Zeoliti in shranjevanje toplote

Avtorja:

Vid Kocijan, 3.a , Filip Korpivec, 3.a

Mentorica:

Alenka Mozer

Somentorica:

Alenka Ristić

Ključne besede:

adsorbent, zeolit NaX, adsorpcija vode, shranjevanje toplote

Povzetek:

Ogrevanje je eden izmed večjih stroškov povprečnega gospodinjstva, ki se pojavi predvsem v mrzlih mesecih. Ta strošek lahko zmanjšamo z shranjevanjem odpadne toplote (angl. waste heat) proizvedene v tovarnah in termoelektrarnah ali drugih vrst toplot (sončna energija), s katero lahko ogrevamo domove. Toploto lahko shranjujemo na več načinov najbolj obetavno je shranjevanje z adsorpcijo (vezanje na površino). Nov in zelo obetaven koncept sorpcijskega shranjevanja toplote je razdeljen v dve fazi. V fazi polnjenja material posušimo z dovajanjem toplote in odstranimo sorbat iz por. Material lahko sušimo z uporabo odpadne toplote, ki nastaja v industriji in elektrarnah. Material shranimo ločeno od sorbata. V fazi praznjenja hranilnika dovajamo sorbat, pri čemer se sprošča energija. Obe stopnji sta lahko natančno nadzorovani in omogočata prilagajanje potrebam po energiji. Kot adsorbent lahko uporabimo različne snovi, najbolj učinkoviti so zeoliti. Zeoliti so kristalinični mikroporozni materiali, sestavljeni iz SiO4 in AlO4 tetraedrov. Negativen naboj ogrodja, ki ga ustvarijo AlO4 tetraedri, se nevtralizira s kationi alkalijskih ali zemeljsko-alkalijskih kovin, ki jih lahko izmenjamo.

Cilj naloge je bil poiskati zeolit, ki ga lahko enostavno pripravimo in ima veliko adsorpcijsko kapaciteto vode. Sintetizirali smo zeolit NaX iz cenovno ugodnih reagentov pri različnih časih kristalizacije hidrogela. Pripravili smo ionsko izmenjane zeolite z Mg2+ in Ca2+ kationi ter kompozite, pripravljene z depozicijo raztopin CaCl2 in MgCl2 na zeolit. Ugotovili smo, da ima najvišjo kapaciteto vode vzorec, pripravljen z depozicijo raztopine CaCl2, in sicer 0,318g vode na gram suhega zeolita. S spreminjanjem kemijske sestave zeolita spreminjamo kapaciteto vode in posledično specifično shranjevalno kapaciteto materiala. Najvišjo kapaciteto vode ima pri ionsko izmenjanih materialih material MgNaX-60, najmanjšo pa zeolit NaX. MgNaX zeolita imata največjo specifično shranjevalno kapaciteto za shranjevanje toplotne energije (sončne energije) v temperaturnem območju od 20 do 88 oC.