Un material organic pentru tehnologiile HVAC eficient în generația viitoare

Dezumidificatoarele cu membrane expandate din polimidă (disc alb) vor fi eficiente din punct de vedere energetic, cu o amprentă de carbon mai mică. Credit: Dharmesh Patel / Texas A&M Engineering

Cercetătorii din Texas A&M au crescut eficiența deshidratării unui polimer care ar putea contribui la dezvoltarea unor sisteme energetice mai eficiente cu amprentă de carbon mai mică.

În după-amiezile sumbre de vară, sistemele de încălzire, ventilație și aer condiționat (HVAC) oferă o ușurare atât de necesară de căldură și umiditate extreme. Aceste sisteme, care vin adesea cu dezumidificatoare, nu sunt în prezent eficiente din punct de vedere energetic, bâzâind aproximativ 76% din electricitate în clădirile comerciale și rezidențiale.

Într-un nou studiu, cercetătorii de la Universitatea A&M din Texas au descris un material organic, numit polimidă, care folosește mai puțină energie pentru a usca aerul. Mai mult, cercetătorii au spus că dezumidificatoarele pe bază de polimide ar putea scădea prețul sistemelor HVAC, care în prezent costă mii de dolari.

“În acest studiu, am luat un polimer existent și destul de puternic și apoi am îmbunătățit eficiența sa de deshidratare”, a declarat Hae-Kwon Jeong, profesor McFerrin în cadrul Departamentului de Inginerie Chimică al lui Artie McFerrin. „Aceste membrane pe bază de polimeri, credem noi, vor contribui la dezvoltarea următoarei generații de tehnologii HVAC și dezumidificatoare care nu numai că sunt mai eficiente decât sistemele actuale, dar au și o amprentă de carbon mai mică”.

Rezultatele studiului sunt descrise în Journal of Membrane Science.

Dezumidificatoarele elimină umezeala din aer la un nivel confortabil de uscăciune, îmbunătățind astfel calitatea aerului și eliminând acarienii de praf, printre alte funcții utile. Majoritatea dezumidificatoarelor disponibile utilizează agenți frigorifici. Aceste substanțe chimice se dezumidifică prin răcirea aerului și reducerea capacității acestuia de a reține apa. Cu toate acestea, în ciuda popularității lor, răcitoarele sunt o sursă de gaze cu efect de seră, un vinovat major pentru încălzirea globală.

Ca material alternativ pentru deshidratare, materialele naturale cunoscute sub numele de zeoliți au fost considerate pe scară largă pentru acțiunea lor de uscare. Spre deosebire de răcitoare, zeoliții sunt deshidratanți care pot absorbi umezeala în interiorul porilor lor de absorbție a apei sau hidrofili. Deși aceste materiale anorganice sunt verzi și au proprietăți dezumidificatoare excelente, dezumidificatoarele pe bază de zeolit ​​prezintă provocările lor.

“Scalarea este o mare problemă cu membranele zeolitice”, a spus Jeong. „În primul rând, zeoliții sunt scumpi de sintetizat. O altă problemă vine de la proprietățile mecanice ale zeoliților. Sunt slabi și au nevoie de structuri de sprijin foarte bune, care sunt destul de scumpe, crescând costul general. “

Jeong și echipa sa s-au orientat către un material organic rentabil numit polimide, cunoscut pentru duritatea și toleranța ridicată la căldură și substanțe chimice. La nivel molecular, unitatea de bază a acestor polimeri de înaltă performanță sunt grupuri imidice repetitive, în formă de inel, legate între ele în lanțuri lungi. Jeong a spus că forțele de atracție dintre imide conferă polimerului rezistența sa caracteristică și, astfel, un avantaj față de zeoliții slabi mecanic. Dar proprietățile de deshidratare ale materialului poliimidic au necesitat îmbunătățiri.

Cercetătorii au creat mai întâi un film prin aplicarea cu atenție a moleculelor de polimidă pe mai multe platforme de aluminiu cu lățimi nanometrice. Mai mult, au plasat acest film într-o soluție foarte concentrată de hidroxid de sodiu, provocând un proces chimic numit hidroliză. Reacția a făcut ca grupările moleculare imide să se descompună și să devină hidrofile. Atunci când sunt priviți la un microscop de mare putere, cercetătorii au descoperit că reacțiile de hidroliză duc la formarea canalelor de admisie a apei sau a autostrăzilor din materialul polimidic.

Când echipa Jeong și-a testat materialul extins pentru deshidratare, au descoperit că membrana lor de poliimidă era foarte permeabilă la moleculele de apă. Cu alte cuvinte, membrana a fost capabilă să extragă excesul de umiditate din aer prin blocarea acestora în canalele de penetrare. Cercetătorii au menționat că aceste membrane pot fi acționate continuu fără a fi nevoie de regenerare, deoarece moleculele de apă prinse sunt îndepărtate la rândul lor de o pompă de vid instalată în interiorul unui dezumidificator standard.

Jeong a spus că echipa sa și-a proiectat cu atenție experimentele pentru hidroliza parțială în care un număr controlat de grupuri imide devin hidrofile.

„Puterea polimerilor provine din forțele lor intermoleculare dintre lanțurile lor”, a spus Jeong. „Dacă se hidrolizează prea multă imidă, atunci rămânem cu material sărac. Pe de altă parte, dacă hidroliza este prea mică, materialul nu va fi eficient în dezumidificare. “

Deși membranele polimidice au demonstrat o mare promisiune în ceea ce privește utilizarea lor potențială la uscare, Jeong a spus că performanța lor rămâne în continuare în urma membranelor zeolitice.

“Aceasta este o nouă abordare pentru îmbunătățirea proprietății unui polimer pentru deshidratare și trebuie făcute mult mai multe optimizări pentru a crește în continuare performanța acestei membrane”, a spus Jeong. „Dar un alt factor cheie pentru aplicațiile inginerești este că trebuie să fie ieftin, mai ales dacă doriți ca tehnologia să fie rezonabilă la prețuri accesibile pentru proprietarii de case. Nu suntem încă acolo, dar cu siguranță facem pași în această direcție. ”

Referință: „Creșterea performanței de dezumidificare a aerului a membranelor poliimide prin generarea de poli hidrofil (amik acid) câmpuri care utilizează hidroliza parțială ”de Sunghwan Park și Hae-Kwon Jeong, 28 decembrie 2020, Journal of Membrane Science.
DOI: 10.1016 / j.memsci.2020.119006

Parcul Sunghwan din departamentul de inginerie chimică a contribuit, de asemenea, la acest studiu.

Această cercetare este finanțată de National Science Foundation și Qatar National Research Fund.

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Nanofibrele centrifugale multifuncționale pun un nou efect asupra măștilor COVID-19

Figura (A) Ilustrația schematică a procesului de producție a nanofibrelor polimerului centrifug polimer multispinning. (B) Nanofibrele polimerice sunt rotite de sistem. O...

Arheologii găsesc dovezi din monumentele de câini domestici din Peninsula Arabică Antică

Situat în regiunea tărâmurilor Alula, în nord-vestul Arabiei Saudite, acest cimitir este acum rar construit pe pământ pentru Arabia Neolitică-Calcolitică și este un ajutor...

Pe măsură ce straturile de gheață s-au topit, nivelul mării a crescut până la 18 metri

Se știe că creșterea nivelului mării datorită schimbărilor climatice este o amenințare majoră. Noile cercetări au arătat că evenimentele anterioare de pierdere a...

Oamenii de știință identifică genele umane care luptă împotriva infecției cu SARS-CoV-2

Vedere microscopică a coronavirusului. Credit: Yeti punctat Cercetările indică controlul genelor care stimulează interferonul SARS-CoV-2 Copie Oamenii de știință de la Sanford Burnham Prebis au...

Noua tehnică „Mașina timpului” dezvăluită pentru măsurarea celulei

Celulele dendritice (roșii / verzi co-colorate) într-un folicul limfoid (fragment de peyer) drenează intestinul (albastru). Credit: Wang Cao și Shengbo Zhang, WEHI Utilizând o...

Newsletter

Subscribe to stay updated.