Дослідники підвищили ефективність полімеру для осушення, що може допомогти розробити більш енергоефективні осушувачі.
Системи опалення, вентиляції та кондиціонування (HVAC) у спеку при охолодженні мають забезпечити видалення з повітря надмірної вологи. Системи кондиціонування повітря, які часто постачаються з осушувачами, в даний час не є енергоефективними, споживаючи близько 76% електроенергії в комерційних та житлових будинках.
У своєму новому дослідженні вчені Техаського технологічного університету описали органічний матеріал з групи поліімідів, який використовує менше енергії для висушування повітря. Крім того, дослідники заявили, що осушувачі на основі полііміду можуть знизити загальну ціну систем HVAC, які в даний час коштують тисячі доларів.
«У цьому дослідженні ми взяли існуючий і досить міцний полімер, а потім покращили ефективність його зволоження і здатність всотувати воду», - пояснили в департаменті хімічної технології ім. Арті Макферріна Техаського технологічного університету. «Ми вважаємо, що наші мембрани на основі полімерів допоможуть розробити технології опалення та кондиціонування повітря наступного покоління, які не просто ефективніші, ніж сучасні системи, але також залишають менший вуглецевий слід». Результати дослідження описані в «Journal of Membrane Science».
Зволожувачі повітря видаляють вологу з повітря до комфортного рівня сухості, тим самим покращуючи якість повітря та, серед інших корисних функцій, усувають пилові кліщі.
Існують та широко використовуються для осушення природні матеріали, відомі як цеоліти, які можуть поглинати вологу завдяки гідрофільності.
Незважаючи на те, що ці неорганічні матеріали вважаються вповні екологічними і мають відмінні властивості з водопоглинання, осушувачі на основі цеоліту також створюють власні проблеми.
«Масштабування— це найбільша проблема з цеолітовими мембранами», - сказали про це в департаменті хімічної інженерії ім. Арті Макферріна. «По-перше, цеоліти дорого синтезуються. Інше питання стосується механічних властивостей цеолітів. Вони неміцні та швидко руйнуються, і їм потрібні справді якісні несучі конструкції, які є досить дорогими, що збільшує загальну вартість системи осушення».
Тому в центрі ім. Арті Макферрін звернулися до економічно вигідного органічного матеріалу - полііміду, який відомий своєю високою жорсткістю, міцністю та стійкістю до нагрівання та до дії хімічних речовин. На молекулярному рівні ці високоефективні полімери складаються з повторюваних кільцеподібних імідних груп, з'єднаних довгими ланцюгами. Сили притягання між окремими імідами надають полімеру характерну міцність і, отже, перевагу над механічно слабкими цеолітами. Але властивості осушення поліімідного матеріалу потребували покращення.
Спочатку дослідники створили плівку, обережно наносячи молекули полііміду на декілька нанометрових матриць з глинозему. Завдяки подальшій обробці у висококонцентрованому розчині гідроксиду натрію імідні молекулярні групи частково розбиваються і стають гідрофільними. При перегляді під потужним мікроскопом дослідники виявили, що реакції лужного гідролізу призводять до утворення привабливих для води каналів для просочування (перколяції) або мікроканальців всередині поліімідного матеріалу. Нова поліімідна мембрана є дуже проникною для молекул води і здатна активно витягати надлишок вологи з повітря, затримуючи їх у перколяційних каналах. Дослідники зазначили, що ці мембрани можуть працювати безперервно без необхідності регенерації, оскільки захоплені молекули води видаляються за допомогою вакуумного насоса, встановленого в стандартному осушувачі.
Кількість гідрофільних імідів є технологічно контрольованою, також можна знайти оптимальне співвідношення між міцністю та загальною гідрофільністю матеріалу.
Підсумовуючи, виявилося, що обробка цеолітів поліімідами дає перспективу створення нового робочого тіла осушувачів, що будуть значно енергоефективнішими та дешевшими, аніж існуючі системи.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 2 041 / 2021-08-02 22:53:09
