Organický materiál pro novou generaci energeticky účinných technologií HVAC

Vylepšené sušiče polyimidových membrán (bílý disk) budou energeticky účinné s menší uhlíkovou stopou. Půjčka: Dharmesh Patel / Texas A&M Engineering

Vědci z Texas A&M zvýšili účinnost dehydratace polymerů, což by mohlo pomoci vyvinout energeticky účinnější systémy s menší uhlíkovou stopou.

V chladných letních dnech systémy vytápění, ventilace a klimatizace HVAC poskytují tolik potřebné teplo a vlhkost. Tyto systémy, které často přicházejí s dehydratačními zařízeními, nejsou v současné době energeticky účinné a spotřebovávají přibližně 76% elektřiny v komerčních a obytných budovách.

V nové studii vědci z Texas A&M University popsali organickou látku zvanou polyimid, která používá méně energie k sušení vzduchu. Vědci navíc tvrdí, že dehydratátory na bázi polyimidů mohou snížit náklady na systémy HVAC, které nyní stojí tisíce dolarů.

„Během této studie jsme vzali existující„ poměrně silný polymer “a poté jsme zlepšili jeho účinnost sušení,“ řekl He-Kwon Je Yong, profesor na Ari McFarrin Chair of Chemical Engineering. „Věříme, že tyto polymerní membrány pomohou vyvinout dehydratační technologie HVAC nové generace, které jsou nejen účinnější než současné systémy, ale mají také nižší uhlíkovou stopu.“

Jsou popsány výsledky studie Journal of Membrane Science,

Odvlhčovače odvádějí vlhkost ze vzduchu na pohodlnou úroveň sucha, čímž mimo jiné zlepšují kvalitu vzduchu a vylučují prach. Nejběžnější dostupné zvlhčovače používají chladiva. Tyto chemikálie jsou dehydratovány, ochlazují vzduch a snižují jeho schopnost přenášet vodu. Navzdory své popularitě je však chladivo zdrojem skleníkových plynů, hlavním viníkem globálního oteplování.

Jako alternativa k dehydrataci byly široce zvažovány přirozeně se vyskytující materiály známé jako zeolity pro jejich sušicí účinek. Na rozdíl od chladiv jsou zeolity sušícími prostředky, které mohou absorbovat vlhkost ve svých hydrofilní póry absorbující vodu. Ačkoli jsou tyto anorganické látky zelené a mají vynikající zvlhčovací vlastnosti, představují dehydratátory na bázi zeolitu své vlastní problémy.

„Rozšíření sc eolitových membrán je velkým problémem,“ řekl ong yong. „Za prvé, syntetizace zeolitů je nákladná. Další problém vyplývá z mechanických vlastností zeolitů. Jsou slabí, potřebují opravdu dobré pomocné konstrukce, které jsou poměrně drahé a zvyšují celkové náklady. “

Jeong և a jeho tým se obrátili k nákladově efektivní organické látce zvané polyimidy, které jsou známé svou vysokou tvrdostí a tepelnou tolerancí vůči chemikáliím. Na molekulární úrovni jsou základní jednotkou těchto vysoce kvalitních polymerů opakující se kruhové imidové skupiny, které jsou spojeny dlouhými řetězci. Jeong uvedl, že atraktivní síly mezi imidy dodávají polymeru charakteristickou pevnost, což mu dává výhodu oproti mechanicky slabým zeolitům. Bylo však třeba zlepšit dehydratační vlastnosti polyimidového materiálu.

Vědci nejprve vytvořili film, který opatrně aplikoval polyimidové molekuly na hliníkové platformy široké několik nanometrů. Poté film ponořili do vysoce koncentrovaného roztoku hydroxidu sodného, ​​aby stimulovali chemický proces zvaný hydrolýza. Reakce měla rozložit molekulární skupiny imidu, aby se staly hydrofilní. Při pohledu pod vysokoenergetický mikroskop vědci zjistili, že hydrolýzní reakce vedly k vytvoření atraktivních vln propustných pro vodu nebo dálnic v polyimidovém materiálu.

Když Jeongův tým testoval jejich vyztužený materiál na dehydrataci, zjistil, že jejich polyimidový film je velmi propustný pro molekuly vody. Jinými slovy, membrána dokázala uvolňovat přebytečnou vlhkost ze vzduchu a zadržovat je v penetračních kanálech. Vědci poznamenávají, že tyto membrány mohou pracovat nepřetržitě bez nutnosti regenerace, protože molekuly ve vodě jsou odstraňovány vakuovou pumpou instalovanou ve standardním dehydratátoru.

Cheong uvedl, že jeho tým pečlivě navrhl jejich experimenty pro částečnou hydrolýzu, když se kontrolovaný počet imidových skupin stal hydrofilním.

„Síla polyimidů pochází z jejich mezimolekulárních sil prostřednictvím jejich řetězů,“ řekl ong yong. „Pokud je hydrolyzováno mnoho imidů, zbývají nám slabé látky. Na druhou stranu, pokud je hydrolýza příliš nízká, materiál nebude účinný při dehydrataci.

Přestože polyimidové povlaky slibují své potenciální použití během sušení, Jeong poznamenal, že jejich výkon stále zaostává za výkonem zeolitových povlaků.

“Jedná se o nový přístup ke zlepšení oxidačních vlastností polymeru. Aby se zlepšila produktivita této membrány, je nutné provést mnohem lepší optimalizaci,” uvedl Je Yong. „Ale dalším důležitým faktorem ve strojírenském softwaru je, že musí být levný, zejména pokud chcete, aby tato technologie byla pro majitele domů rozumně dostupná. Ještě tam nejsme, ale rozhodně podnikáme kroky tímto směrem. “

Odkaz. „Zvýšení účinnosti zvlhčování vzduchu u polyimidových membrán produkcí hydrofilních poly (amických kyselina(Částečné rozsahy hydrolýzy) od Sunghwan Park և Hae-Kwon Jeong, 28. prosince 2020 Journal of Membrane Science,
DOI: 10.1016 / j.memsci.2020.119006:

K této studii přispělo také Sunghwan Park Department of Chemical Engineering.

Tento výzkum je financován z National Science Foundation Science Qatar National Research Foundation.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Mimořádný příklad toho, jak voda a led mohou formovat zemi

29. května 2021 Jedna z největších delt na světě je pozoruhodným příkladem toho, jak voda a led mohou formovat pevninu. Delta Yukon-Kuskokswim je jednou z největších...

Prehistorický typ člověka, který byl dříve vědě neznámý

Statická lebka, dolní čelist a temenní pravopis. Fotografický kredit: Tel Avivská univerzita Dramatický objev během izraelských vykopávek Objev nové homo skupiny v této oblasti, která...

Jak vznikla supermasivní černá díra

Výzkum vedený Kalifornskou univerzitou, Riverside poukázal na semeno černé díry vytvořené zhroucením halo temné hmoty. Supermasivní černé díry neboli SMBH jsou černé díry s hmotností...

MIT dosahuje významného pokroku směrem k plné implementaci kvantového výpočtu

Nastavitelná spojka může zapnout a vypnout interakci qubit-qubit. Nežádoucí, zbytkové (ZZ) interakce mezi dvěma qubity jsou eliminovány použitím vyšších úrovní energie v konektoru....

Rakovina prostaty související s obezitou – skutečné rozdělení tělesného tuku se zdá být důležitým faktorem

Tým INRS zkoumá souvislost mezi tělesnou hmotností a rizikem rakoviny. Rakovina prostaty je nejčastější formou rakoviny u kanadských mužů a třetí nejčastější příčinou úmrtí na...

Newsletter

Subscribe to stay updated.