bosqich mos keladigan tuzning to'yingan eritmasida amalga oshiriladi.Ta'riflangan naqshlar 50-100 nm oralig'ida o'lchamlarga ega va chayqalgan tomchilarga o'xshaydi (1b-rasm).Yopish jarayoni natijasida olingan sirt aniq fazoviy tuzilishga ega bo'lib, aloqa maydoni ko'paygan.Ushbu sirt namunasi, ularning ko'plab bog'lash konfiguratsiyasi bilan birga, tuz kristallarini tashish va ushlab turish uchun idealdir.Ta'riflangan ikkala tuzilma ham chindan ham g'ovak bo'lib ko'rinadi va adsorberning ishlashi paytida tuz gidratlarini ushlab turish va bug'larni tuzga adsorbsiya qilish uchun juda mos keladigan kichik bo'shliqlarga ega.Shu bilan birga, EDX yordamida ushbu sirtlarning elementar tahlili boehmit yuzasida alumina yuzasida aniqlanmaydigan magniy va oltingugurtning iz miqdorini aniqlashi mumkin.
Namunaning ATR-FTIR elementi magniy sulfat ekanligini tasdiqladi (2b-rasmga qarang).Spektr 610-680 va 1080-1130 sm-1 da xarakterli sulfat ion cho'qqilarini va 1600-1700 sm-1 va 3200-3800 sm-1 da xarakterli panjarali suv cho'qqilarini ko'rsatadi (2a, s-rasmga qarang).).Magniy ionlarining mavjudligi spektrni deyarli o'zgartirmaydi54.
(a) boehmit bilan qoplangan MgSO4 alyuminiy plastinkasining EDX, (b) boehmit va MgSO4 qoplamalarining ATR-FTIR spektrlari, (c) sof MgSO4 ning ATR-FTIR spektrlari.
Adsorbsiya samaradorligini saqlab qolish TGA tomonidan tasdiqlangan.Shaklda.3b taxminan desorbsiya cho'qqisini ko'rsatadi.60°C.Bu cho'qqi sof tuzning TGAda kuzatilgan ikkita tepalik haroratiga mos kelmaydi (3a-rasm).Adsorbsion-desorbsiya siklining takrorlanuvchanligi baholandi va namunalarni nam atmosferaga joylashtirgandan keyin ham xuddi shunday egri chiziq kuzatildi (3c-rasm).Desorbsiyaning ikkinchi bosqichida kuzatilgan farqlar oqimli atmosferada suvsizlanish natijasi bo'lishi mumkin, chunki bu ko'pincha to'liq suvsizlanishga olib keladi.Bu qiymatlar birinchi suvsizlantirishda taxminan 17,9 g/m2 va ikkinchi suvsizlantirishda 10,3 g/m2 ga to'g'ri keladi.
Boehmit va MgSO4 ning TGA tahlilini taqqoslash: sof MgSO4 (a), aralashma (b) va regidratatsiyadan keyin (c) TGA tahlili.
Xuddi shu usul adsorbent sifatida kaltsiy xlorid bilan amalga oshirildi.Natijalar 4-rasmda keltirilgan. Sirtni vizual tekshirish metall nurida kichik o'zgarishlarni aniqladi.Mo'yna deyarli ko'rinmaydi.SEM sirt ustida teng taqsimlangan kichik kristallar mavjudligini tasdiqladi.Biroq, TGA 150 ° C dan past suvsizlanishni ko'rsatdi.Buning sababi tuzning ulushi TGA tomonidan aniqlash uchun substratning umumiy massasiga nisbatan juda kichik bo'lishi mumkin.
Mis sulfat qoplamini anodlash usuli bilan sirtga ishlov berish natijalari rasmda ko'rsatilgan.5. Bunday holda, CuSO4 ning Al oksidi tuzilishiga kutilgan qo'shilishi sodir bo'lmadi.Buning o'rniga, odatda firuza bo'yoqlari bilan ishlatiladigan mis gidroksidi Cu (OH) 2 uchun ishlatiladigan bo'sh ignalar kuzatiladi.
Anodlangan sirtni tozalash ham stronsiy xlorid bilan birgalikda sinovdan o'tkazildi.Natijalar notekis qoplamani ko'rsatdi (6a-rasmga qarang).Tuz butun sirtni qoplaganligini aniqlash uchun EDX tahlili o'tkazildi.Kulrang maydondagi nuqta uchun egri chiziq (6b-rasmdagi 1-nuqta) kam stronsiy va ko'p alyuminiyni ko'rsatadi.Bu o'lchangan zonada stronsiyning past miqdorini ko'rsatadi, bu esa, o'z navbatida, stronsiy xloridning kam qoplanishini ko'rsatadi.Aksincha, oq joylar stronsiyning yuqori miqdori va alyuminiyning past miqdoriga ega (6b-rasmdagi 2-6 nuqtalar).Oq maydonning EDX tahlili quyuqroq nuqtalarni ko'rsatadi (6b-rasmdagi 2 va 4 nuqtalar), kam xlor va oltingugurt miqdori yuqori.Bu stronsiy sulfat hosil bo'lishini ko'rsatishi mumkin.Yorqinroq nuqtalar yuqori xlor miqdori va past oltingugurt miqdorini aks ettiradi (6b-rasmdagi 3, 5 va 6-bandlar).Buni oq qoplamaning asosiy qismi kutilgan stronsiy xloriddan tashkil topganligi bilan izohlash mumkin.Namuna TGA sof stronsiy xlorid (Fig. 6c) xarakterli haroratda cho'qqisi bilan tahlil talqinini tasdiqladi.Ularning kichik qiymati metall tayanchning massasi bilan solishtirganda tuzning kichik bir qismi bilan oqlanishi mumkin.Tajribalarda aniqlangan desorbsiya massasi 150°C haroratda adsorberning birlik maydoniga ajratilgan 7,3 g/m2 miqdoriga to‘g‘ri keladi.
Eloksal bilan ishlov berilgan sink sulfat qoplamalari ham sinovdan o'tkazildi.Makroskopik jihatdan qoplama juda nozik va bir xil qatlamdir (7a-rasm).Biroq, SEM bo'sh joylar bilan ajratilgan kichik kristallar bilan qoplangan sirt maydonini aniqladi (7b-rasm).Qoplama va substratning TGA si sof tuz bilan solishtirildi (7c-rasm).Sof tuz 59,1 ° S da bitta assimetrik cho'qqiga ega.Qoplangan alyuminiy 55,5 ° C va 61,3 ° S haroratda ikkita kichik tepalikni ko'rsatdi, bu sink sulfat gidratining mavjudligini ko'rsatdi.Tajribada aniqlangan massa farqi 150°C suvsizlanish haroratida 10,9 g/m2 ga to‘g‘ri keladi.
Oldingi dasturda bo'lgani kabi53, gidroksietil tsellyuloza sorbent qoplamasining yopishqoqligi va barqarorligini yaxshilash uchun bog'lovchi sifatida ishlatilgan.Materialning muvofiqligi va adsorbsiya samaradorligiga ta'siri TGA tomonidan baholandi.Tahlil umumiy massaga nisbatan amalga oshiriladi, ya'ni namunaga qoplama substrati sifatida ishlatiladigan metall plastinka kiradi.Yopishqoqlik ISO2409 spetsifikatsiyasida belgilangan o'zaro faoliyat tirqish testiga asoslangan sinov orqali sinovdan o'tkaziladi (spetsifikasiyaning qalinligi va kengligiga qarab tishli ajratish spetsifikatsiyasiga javob bera olmaydi).
Panellarni kaltsiy xlorid (CaCl2) bilan qoplash (8a-rasmga qarang) notekis taqsimlanishga olib keldi, bu ko'ndalang tishli test uchun ishlatiladigan sof alyuminiy qoplamada kuzatilmadi.Sof CaCl2 uchun natijalar bilan solishtirganda, TGA (8b-rasm) mos ravishda 40 va 20 ° C pastroq haroratlar tomon siljigan ikkita xarakterli tepalikni ko'rsatadi.Kesma testi ob'ektiv taqqoslashga imkon bermaydi, chunki sof CaCl2 namunasi (8c-rasmdagi o'ngdagi namuna) chang cho'kma bo'lib, eng yuqori zarrachalarni olib tashlaydi.HEC natijalari qoniqarli yopishqoqlikka ega bo'lgan juda nozik va bir xil qoplamani ko'rsatdi.Shaklda ko'rsatilgan massa farqi.8b 150 ° C haroratda adsorberning birlik maydoni uchun 51,3 g / m2 ga to'g'ri keladi.
Magniy sulfat (MgSO4) bilan ham yopishqoqlik va bir xillik bo'yicha ijobiy natijalarga erishildi (9-rasmga qarang).Qoplamaning desorbtsiya jarayonini tahlil qilish taxminan bir cho'qqining mavjudligini ko'rsatdi.60°C.Bu harorat sof tuzlarning suvsizlanishida ko'rilgan asosiy desorbsiya bosqichiga to'g'ri keladi, bu 44 ° C da boshqa bosqichni ifodalaydi.Bu geksahidratdan pentahidratga o'tishga to'g'ri keladi va bog'lovchi moddalar bilan qoplangan holda kuzatilmaydi.Kesma testlari toza tuz yordamida tayyorlangan qoplamalarga nisbatan yaxshilangan taqsimot va yopishqoqlikni ko'rsatadi.TGA-DTCda kuzatilgan massa farqi 150 ° C haroratda adsorberning birlik maydoni uchun 18,4 g / m2 ga to'g'ri keladi.
Yuzaki nosimmetrikliklar tufayli stronsiy xlorid (SrCl2) qanotlarida notekis qoplamaga ega (10a-rasm).Biroq, ko'ndalang tishli test natijalari sezilarli darajada yaxshilangan yopishqoqlik bilan bir xil taqsimlashni ko'rsatdi (10c-rasm).TGA tahlili og'irlikdagi juda kichik farqni ko'rsatdi, bu metall substratga nisbatan past tuz miqdori bilan bog'liq bo'lishi kerak.Biroq, egri chiziqdagi qadamlar suvsizlanish jarayonining mavjudligini ko'rsatadi, garchi cho'qqi sof tuzni tavsiflashda olingan harorat bilan bog'liq.110 ° C va 70,2 ° S da cho'qqilar shaklda kuzatilgan.10b sof tuzni tahlil qilganda ham topilgan.Biroq, 50 ° C da sof tuzda kuzatilgan asosiy suvsizlanish bosqichi bog'lovchi yordamida egri chiziqlarda aks etmadi.Bundan farqli o'laroq, bog'lovchi aralashmasi 20,2 ° C va 94,1 ° S da ikkita tepalikni ko'rsatdi, ular toza tuz uchun o'lchanmagan (10b-rasm).150 ° C haroratda kuzatilgan massa farqi adsorberning birlik maydoni uchun 7,2 g / m2 ga to'g'ri keladi.
HEC va sink sulfat (ZnSO4) birikmasi maqbul natijalarni bermadi (11-rasm).Qoplangan metallning TGA tahlili hech qanday suvsizlanish jarayonlarini aniqlamadi.Qoplamaning taqsimlanishi va yopishqoqligi yaxshilangan bo'lsa-da, uning xususiyatlari hali ham optimaldan uzoqdir.
Metall tolalarni yupqa va bir xil qatlam bilan qoplashning eng oddiy usuli ho'l emdirishdir (12a-rasm), u maqsadli tuzni tayyorlash va metall tolalarni suvli eritma bilan singdirishni o'z ichiga oladi.
Nam emdirishga tayyorgarlik ko'rayotganda ikkita asosiy muammoga duch keladi.Bir tomondan, sho'r eritmaning sirt tarangligi suyuqlikning gözenekli tuzilishga to'g'ri kiritilishiga to'sqinlik qiladi.Tashqi yuzadagi kristallanish (12d-rasm) va strukturaning ichida qolib ketgan havo pufakchalari (12c-rasm) faqat sirt tarangligini pasaytirish va namunani distillangan suv bilan oldindan namlash orqali kamaytirilishi mumkin.Namuna ichidagi havoni evakuatsiya qilish yoki tuzilishda eritma oqimini yaratish yo'li bilan majburiy eritish strukturani to'liq to'ldirishni ta'minlashning boshqa samarali usullaridir.
Tayyorgarlik vaqtida duch kelgan ikkinchi muammo tuzning bir qismidan filmni olib tashlash edi (12b-rasmga qarang).Bu hodisa eritma yuzasida quruq qoplamning hosil bo'lishi bilan tavsiflanadi, bu konvektiv ravishda qo'zg'atilgan quritishni to'xtatadi va diffuziya stimulyatsiyasi jarayonini boshlaydi.Ikkinchi mexanizm birinchisiga qaraganda ancha sekinroq.Natijada, o'rtacha quritish muddati uchun yuqori harorat talab qilinadi, bu esa namuna ichida pufakchalar paydo bo'lish xavfini oshiradi.Bu muammo kontsentratsiyaning o'zgarishiga (bug'lanish) emas, balki haroratning o'zgarishiga asoslangan (13-rasmdagi MgSO4 misolida bo'lgani kabi) kristallanishning alternativ usulini joriy etish orqali hal qilinadi.
MgSO4 yordamida qattiq va suyuq fazalarni sovutish va ajratish jarayonida kristallanish jarayonining sxematik tasviri.
Ushbu usul yordamida to'yingan tuz eritmalarini xona haroratida (HT) tayyorlash mumkin.Birinchi holda, kristallanish haroratni xona haroratidan pastga tushirish orqali amalga oshirildi.Ikkinchi holda, kristallanish namuna xona haroratiga (RT) sovutilganda sodir bo'ldi.Natijada kristall (B) va erigan (A) aralashmasi hosil bo'ladi, uning suyuq qismi siqilgan havo bilan chiqariladi.Bunday yondashuv nafaqat bu gidratlarda plyonka hosil bo'lishining oldini oladi, balki boshqa kompozitsiyalarni tayyorlash uchun zarur bo'lgan vaqtni ham qisqartiradi.Shu bilan birga, suyuqlikni siqilgan havo bilan olib tashlash tuzning qo'shimcha kristallanishiga olib keladi, natijada qalinroq qoplama paydo bo'ladi.
Metall yuzalarni qoplash uchun ishlatilishi mumkin bo'lgan yana bir usul kimyoviy reaktsiyalar orqali maqsadli tuzlarni bevosita ishlab chiqarishni o'z ichiga oladi.Qavatlar va quvurlarning metall yuzalarida kislotalarning reaksiyasi natijasida tayyorlangan qoplamali issiqlik almashtirgichlar bizning oldingi tadqiqotimizda qayd etilganidek, bir qator afzalliklarga ega.Ushbu usulni tolalarga qo'llash reaksiya jarayonida gazlar hosil bo'lishi tufayli juda yomon natijalarga olib keldi.Vodorod gazi pufakchalarining bosimi zond ichida hosil bo'ladi va mahsulot tashqariga chiqarilganda o'zgaradi (14a-rasm).
Qoplamaning qalinligi va taqsimlanishini yaxshiroq nazorat qilish uchun qoplama kimyoviy reaksiya orqali o'zgartirildi.Bu usul namuna orqali kislotali tuman oqimini o'tkazishni o'z ichiga oladi (14b-rasm).Bu substrat metalli bilan reaksiyaga kirishib, bir xil qoplamaga olib kelishi kutilmoqda.Natijalar qoniqarli edi, lekin jarayon juda sekin edi, uni samarali usul deb hisoblash mumkin (14c-rasm).Mahalliy isitish orqali qisqaroq reaktsiya vaqtlariga erishish mumkin.
Yuqoridagi usullarning kamchiliklarini bartaraf etish uchun yopishtiruvchi vositalardan foydalanishga asoslangan qoplama usuli o'rganildi.OTM oldingi bo‘limda keltirilgan natijalar asosida tanlangan.Barcha namunalar 3% og'irlikda tayyorlangan.Bog'lovchi tuz bilan aralashtiriladi.Elyaflar qovurg'alar bilan bir xil protsedura bo'yicha oldindan ishlov berilgan, ya'ni 50% hajmda namlangan.15 daqiqa ichida.sulfat kislota, keyin 20 soniya davomida natriy gidroksidga namlangan, distillangan suvda yuvilgan va nihoyat distillangan suvda 30 daqiqa davomida namlangan.Bunday holda, emdirishdan oldin qo'shimcha qadam qo'shildi.Namunani qisqa muddatga suyultirilgan maqsadli tuz eritmasiga botiring va taxminan 60°C da quriting.Jarayon metallning sirtini o'zgartirish, yakuniy bosqichda qoplamaning taqsimlanishini yaxshilaydigan yadrolanish joylarini yaratish uchun mo'ljallangan.Tolali strukturaning bir tomoni bor, bu erda filamentlar ingichka va mahkam o'raladi va qarama-qarshi tomonda filamentlar qalinroq va kamroq taqsimlanadi.Bu 52 ta ishlab chiqarish jarayonining natijasidir.
Kaltsiy xlorid (CaCl2) bo'yicha natijalar umumlashtiriladi va 1-jadvaldagi rasmlar bilan ko'rsatilgan. Emlashdan keyin yaxshi qoplama.Hatto sirtida ko'rinadigan kristallar bo'lmagan iplar ham metall ko'zgularni kamaytirdi, bu qoplamaning o'zgarishini ko'rsatdi.Biroq, namunalar CaCl2 va HEC ning suvli aralashmasi bilan singdirilgandan so'ng va taxminan 60 ° C haroratda quritilganidan so'ng, qoplamalar tuzilmalarning kesishgan joylarida to'plangan.Bu eritmaning sirt tarangligidan kelib chiqadigan ta'sir.Namlashdan keyin suyuqlik sirt tarangligi tufayli namuna ichida qoladi.Asosan bu tuzilmalar kesishmasida sodir bo'ladi.Namunaning eng yaxshi tomoni tuz bilan to'ldirilgan bir nechta teshikka ega.Qoplagandan keyin og'irlik 0,06 g / sm3 ga oshdi.
Magniy sulfat (MgSO4) bilan qoplash hajmi birlik uchun ko'proq tuz hosil qildi (2-jadval).Bunday holda, o'lchangan o'sish 0,09 g / sm3 ni tashkil qiladi.Ekish jarayoni keng namunani qamrab olishga olib keldi.Qoplash jarayonidan so'ng, tuz namunaning ingichka tomonining katta joylarini bloklaydi.Bundan tashqari, matning ba'zi joylari bloklanadi, ammo ba'zi bir porozlik saqlanib qoladi.Bunday holda, tuzilmalar kesishmasida tuz hosil bo'lishi osonlik bilan kuzatiladi, bu qoplama jarayoni tuz va metall substrat o'rtasidagi o'zaro ta'sir emas, balki asosan suyuqlikning sirt tarangligi bilan bog'liqligini tasdiqlaydi.
Stronsiy xlorid (SrCl2) va HEC kombinatsiyasi natijalari oldingi misollarga o'xshash xususiyatlarni ko'rsatdi (3-jadval).Bunday holda, namunaning ingichka tomoni deyarli to'liq qoplanadi.Namunadan bug 'chiqishi natijasida quritish paytida hosil bo'lgan faqat individual teshiklar ko'rinadi.Mat tomonida kuzatilgan naqsh oldingi holatga juda o'xshaydi, bu joy tuz bilan bloklanadi va tolalar to'liq qoplanmagan.
Tolali strukturaning issiqlik almashtirgichning issiqlik ko'rsatkichlariga ijobiy ta'sirini baholash uchun qoplangan tolali strukturaning samarali issiqlik o'tkazuvchanligi aniqlandi va sof qoplama materiali bilan solishtirildi.Issiqlik o'tkazuvchanligi ASTM D 5470-2017 ga muvofiq, ma'lum issiqlik o'tkazuvchanligiga ega bo'lgan mos yozuvlar materiali yordamida 15a-rasmda ko'rsatilgan tekis panelli qurilma yordamida o'lchandi.Boshqa vaqtinchalik o'lchash usullari bilan solishtirganda, ushbu printsip joriy tadqiqotda qo'llaniladigan gözenekli materiallar uchun foydalidir, chunki o'lchovlar barqaror holatda va etarli namuna o'lchamida (tayanch maydoni 30 × 30 mm2, balandligi taxminan 15 mm) amalga oshiriladi.Anizotropik issiqlik o'tkazuvchanligi ta'sirini baholash uchun tola yo'nalishi bo'yicha va tolaning yo'nalishiga perpendikulyar bo'lgan o'lchovlar uchun sof qoplama materiali (mos yozuvlar) va qoplangan tolali strukturaning namunalari tayyorlangan.Namuna tayyorlash natijasida yuzaga keladigan pürüzlülüğün ta'sirini minimallashtirish uchun namunalar sirtda (P320 grit) maydalangan, bu namuna ichidagi strukturani aks ettirmaydi.