Þakka þér fyrir að heimsækja Nature.com. Vafraútgáfan sem þú notar hefur takmarkaðan CSS-stuðning. Til að fá sem bestu upplifun mælum við með að þú notir uppfærðan vafra (eða slökkvir á samhæfingarstillingu í Internet Explorer). Á meðan, til að tryggja áframhaldandi stuðning, munum við birta síðuna án stíla og JavaScript.
Markaðshlutdeild adsorpsjónarkælikerfa og varmadæla er enn tiltölulega lítil miðað við hefðbundin þjöppukerfi. Þrátt fyrir mikinn kost við að nota ódýran hita (í stað dýrrar rafmagnsvinnu) er innleiðing kerfa sem byggja á adsorpsjónarreglum enn takmörkuð við fáein sértæk forrit. Helsti ókosturinn sem þarf að útrýma er minnkun á sértæku afli vegna lágrar varmaleiðni og lágs stöðugleika adsorbens. Núverandi tækni í atvinnuskyni, adsorpsjónarkælikerfi, eru byggð á adsorberum sem byggja á plötuvarmaskiptum sem eru húðaðir til að hámarka kæligetu. Niðurstöðurnar eru vel þekktar að minnkun þykktar húðunarinnar leiðir til lækkunar á massaflutningsviðnámi og aukning á hlutfalli yfirborðsflatarmáls og rúmmáls leiðandi mannvirkja eykur afl án þess að skerða skilvirkni. Málmtrefjarnar sem notaðar eru í þessari vinnu geta veitt sértækt yfirborðsflatarmál á bilinu 2500–50.000 m2/m3. Þrjár aðferðir til að fá mjög þunnar en stöðugar húðanir af salthýdrötum á málmyfirborð, þar á meðal málmtrefjar, til framleiðslu á húðunum sýna í fyrsta skipti fram á varmaskipti með mikilli aflsþéttleika. Yfirborðsmeðferðin sem byggir á anodiseringu á áli er valin til að skapa sterkari tengingu milli húðunarinnar og undirlagsins. Örbygging yfirborðsins sem myndast var greind með rafeindasmásjá. Notaðar voru Fourier umbreytingar innrauða litrófsmælingar með minnkuðu heildarendurspeglun og orkudreifandi röntgenlitrófsmælingar til að kanna hvort tilætluð efni væru til staðar í prófuninni. Hæfni þeirra til að mynda hýdröt var staðfest með sameinuðu hitamælingargreiningu (TGA)/mismunadreifingarhitamælingargreiningu (DTG). Léleg gæði yfir 0,07 g (vatn)/g (samsett efni) fundust í MgSO4 húðuninni, sem sýndi merki um ofþornun við um 60°C og var endurtakanleg eftir endurvötnun. Jákvæðar niðurstöður fengust einnig með SrCl2 og ZnSO4 með massamismun upp á um 0,02 g/g undir 100°C. Hýdroxýetýlsellulósi var valið sem aukefni til að auka stöðugleika og viðloðun húðunarinnar. Aðsogseiginleikar afurðanna voru metnir með samtímis TGA-DTG og viðloðun þeirra var einkennd með aðferð byggða á prófunum sem lýst er í ISO2409. Samkvæmni og viðloðun CaCl2 húðunarinnar batnaði verulega en aðsogsgeta hennar varðveittist með þyngdarmun upp á um 0,1 g/g við hitastig undir 100 °C. Að auki heldur MgSO4 getu sinni til að mynda hýdröt, sem sýnir massamun upp á meira en 0,04 g/g við hitastig undir 100 °C. Að lokum eru húðaðar málmtrefjar skoðaðar. Niðurstöðurnar sýna að virk varmaleiðni trefjabyggingarinnar sem húðuð er með Al2(SO4)3 getur verið 4,7 sinnum hærri samanborið við rúmmál hreins Al2(SO4)3. Húðun rannsakaðra húðana var skoðuð sjónrænt og innri uppbyggingin var metin með smásjármynd af þversniðunum. Húðun af Al2(SO4)3 með þykkt upp á um 50 µm fékkst, en heildarferlið verður að vera fínstillt til að ná fram jafnari dreifingu.
Aðsogskerfi hafa vakið mikla athygli síðustu áratugi þar sem þau bjóða upp á umhverfisvænan valkost við hefðbundnar þjöppunarvarmadælur eða kælikerfi. Með hækkandi þægindastöðlum og meðalhitastigi á heimsvísu gætu aðsogskerfi dregið úr ósjálfstæði gagnvart jarðefnaeldsneyti í náinni framtíð. Þar að auki er hægt að flytja allar umbætur í aðsogskælingu eða varmadælum yfir í varmaorkugeymslu, sem er enn frekari aukning á möguleikum á skilvirkri nýtingu frumorku. Helsti kosturinn við aðsogsvarmadælur og kælikerfi er að þau geta starfað með lágum varmamassa. Þetta gerir þau hentug fyrir lághitagjafa eins og sólarorku eða úrgangsvarma. Hvað varðar orkugeymslu hefur aðsog þann kost að vera meiri orkuþéttleiki og minni orkudreifing samanborið við skynjanlegan eða dulinn varmageymslu.
Adsorps-varmadælur og kælikerfi fylgja sama varmafræðilega hringrás og gufuþjöppunarkerfi þeirra. Helsti munurinn er sá að þjöppuíhlutir eru skipt út fyrir adsorbera. Elementið getur adsorberað lágþrýstings kælimiðilsgufu við meðalhita og gufar upp meira kælimiðil jafnvel þegar vökvinn er kaldur. Nauðsynlegt er að tryggja stöðuga kælingu adsorberans til að útiloka adsorps-entalpíu (útverm). Adsorberinn endurnýjast við hátt hitastig, sem veldur því að kælimiðilsgufan sogast úr. Hitun verður að halda áfram að veita adsorps-entalpíu (innóverm). Þar sem adsorpsferli einkennast af hitabreytingum krefst mikil aflþéttleiki mikillar varmaleiðni. Hins vegar er lág varmaleiðni langhelsti ókosturinn í flestum forritum.
Helsta vandamálið með leiðni er að auka meðalgildi hennar en viðhalda samt flutningsleiðinni sem sér um flæði aðsogs-/frásogsgufa. Tvær aðferðir eru almennt notaðar til að ná þessu: samsettir varmaskiptarar og húðaðir varmaskiptarar. Vinsælustu og farsælustu samsettu efnin eru þau sem nota kolefnisbundin aukefni, þ.e. þanið grafít, virkt kolefni eða koltrefjar. Oliveira o.fl. 2 gegndreyptu þanið grafítduft með kalsíumklóríði til að framleiða aðsogsefni með sértæka kæligetu (SCP) allt að 306 W/kg og afkastastuðul (COP) allt að 0,46. Zajaczkowski o.fl. 3 lögðu til samsetningu af þaninu grafíti, koltrefjum og kalsíumklóríði með heildarleiðni upp á 15 W/mK. Jian o.fl.4 prófuðu samsett efni með brennisteinssýrumeðhöndluðu þaninu náttúrulegu grafíti (ENG-TSA) sem undirlagi í tveggja þrepa aðsogskælingarferli. Líkanið spáði COP frá 0,215 til 0,285 og SCP frá 161,4 til 260,74 W/kg.
Langbesti kosturinn er húðaður varmaskiptir. Húðunarferla þessara varmaskipta má skipta í tvo flokka: beina myndun og lím. Árangursríkasta aðferðin er bein myndun, sem felur í sér myndun aðsogandi efna beint á yfirborð varmaskiptanna úr viðeigandi hvarfefnum. Sotech5 hefur einkaleyfisverndað aðferð til að mynda húðaðan zeólít til notkunar í röð kæla sem Fahrenheit GmbH framleiðir. Schnabel o.fl.6 prófuðu virkni tveggja zeólíta sem húðaðir voru á ryðfríu stáli. Hins vegar virkar þessi aðferð aðeins með sérstökum aðsogsefnum, sem gerir húðun með límum að áhugaverðum valkosti. Bindefni eru óvirk efni sem valin eru til að styðja við viðloðun og/eða massaflutning aðsogsefnisins, en gegna engu hlutverki í aðsogi eða aukinni leiðni. Freni o.fl.7 húðuðu álvarmaskiptana með AQSOA-Z02 zeólít sem var stöðugaður með leirbundnu bindiefni. Calabrese o.fl.8 rannsökuðu undirbúning zeólíthúðunar með fjölliðubindum. Ammann o.fl.9 lögðu til aðferð til að búa til porous zeólíthúðun úr segulmögnuðum blöndum af pólývínýlalkóhóli. Áloxíð (alumina) er einnig notað sem bindiefni 10 í aðsogsefninu. Okkur vitandi eru sellulósi og hýdroxýetýlsellulósi aðeins notuð í samsetningu við eðlisfræðileg aðsogsefni 11,12. Stundum er límið ekki notað fyrir málninguna, heldur til að byggja upp uppbygginguna 13 eina sér. Samsetning alginat fjölliðugrunnefna með mörgum salthýdrötum myndar sveigjanlegar samsettar perlubyggingar sem koma í veg fyrir leka við þurrkun og veita fullnægjandi massaflutning. Leir eins og bentónít og attapúlgít hafa verið notaðir sem bindiefni við framleiðslu á samsettum efnum 15,16,17. Etýlsellulósi hefur verið notaður til að örhjúpa kalsíumklóríð 18 eða natríumsúlfíð 19.
Samsett efni með porous málmbyggingu má skipta í aukefnisvarmaskiptara og húðaða varmaskiptara. Kosturinn við þessi efni er hátt yfirborðsflatarmál. Þetta leiðir til stærra snertiflatarmáls milli adsorbens og málms án þess að bæta við óvirkum massa, sem dregur úr heildarnýtni kælihringrásarinnar. Lang o.fl. 20 hafa bætt heildarleiðni zeólítadsorbens með ál-hunakökubyggingu. Gillerminot o.fl. 21 bættu varmaleiðni NaX zeólítlaga með kopar- og nikkelfroðu. Þó að samsett efni séu notuð sem fasabreytingarefni (PCM), þá eru niðurstöður Li o.fl. 22 og Zhao o.fl. 23 einnig áhugaverðar fyrir efnasog. Þeir báru saman afköst þanins grafíts og málmfroðu og komust að þeirri niðurstöðu að hið síðarnefnda væri aðeins æskilegra ef tæring væri ekki vandamál. Palomba o.fl. hafa nýlega borið saman aðrar porous málmbyggingar24. Van der Pal o.fl. hafa rannsakað málmsölt sem eru felld inn í froður25. Öll fyrri dæmi samsvara þéttum lögum af agnaadsorbens. Málmporous byggingar eru nánast ekki notaðar til að húða adsorbera, sem er betri lausn. Dæmi um bindingu við zeólíta má finna í Wittstadt o.fl. 26 en engin tilraun hefur verið gerð til að binda salthýdröt þrátt fyrir hærri orkuþéttleika þeirra 27.
Því verða þrjár aðferðir til að búa til aðsogshúðun skoðaðar í þessari grein: (1) bindiefnishúðun, (2) bein viðbrögð og (3) yfirborðsmeðferð. Hýdroxýetýlsellulósi var valið bindiefni í þessari vinnu vegna áður tilkynnts stöðugleika og góðrar viðloðunar við húðun í samsetningu við eðlisfræðileg aðsogsefni. Þessi aðferð var upphaflega rannsökuð fyrir flatar húðanir og síðar notuð á málmþráðabyggingar. Áður var greint frá forgreiningu á möguleikanum á efnahvörfum við myndun aðsogshúðunar. Fyrri reynsla er nú flutt yfir á húðun málmþráðabygginga. Yfirborðsmeðferðin sem valin var fyrir þessa vinnu er aðferð byggð á anóðrun áli. Álanóðrun hefur verið með góðum árangri sameinuð málmsöltum í fagurfræðilegum tilgangi29. Í þessum tilfellum er hægt að fá mjög stöðugar og tæringarþolnar húðanir. Hins vegar geta þær ekki framkvæmt neitt aðsogs- eða frásogsferli. Þessi grein kynnir afbrigði af þessari aðferð sem gerir kleift að færa massa með því að nota viðloðunareiginleika upprunalegu ferlisins. Að því er best er vitað hefur engin af aðferðunum sem lýst er hér verið rannsökuð áður. Þau eru mjög áhugaverð ný tækni þar sem þau gera kleift að mynda vökvaðar adsorbent húðanir, sem hafa fjölda kosta umfram þau eðlisfræðilegu adsorbent sem oft hafa verið rannsökuð.
Álplöturnar sem notaðar voru sem undirlag fyrir þessar tilraunir voru frá ALINVEST Břidličná í Tékklandi. Þær innihalda 98,11% ál, 1,3622% járn, 0,3618% mangan og snefilmagn af kopar, magnesíum, sílikoni, títan, sinki, krómi og nikkel.
Efnin sem valin eru til framleiðslu á samsettum efnum eru valin í samræmi við varmafræðilega eiginleika þeirra, þ.e. eftir því magni vatns sem þau geta aðsogað/afsogað við hitastig undir 120°C.
Magnesíumsúlfat (MgSO4) er eitt áhugaverðasta og rannsakaðasta vatnsleysta saltið30,31,32,33,34,35,36,37,38,39,40,41. Varmafræðilegir eiginleikar hafa verið mældir kerfisbundið og reynst hentugir til notkunar á sviði aðsogskælingar, varmadæla og orkugeymslu. Þurrt magnesíumsúlfat CAS-nr. 7487-88-9 99% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Þýskalandi) var notað.
Kalsíumklóríð (CaCl2) (H319) er annað vel rannsakað salt því hýdrat þess hefur áhugaverða varmafræðilega eiginleika41,42,43,44. Kalsíumklóríð hexahýdrat CAS-nr. 7774-34-7 97% notað (Grüssing, GmbH, Filsum, Niedersachsen, Þýskalandi).
Sinksúlfat (ZnSO4) (H3O2, H318, H410) og hýdröt þess hafa varmafræðilega eiginleika sem henta fyrir lághita aðsogsferli45,46. Notað var sinksúlfat heptahýdrat CAS-nr.7733-02-0 99,5% (Grüssing GmbH, Filsum, Niedersachsen, Þýskalandi).
Strontíumklóríð (SrCl2) (H318) hefur einnig áhugaverða varmafræðilega eiginleika4,45,47 þótt það sé oft blandað saman við ammóníak í rannsóknum á aðsogsvarmadælum eða orkugeymslu. Strontíumklóríð hexahýdrat CAS-Nr.10.476-85-4 99,0–102,0% (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, Bandaríkjunum) var notað við myndunina.
Koparsúlfat (CuSO4) (H302, H315, H319, H410) er ekki meðal þeirra hýdrata sem oft er að finna í fagritum, þó að varmafræðilegir eiginleikar þess séu áhugaverðir fyrir lághita notkun48,49. Koparsúlfat CAS-nr.7758-99-8 99% (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, Bandaríkin) var notað við myndunina.
Magnesíumklóríð (MgCl2) er eitt af þeim vatnssöltum sem nýlega hefur fengið meiri athygli á sviði varmaorkugeymslu50,51. Magnesíumklóríð hexahýdrat CAS-Nr.7791-18-6 hrein lyfjafræðileg gæði (Applichem GmbH., Darmstadt, Þýskalandi) var notað í tilraununum.
Eins og áður hefur komið fram var hýdroxýetýlsellulósi valið vegna jákvæðra niðurstaðna í svipuðum tilgangi. Efnið sem notað er í myndun okkar er hýdroxýetýlsellulósi CAS-nr. 9004-62-0 (Sigma Aldrich, St. Louis, Missouri, Bandaríkin).
Málmþræðir eru gerðir úr stuttum vírum sem eru bundnir saman með þjöppun og sintrun, ferli sem kallast bræðsluútdráttur í deiglu (CME)52. Þetta þýðir að varmaleiðni þeirra er ekki aðeins háð magnleiðni málmanna sem notaðir eru í framleiðslunni og gegndræpi lokabyggingarinnar, heldur einnig gæðum tenginganna milli þráðanna. Trefjarnar eru ekki ísótrópískar og hafa tilhneigingu til að dreifast í ákveðna átt við framleiðslu, sem gerir varmaleiðnina í þverátt mun lægri.
Vatnsupptökueiginleikar voru rannsakaðir með samtímis hitamælingu (TGA)/mismunadreifingarhitamælingu (DTG) í lofttæmisumbúðum (Netzsch TG 209 F1 Libra). Mælingarnar voru framkvæmdar í rennandi köfnunarefnislofti við rennslishraða 10 ml/mín. og hitastig á bilinu 25 til 150°C í áloxíðdeiglum. Hitunarhraðinn var 1 °C/mín., þyngd sýnisins var á bilinu 10 til 20 mg og upplausnin var 0,1 μg. Í þessari vinnu skal tekið fram að óvissa er mikil í massamismuninum á hverja yfirborðseiningu. Sýnin sem notuð voru í TGA-DTG eru mjög lítil og óreglulega skorin, sem gerir flatarmálsákvörðun þeirra ónákvæma. Þessi gildi er aðeins hægt að áætla á stærra svæði ef tekið er tillit til stórra frávika.
Litróf með deyfðri heildarendurspeglun Fourier umbreytingar innrauðu ljósi (ATR-FTIR) voru mæld með Bruker Vertex 80 v FTIR litrófsmæli (Bruker Optik GmbH, Leipzig, Þýskalandi) með ATR platínu fylgihlut (Bruker Optik GmbH, Þýskalandi). Litróf hreinna, þurrra demantskristalla voru mæld beint í lofttæmi áður en sýnin voru notuð sem bakgrunnur fyrir tilraunamælingar. Sýnin voru mæld í lofttæmi með litrófsupplausn upp á 2 cm-1 og meðalfjölda skanna upp á 32. Bylgjutala er frá 8000 til 500 cm-1. Litrófsgreining var framkvæmd með OPUS forritinu.
SEM greining var framkvæmd með DSM 982 Gemini frá Zeiss við hröðunarspennur upp á 2 og 5 kV. Orkudreifandi röntgenlitrófsgreining (EDX) var framkvæmd með Thermo Fischer System 7 með Peltier-kældum kísillrekskynjara (SSD).
Undirbúningur málmplatnanna var framkvæmdur samkvæmt svipaðri aðferð og lýst er í 53. Fyrst var plötunni dýft í 50% brennisteinssýru. Í 15 mínútur. Síðan var þeim komið fyrir í 1 M natríumhýdroxíðlausn í um það bil 10 sekúndur. Síðan voru sýnin þvegin með miklu magni af eimuðu vatni og síðan lögð í bleyti í 30 mínútur. Eftir undirbúningsyfirborðsmeðhöndlun voru sýnin dýft í 3% mettaða lausn af HEC og marksalti. Að lokum voru þau tekin út og þurrkuð við 60°C.
Anodiserunaraðferðin eykur og styrkir náttúrulega oxíðlagið á óvirka málminum. Álplöturnar voru anodiseraðar með brennisteinssýru í hertu ástandi og síðan innsiglaðar í heitu vatni. Anodiserun fylgdi upphafsetsun með 1 mól/l NaOH (600 sekúndur) og síðan hlutleysing í 1 mól/l HNO3 (60 sekúndur). Raflausnin er blanda af 2,3 M H2SO4, 0,01 M Al2(SO4)3 og 1 M MgSO4 + 7H2O. Anodiserunin var framkvæmd við (40 ± 1)°C, 30 mA/cm2 í 1200 sekúndur. Þéttingarferlið var framkvæmt í ýmsum saltlausnum eins og lýst er í efnunum (MgSO4, CaCl2, ZnSO4, SrCl2, CuSO4, MgCl2). Sýnið er soðið í henni í 1800 sekúndur.
Þrjár mismunandi aðferðir til að framleiða samsett efni hafa verið rannsakaðar: límhúðun, bein viðbrögð og yfirborðsmeðferð. Kostir og gallar hverrar þjálfunaraðferðar eru kerfisbundið greindir og ræddir. Bein athugun, nanómyndgreining og efna-/þáttagreining voru notuð til að meta niðurstöðurnar.
Anodisering var valin sem yfirborðsmeðferðaraðferð til að auka viðloðun saltvatna. Þessi yfirborðsmeðferð býr til porous uppbyggingu úr áloxíði (alumina) beint á ályfirborðið. Hefðbundin aðferð samanstendur af tveimur stigum: fyrsta stigið býr til porous uppbyggingu úr áloxíði og annað stigið býr til húðun úr álhýdroxíði sem lokar svigrúmunum. Eftirfarandi eru tvær aðferðir til að loka fyrir salt án þess að loka fyrir aðgang að gasfasanum. Sú fyrri samanstendur af hunangsseimakerfi með því að nota litlar áloxíð (Al2O3) rör sem fengnar eru í fyrsta skrefinu til að halda gleypandi kristöllum og auka viðloðun þeirra við málmyfirborð. Hunangsseimarnir sem myndast eru um 50 nm í þvermál og 200 nm langir (Mynd 1a). Eins og áður hefur komið fram eru þessi holrými venjulega lokuð í öðru skrefi með þunnu lagi af Al2O(OH)2 boehmíti sem er stutt með suðuferli úr áloxíðrörum. Í annarri aðferðinni er þessu þéttiferli breytt þannig að saltkristallarnir eru fastir í jafnþekjandi lagi af boehmíti (Al2O(OH)), sem er ekki notað til þéttingar í þessu tilfelli. Annað stigið er framkvæmt í mettaðri lausn af samsvarandi salti. Lýst mynstur eru á bilinu 50–100 nm að stærð og líta út eins og skvett dropar (Mynd 1b). Yfirborðið sem fæst með þéttiferlinu hefur áberandi rúmfræðilega uppbyggingu með auknu snertiflatarmáli. Þetta yfirborðsmynstur, ásamt mörgum tengimöguleikum þeirra, er tilvalið til að bera og halda saltkristöllum. Báðar lýstar uppbyggingar virðast vera mjög gegndræpar og hafa lítil holrými sem virðast vera vel til þess fallnar að halda saltvökvum og aðsoga gufur að saltinu meðan á notkun aðsogarans stendur. Hins vegar getur frumefnagreining á þessum yfirborðum með EDX greint snefilmagn af magnesíum og brennisteini á yfirborði boehmítsins, sem greinist ekki þegar um áloxíðyfirborð er að ræða.
ATR-FTIR greining sýnisins staðfesti að frumefnið væri magnesíumsúlfat (sjá mynd 2b). Litrófið sýnir einkennandi súlfatjónatoppa við 610–680 og 1080–1130 cm⁻¹ og einkennandi grindarvatnstoppa við 1600–1700 cm⁻¹ og 3200–3800 cm⁻¹ (sjá mynd 2a, c). Nærvera magnesíumjóna breytir litrófinu nánast ekki54.
(a) EDX á boehmíthúðaðri MgSO4 álplötu, (b) ATR-FTIR litróf boehmít- og MgSO4 húðunar, (c) ATR-FTIR litróf hreins MgSO4.
Viðhald á aðsogsvirkni var staðfest með TGA. Á mynd 3b sést frásogstoppur upp á um það bil 60°C. Þessi toppur samsvarar ekki hitastigi tveggja toppa sem sáust í TGA af hreinu salti (mynd 3a). Endurtekningarhæfni aðsogs-frásogsferilsins var metin og sama ferillinn sást eftir að sýnin voru sett í rakt andrúmsloft (mynd 3c). Mismunurinn sem sást í öðru stigi frásogsins gæti stafað af ofþornun í rennandi andrúmslofti, þar sem það leiðir oft til ófullkominnar ofþornunar. Þessi gildi samsvara um það bil 17,9 g/m2 í fyrstu afvötnun og 10,3 g/m2 í annarri afvötnun.
Samanburður á TGA greiningu á boehmíti og MgSO4: TGA greining á hreinu MgSO4 (a), blöndu (b) og eftir endurvötnun (c).
Sama aðferð var framkvæmd með kalsíumklóríði sem adsorbefni. Niðurstöðurnar eru sýndar á mynd 4. Sjónræn skoðun á yfirborðinu leiddi í ljós minniháttar breytingar á málmgljáanum. Feldurinn er varla sýnilegur. SEM staðfesti nærveru lítilla kristalla sem voru jafnt dreifðir yfir yfirborðið. Hins vegar sýndi TGA enga ofþornun undir 150°C. Þetta gæti stafað af því að hlutfall saltsins er of lítið miðað við heildarmassa undirlagsins til að greina það með TGA.
Niðurstöður yfirborðsmeðhöndlunar koparsúlfathúðarinnar með anóðunaraðferðinni eru sýndar á mynd 5. Í þessu tilviki átti sér ekki stað sú væntanlega innlimun CuSO4 í áloxíðbygginguna. Í staðinn sjást lausar nálar eins og þær eru almennt notaðar fyrir koparhýdroxíð, Cu(OH)2 sem notað er með dæmigerðum tyrkislitum.
Yfirborðsmeðhöndlunin með anodíseruðu yfirborði var einnig prófuð í samsetningu við strontíumklóríð. Niðurstöðurnar sýndu ójafna þekju (sjá mynd 6a). Til að ákvarða hvort saltið þekti allt yfirborðið var framkvæmd EDX greining. Ferillinn fyrir punkt á gráa svæðinu (punktur 1 á mynd 6b) sýnir lítið strontíum og mikið af áli. Þetta bendir til lágs strontíuminnihalds á mældu svæðinu, sem aftur bendir til lágrar þekju strontíumklóríðs. Aftur á móti hafa hvít svæði hátt strontíuminnihald og lágt álinnihald (punktar 2–6 á mynd 6b). EDX greining á hvíta svæðinu sýnir dekkri punkta (punktar 2 og 4 á mynd 6b), lágt klórinnihald og hátt brennisteinsinnihald. Þetta gæti bent til myndunar strontíumsúlfats. Bjartari punktar endurspegla hátt klórinnihald og lágt brennisteinsinnihald (punktar 3, 5 og 6 á mynd 6b). Þetta má skýra með því að meginhluti hvítu húðarinnar samanstendur af væntanlegu strontíumklóríði. TGA sýnisins staðfesti túlkun greiningarinnar með toppi við einkennandi hitastig hreins strontíumklóríðs (Mynd 6c). Lágt gildi þeirra má réttlæta með litlu hlutfalli af salti í samanburði við massa málmburðarefnisins. Frásogsmassinn sem ákvarðaður var í tilraununum samsvarar magni upp á 7,3 g/m2 sem losnar á hverja flatarmálseiningu aðsogsefnisins við 150°C hitastig.
Einnig voru prófaðar sinksúlfat húðanir með eloxali. Í stórsjá var húðunin mjög þunn og einsleit (Mynd 7a). Hins vegar leiddi rafeindasmásjárgreining í ljós yfirborðsflatarmál þakið litlum kristöllum aðskildum með tómum svæðum (Mynd 7b). TGA húðunarinnar og undirlagsins var borið saman við hreint salt (Mynd 7c). Hreint salt hefur einn ósamhverfan tind við 59,1°C. Húðaða álið sýndi tvo litla tinda við 55,5°C og 61,3°C, sem bendir til nærveru sinksúlfatshýdrats. Massamismunurinn sem kom fram í tilrauninni samsvarar 10,9 g/m2 við ofþornunarhitastig 150°C.
Eins og í fyrri umsókn53 var hýdroxýetýlsellulósi notað sem bindiefni til að bæta viðloðun og stöðugleika sorbentishúðarinnar. Samrýmanleiki efna og áhrif á aðsogsgetu voru metin með TGA. Greiningin er framkvæmd í tengslum við heildarmassa, þ.e. sýnið inniheldur málmplötu sem notuð er sem húðunarundirlag. Viðloðun er prófuð með prófi sem byggir á krossskurðarprófinu sem skilgreint er í ISO2409 forskriftinni (getur ekki uppfyllt forskriftina um aðskilnað skurða eftir þykkt og breidd forskriftarinnar).
Húðun spjaldanna með kalsíumklóríði (CaCl2) (sjá mynd 8a) leiddi til ójafnrar dreifingar, sem kom ekki fram í hreinu álhúðuninni sem notuð var í þversniðsprófuninni. Í samanburði við niðurstöður fyrir hreint CaCl2 sýnir TGA (mynd 8b) tvo einkennandi toppa sem færast í átt að lægri hitastigi, 40 og 20°C, talið í sömu röð. Þversniðsprófunin gerir ekki kleift að gera hlutlæga samanburð þar sem hreina CaCl2 sýnið (sýnið hægra megin á mynd 8c) er duftkennd úrfelling sem fjarlægir efstu agnirnar. Niðurstöður HEC sýndu mjög þunna og einsleita húð með fullnægjandi viðloðun. Massamismunurinn sem sýndur er á mynd 8b samsvarar 51,3 g/m2 á flatarmálseiningu adsorberans við 150°C hitastig.
Jákvæðar niðurstöður hvað varðar viðloðun og einsleitni fengust einnig með magnesíumsúlfati (MgSO4) (sjá mynd 9). Greining á frásogsferli húðunarinnar sýndi einn topp upp á um það bil 60°C. Þetta hitastig samsvarar aðal frásogsskrefinu sem sést við afvötnun hreinna salta, sem er annað skref við 44°C. Það samsvarar umbreytingunni frá sexhýdrati í fimmhýdrat og sést ekki í tilviki húðunar með bindiefnum. Þversniðsprófanir sýna betri dreifingu og viðloðun samanborið við húðun sem gerð er með hreinu salti. Massamunurinn sem sést í TGA-DTC samsvarar 18,4 g/m2 á flatarmálseiningu aðsogsefnisins við 150°C hitastig.
Vegna ójöfnu á yfirborði er strontíumklóríð (SrCl2) með ójafna húð á rifjum (mynd 10a). Niðurstöður þversniðsprófsins sýndu þó jafna dreifingu með marktækt bættri viðloðun (mynd 10c). TGA greining sýndi mjög lítinn þyngdarmun, sem hlýtur að vera vegna lægra saltinnihalds samanborið við málmundirlagið. Hins vegar sýna skrefin á ferlinum tilvist ofþornunarferlis, þó að toppurinn tengist hitastiginu sem fæst við greiningu á hreinu salti. Topparnir við 110°C og 70,2°C sem sjást á mynd 10b fundust einnig við greiningu á hreinu salti. Hins vegar endurspeglaðist aðal ofþornunarskrefið sem sást í hreinu salti við 50°C ekki í ferlinum með bindiefninu. Aftur á móti sýndi bindiefniblandan tvo toppa við 20,2°C og 94,1°C, sem mældust ekki fyrir hreint salt (mynd 10b). Við 150°C hitastig samsvarar mældum massamismun 7,2 g/m2 á hverja einingu flatarmáls adsorberans.
Samsetning HEC og sinksúlfats (ZnSO4) gaf ekki ásættanlegar niðurstöður (Mynd 11). TGA greining á húðaða málminum leiddi ekki í ljós nein ofþornunarferli. Þó að dreifing og viðloðun húðunarinnar hafi batnað eru eiginleikar hennar enn langt frá því að vera ákjósanlegir.
Einfaldasta leiðin til að húða málmtrefjar með þunnu og jafnu lagi er blaut gegndreyping (mynd 12a), sem felur í sér undirbúning marksaltsins og gegndreypingu málmtrefjanna með vatnslausn.
Þegar verið er að undirbúa blauta gegndreypingu koma upp tvö meginvandamál. Annars vegar kemur yfirborðsspenna saltlausnarinnar í veg fyrir að vökvinn blandist rétt inn í porous uppbygginguna. Kristöllun á ytra byrði (mynd 12d) og loftbólur sem festast inni í uppbyggingunni (mynd 12c) er aðeins hægt að draga úr með því að lækka yfirborðsspennuna og væta sýnið fyrirfram með eimuðu vatni. Þvinguð upplausn í sýninu með því að tæma loftið innan úr því eða með því að skapa lausnarflæði í uppbyggingunni eru aðrar árangursríkar leiðir til að tryggja fullkomna fyllingu uppbyggingarinnar.
Annað vandamálið sem kom upp við undirbúninginn var að fjarlægja filmuna af hluta saltsins (sjá mynd 12b). Þetta fyrirbæri einkennist af myndun þurrs lags á upplausnarfletinum, sem stöðvar þurrkun með varmaleiðni og hefst með dreifingarörvun. Seinni ferlið er mun hægara en það fyrsta. Þar af leiðandi þarf hátt hitastig fyrir hæfilegan þurrkunartíma, sem eykur hættuna á loftbólumyndun inni í sýninu. Þetta vandamál er leyst með því að kynna aðra kristöllunaraðferð sem byggir ekki á styrkbreytingum (uppgufun) heldur hitastigsbreytingum (eins og í dæminu með MgSO4 á mynd 13).
Skýringarmynd af kristöllunarferlinu við kælingu og aðskilnað fastra og fljótandi fasa með MgSO4.
Mettaðar saltlausnir er hægt að útbúa við eða yfir stofuhita (HT) með þessari aðferð. Í fyrra tilvikinu var kristöllun þvinguð fram með því að lækka hitastigið niður fyrir stofuhita. Í seinna tilvikinu átti kristöllun sér stað þegar sýnið var kælt niður í stofuhita (RT). Niðurstaðan er blanda af kristöllum (B) og uppleystum efnum (A), þar sem fljótandi hlutinn er fjarlægður með þrýstilofti. Þessi aðferð kemur ekki aðeins í veg fyrir myndun himnu á þessum hýdrötum, heldur dregur einnig úr þeim tíma sem þarf til að búa til önnur samsett efni. Hins vegar leiðir fjarlæging vökva með þrýstilofti til frekari kristöllunar saltsins, sem leiðir til þykkari húðunar.
Önnur aðferð sem hægt er að nota til að húða málmyfirborð felur í sér beina framleiðslu á marksöltum með efnahvörfum. Húðaðir varmaskiptarar sem eru gerðir með efnahvörfum sýra á málmyfirborð rifja og röra hafa fjölda kosta, eins og greint var frá í fyrri rannsókn okkar. Notkun þessarar aðferðar á trefjar leiddi til mjög lélegra niðurstaðna vegna myndunar lofttegunda við efnahvörfin. Þrýstingur vetnisgasbólnanna myndast inni í mælinum og breytist þegar efnið er kastað út (Mynd 14a).
Húðunin hefur verið breytt með efnahvörfum til að stjórna þykkt og dreifingu húðunarinnar betur. Þessi aðferð felur í sér að láta sýruþoku streyma í gegnum sýnið (Mynd 14b). Þetta er gert ráð fyrir að leiði til einsleitrar húðunar með efnahvörfum við undirlagsmálminn. Niðurstöðurnar voru fullnægjandi, en ferlið var of hægt til að teljast áhrifarík aðferð (Mynd 14c). Hægt er að ná styttri viðbragðstíma með staðbundinni upphitun.
Til að vinna bug á ókostum ofangreindra aðferða hefur verið rannsökuð húðunaraðferð sem byggir á notkun líms. HEC var valið út frá niðurstöðum sem kynntar voru í fyrri hlutanum. Öll sýni voru útbúin með 3% þyngd. Bindiefnið er blandað við salt. Trefjarnar voru formeðhöndlaðar samkvæmt sömu aðferð og fyrir rifin, þ.e. lagðar í bleyti í 50% rúmmáls brennisteinssýru innan 15 mínútna, síðan lagðar í bleyti í natríumhýdroxíði í 20 sekúndur, þvegnar í eimuðu vatni og að lokum lagðar í bleyti í eimuðu vatni í 30 mínútur. Í þessu tilfelli var viðbótar skref bætt við fyrir gegndreypingu. Dýfið sýninu stuttlega í þynnta saltlausn og þurrkað við um það bil 60°C. Ferlið er hannað til að breyta yfirborði málmsins og skapa kjarnamyndunarstaði sem bæta dreifingu húðunarinnar á lokastigi. Trefjabyggingin hefur aðra hliðina þar sem þræðirnir eru þynnri og þéttpakkaðir og hina hliðina þar sem þræðirnir eru þykkari og minna dreifðir. Þetta er niðurstaða 52 framleiðsluferla.
Niðurstöðurnar fyrir kalsíumklóríð (CaCl2) eru teknar saman og sýndar með myndum í töflu 1. Góð þekja eftir ígræðslu. Jafnvel þeir þræðir án sýnilegra kristalla á yfirborðinu höfðu minnkaða málmendurskin, sem bendir til breytinga á áferð. Hins vegar, eftir að sýnin voru gegndreypuð með vatnsblöndu af CaCl2 og HEC og þurrkuð við um 60°C hitastig, voru húðanir einbeittar við skurðpunkta bygginganna. Þetta er áhrif af völdum yfirborðsspennu lausnarinnar. Eftir bleyti helst vökvinn inni í sýninu vegna yfirborðsspennu hans. Í grundvallaratriðum gerist þetta við skurðpunkta bygginganna. Besta hlið sýnisins hefur nokkur göt fyllt með salti. Þyngdin jókst um 0,06 g/cm3 eftir húðun.
Húðun með magnesíumsúlfati (MgSO4) framleiddi meira salt á rúmmálseiningu (Tafla 2). Í þessu tilviki er mæld aukning 0,09 g/cm3. Sáningarferlið leiddi til mikillar þekju sýnisins. Eftir húðunarferlið lokar saltið stórum svæðum á þunnu hlið sýnisins. Að auki eru sum svæði á möttu yfirborðinu lokuð, en einhver gegndræpi helst. Í þessu tilviki sést auðveldlega saltmyndun við skurðpunkt bygginganna, sem staðfestir að húðunarferlið er aðallega vegna yfirborðsspennu vökvans, en ekki víxlverkunar milli saltsins og málmundirlagsins.
Niðurstöðurnar fyrir samsetningu strontíumklóríðs (SrCl2) og HEC sýndu svipaða eiginleika og í fyrri dæmunum (Tafla 3). Í þessu tilviki er þynnri hlið sýnisins næstum alveg þakin. Aðeins einstakar svitaholur eru sýnilegar, sem mynduðust við þurrkun vegna gufulosunar úr sýninu. Mynstrið sem sést á mattu hliðinni er mjög svipað og í fyrra tilvikinu, svæðið er stíflað með salti og trefjarnar eru ekki alveg þaktar.
Til að meta jákvæð áhrif trefjabyggingarinnar á varmaafköst varmaskiptarans var virk varmaleiðni húðaðrar trefjabyggingar ákvörðuð og borin saman við hreina húðunarefnið. Varmaleiðni var mæld samkvæmt ASTM D 5470-2017 með því að nota flatskjá sem sýnt er á mynd 15a með því að nota viðmiðunarefni með þekkta varmaleiðni. Í samanburði við aðrar tímabundnar mælingaraðferðir er þessi meginregla hagstæð fyrir porous efni sem notuð eru í þessari rannsókn, þar sem mælingarnar eru framkvæmdar í stöðugu ástandi og með nægilega stóru sýni (grunnflatarmál 30 × 30 mm2, hæð um það bil 15 mm). Sýni af hreinu húðunarefni (viðmiðun) og húðaðrar trefjabyggingar voru undirbúin fyrir mælingar í átt að trefjunum og hornrétt á átt þeirra til að meta áhrif ósamhverfrar varmaleiðni. Sýnin voru slípuð á yfirborðinu (P320 grit) til að lágmarka áhrif yfirborðsgrófleika vegna undirbúnings sýnisins, sem endurspeglar ekki uppbyggingu sýnisins.