下一代节能HVAC技术的有机材料

聚合物膜

具有增强型聚酰亚胺膜(白色圆盘)的除湿剂将以较小的碳足迹为节能。信用:Dharmesh Patel / Texas A&M Engineering

德克萨斯州A&M的研究人员提高了一种聚合物的除湿效率,可以帮助开发具有较小碳足迹的更节能的系统。

在夏季夏季下午,加热,通风和空调(HVAC)系统提供苛刻的热量和湿度的急需浮雕。这些系统通常与除湿剂一起,目前没有节能,在商业和住宅建筑中占电力的76%。

在一项新的研究中,德克萨斯州A&M大学研究人员已经描述了一种称为聚酰亚胺的有机材料,其使用更少的能量来干燥空气。此外,研究人员称,基于聚酰亚胺的除湿机可以降低HVAC系统的价格,目前花费了数千美元。

“在这项研究中,我们采用了一种现有的、相当健壮的聚合物,然后提高了它的除湿效率,”阿蒂麦克费林化学工程学院的麦克费林教授Hae-Kwon Jeong说。“我们认为,这些基于聚合物的薄膜将有助于开发新一代的暖通空调和除湿机技术,这些技术不仅比现有系统更高效,而且碳足迹更小。”

研究结果载于膜科学杂志

除湿机器将空气中的水分除去舒适的干燥水平,从而提高空气质量和消除粉尘螨等有用功能。最常用的除湿剂使用制冷剂。这些化学品通过冷却空气并降低其携带水的能力来除湿。然而,尽管他们受欢迎,但制冷剂是一个温室气体的来源,是全球变暖的主要罪魁祸首。

作为除湿的替代材料,已被称为沸石的天然存在的材料被广泛考虑其干燥作用。与制冷剂不同,沸石是干燥剂,可吸收水吸附或亲水性孔隙内的水分。虽然这些无机材料是绿色的并且具有优异的除湿性能,但基于沸石的除湿剂构成了自己的挑战。

“沸石膜的放大是一个大问题,”Jeong说。“首先,沸石的合成非常昂贵。另一个问题来自沸石的力学性能。它们很弱,需要非常好的支撑结构,而支撑结构非常昂贵,这推高了总体成本。”

仲成和他的团队转向了一种具有良好的有机物,称为聚酰亚胺的有机材料,符合其高刚性和热和化学物质的高刚性和耐受性。在分子水平下,这些高性能聚合物的基本单元重复,环形酰亚胺基在长链中连接在一起。济孔表示,酰亚胺之间的吸引力使聚合物具有其特征强度,因此在机械弱沸石上具有优势。但是聚酰亚胺材料的除湿性能所需的增强。

研究人员首先将聚酰亚胺分子小心翼翼地涂在几个纳米宽的氧化铝平台上,从而创造出一种薄膜。接下来,他们将这种薄膜放入高浓度的氢氧化钠溶液中,触发一种叫做水解的化学过程。该反应使亚胺分子基团断裂,变成亲水的。当在高倍显微镜下观察时,研究人员发现水解反应导致聚酰亚胺材料内部形成吸水的渗透通道或高速公路。

当仲叶的团队测试其增强材料以进行除湿,他们发现它们的聚酰亚胺膜对水分子非常渗透。换句话说,膜能够通过在渗透通道中捕获它们来从空气中提取过量的水分。研究人员注意到,由于捕获的水分子通过安装在标准除湿器内的真空泵从另一侧从另一侧从另一侧从另一侧离开,因此这些膜可以连续运行。

济井表示,他的团队仔细地设计了它们对部分水解的实验,其中受控数量的酰亚胺组成为亲水。

“聚酰亚胺的强度来自于它们链间的分子间作用力,”Jeong说。“如果太多的亚胺被水解,我们就会得到弱物质。另一方面,如果水解度太低,材料就不能有效地除湿。”

虽然聚酰亚胺膜在潜在使用中表现出巨大的希望,但济井表示,他们的性能仍然落后于沸石膜。

“这是一种提高聚合物除湿性能的新方法,为了进一步提高这种膜的性能,还需要做更多的优化,”Jeong说。“但工程应用的另一个关键因素是,它必须便宜,特别是如果你想让这项技术对房主来说是合理的负担得起。”我们还没有达到那个目标,但肯定正在朝那个方向迈进。”

参考:“通过产生亲水的聚酰亚胺(amic),提高聚酰亚胺膜的空气除湿性能。)使用部分水解的结构域“由Sunghwan Park和Hae-Kwon Jeong,2020年12月28日,膜科学杂志
DOI: 10.1016 / j.memsci.2020.119006

化学工程部门的Sunghwan Park也参与了这项研究。

这项研究由国家科学基金会和卡塔尔国家研究基金资助。

是第一个评论在“下一代节能HVAC技术的”一种有机材料“

发表评论

邮箱地址可选。如果提供,您的电子邮件将不会被发布或共享。