Organinė medžiaga naujos kartos energiją taupančioms ŠVOK technologijoms

Patobulintos poliimido membranų (baltojo disko) dehidratoriai bus energiškai efektyvūs, nes bus mažesnis anglies pėdsakas. Paskola: Dharmeshas Patelis / Teksaso „A&M Engineering“

Teksaso „A&M“ mokslininkai padidino polimero dehidratacijos efektyvumą, o tai galėtų padėti sukurti energiją taupančias sistemas, turinčias mažiau anglies pėdsakų.

Šaltomis vasaros dienomis ŠVOK šildymo, vėdinimo ir oro kondicionavimo sistemos teikia labai reikalingą šilumą ir drėgmę. Šios sistemos, dažnai pateikiamos su dehidratacijos įtaisais, šiuo metu nėra efektyvios energijai, jos sunaudoja apie 76% elektros energijos komerciniuose ir gyvenamuosiuose pastatuose.

Naujame tyrime Teksaso A&M universiteto mokslininkai aprašė organinę medžiagą, vadinamą poliimidu, kuri naudoja mažiau energijos sausam orui. Be to, mokslininkai teigia, kad dehidratoriai, kurių pagrindas yra poliimidas, gali sumažinti ŠVOK sistemų, kurios dabar kainuoja tūkstančius dolerių, kainą.

„Šio tyrimo metu mes paėmėme esamą„ gana stiprų polimerą “ir tada pagerinome jo džiovinimo efektyvumą“, – sakė Heis Kwonas Je Yongas, Ari McFarrino chemijos inžinerijos katedros profesorius. “Mes tikime, kad šios polimerinės membranos padės sukurti naujos kartos ŠVOK dehidratacijos technologijas, kurios yra ne tik efektyvesnės už dabartines sistemas, bet ir turi mažesnį anglies pėdsaką”.

Aprašomi tyrimo rezultatai Membranų mokslo žurnalas,

Oro drėkintuvai pašalina drėgmę iš oro iki patogaus sausumo lygio, taip pagerindami oro kokybę ir pašalindami dulkes, be kitų naudingų funkcijų. Dažniausiai prieinamuose drėkintuvuose naudojami šaltnešiai. Šios cheminės medžiagos yra dehidratuotos, vėsina orą ir sumažina jo gebėjimą nešti vandenį. Nepaisant populiarumo, šaltnešis yra šiltnamio efektą sukeliančių dujų šaltinis, pagrindinis klimato atšilimo kaltininkas.

Kaip alternatyva dehidracijai, plačiai svarstomos natūraliai randamos medžiagos, žinomos kaip ceolitai, dėl jų džiovinimo. Skirtingai nuo šaltnešių, ceolitai yra džiovinimo agentai, kurie gali sugerti drėgmę savo vandenį sugeriančiose ar hidrofilinėse porose. Nors šios neorganinės medžiagos yra žalios ir pasižymi puikiomis drėkinamosiomis savybėmis, ceolito pagrindu pagaminti dehidratoriai kelia savo iššūkius.

„Sc eolito membranų padidėjimas yra didelė problema“, – sakė ong yongas. „Pirma, ceolitus yra brangu sintetinti. Kita problema kyla dėl ceolitų mechaninių savybių. Jie yra silpni, jiems reikia tikrai gerų pagalbinių konstrukcijų, kurios yra gana brangios, padidinančios bendras išlaidas “.

Jeongas his ir jo komanda kreipėsi į ekonomiškai efektyvią organinę medžiagą, vadinamą poliimidais, kurie yra žinomi dėl didelio kietumo ir karščio toleravimo chemikalams. Molekuliniu lygmeniu pagrindinis šių aukštos kokybės polimerų vienetas yra pasikartojančios, į žiedą panašios imido grupės, sujungtos ilgomis grandinėmis. Jeongas teigė, kad patrauklios jėgos tarp imidų suteikia polimerui būdingą stiprumą, taigi suteikia pranašumą prieš mechaniškai silpnus ceolitus. Tačiau reikėjo pagerinti poliimido medžiagos dehidratacines savybes.

Mokslininkai pirmiausia sukūrė filmą, kuris kruopščiai pritaikė poliimido molekules kelių alometrų pločio aliuminio platformoms. Tada jie panardino plėvelę į labai koncentruotą natrio hidroksido tirpalą, kad paskatintų cheminį procesą, vadinamą hidrolize. Reakcija turėjo suskaidyti imido molekulines grupes, kad jos taptų hidrofiliškos. Žiūrėdami didelės energijos mikroskopu, mokslininkai nustatė, kad dėl hidrolizės reakcijų poliimido medžiagoje susidarė patrauklios vandeniui laidžios bangos ar greitkeliai.

Kai Jeongo komanda išbandė sustiprintą medžiagą dėl dehidratacijos, jie nustatė, kad jų poliimido plėvelė buvo labai pralaidi vandens molekulėms. Kitaip tariant, membrana sugebėjo išleisti drėgmės perteklių iš oro, sulaikydama juos įsiskverbimo kanaluose. Tyrėjai pažymi, kad šios membranos gali veikti nuolat, nereikalaujant regeneracijos, nes vandenyje esančios molekulės pašalinamos vakuuminiu siurbliu, įmontuotu į standartinį dehidratorių.

Cheongas teigė, kad jo komanda kruopščiai parengė eksperimentus dalinei hidrolizei, kai kontroliuojamas imidų grupių skaičius tapo hidrofiliškas.

„Poliimidų stiprumas atsiranda dėl tarpmolekulinių jėgų per grandines“, – sakė ong yongas. „Jei hidrolizuojama daugybė imidų, mums lieka silpnų medžiagų. Kita vertus, jei hidrolizė bus per maža, medžiaga nebus veiksminga dehidratuojant.

Nors poliimido dangos labai žadėjo jas naudoti džiovinant, Jeongas pažymėjo, kad jų veikimas vis dar atsilieka nuo ceolito dangų.

“Tai yra naujas būdas pagerinti polimero oksidacijos savybes. Norint pagerinti šios membranos produktyvumą, reikia daug geriau optimizuoti”, – sakė Je Yongas. „Tačiau dar vienas svarbus inžinerinės programinės įrangos veiksnys yra tai, kad ji turi būti pigi, ypač jei norite, kad technologija būtų pagrįstai prieinama namų savininkams. Mes dar nesame ten, bet tikrai žengiame žingsnius ta linkme “.

Nuoroda. “Padidinti poliimido membranų oro drėkinimo efektyvumą, gaminant hidrofilinį poli (amino rūgštis(Dalinės hidrolizės diapazonai) pateikė Sunghwan parkas և Hae-Kwon Jeong, 2020 m. Gruodžio 28 d. Membranų mokslo žurnalas,
DOI: 10.1016 / j.memsci.2020.119006:

Sunghwan Parko chemijos inžinerijos katedra taip pat prisidėjo prie šio tyrimo.

Šį tyrimą finansuoja Nacionalinis mokslo fondas ազգային Kataro nacionalinis tyrimų fondas.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.