Bazı yağ asidi esterlerinin sentezi, karakterizasyonu ve enerji depolama özelliklerinin belirlenmesi

Abstract

Gizli ısı enerji depolama metodunda faz değişim maddesinin (FDM) seçimi ısıl verimlilik, ekonomik uygunluk ve sistemin kullanım ömrü bakımından önemli bir rol oynar. Bu nedenle, ısıl enerji depolama için yapılan çalışmaların çoğu yeni FDM'lerin geliştirilmesi ve onların ısıl özelliklerinin iyileştirilmesi üzerine odaklanmıştır. Bu bağlamda bu çalışmada, ısıl enerji depolama için yeni FDM'ler olarak bazı yağ asidi esterlerinin sentezi, karakterizasyonu, ısıl özellikleri ve ısıl güvenirlikleri incelenmiştir. Yağ asidi esterleri n-butil alkol, izopropil alkol ve gliserin ile miristik (MA), palmitik (PA) ve stearik asidin (SA) Fischer esterleşme reaksiyonu yoluyla sentezlendi. Esterlerin kimyasal yapıları Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) ve 1H Nükleer Manyetik Rezonans (1H NMR) teknikleri ile doğrulandı. MA, PA, SA ve onların esterlerinin faz değişim (erime ve katılaşma) sıcaklıkları ve erime-katılaşma gizli ısıları diferansiyel taramalı kalorimetri (DSC) kullanılarak belirlendi. DSC analizleriyle sentezlenen esterlerin erime sıcaklıklarının ve gizli ısılarının sırasıyla 23-63 ºC ve 41-185 J/g aralığında olduğu bulundu. Esterlerin ısıl güvenirliğini belirlemek için esterlere ısıl dönüşüm testleri (1000 erime/katılaşma işlemi) uygulandı. 1000 erime/katılaşma işlemi sonrasında esterlerin ısıl özelliklerinde ve kimyasal yapılarında hiçbir değişikliğin olmadığı ve sentezlenen esterlerin ısıl dönüşümler bakımından güvenilir olduğu bulundu. Esterlerin ısıl kararlılıkları termogravimetrik analiz (TGA) metoduyla incelendi ve söz konusu esterlerin yüksek sıcaklıklara kadar kararlı oldukları belirlendi. Ayrıca, esterlere kütlece %5 oranında genişletilmiş grafit ilave edilerek ısıl iletkenlikleri büyük ölçüde arttırıldı. Elde edilen deneysel sonuçlar göz önüne alındığında, yeni katı-sıvı FDM'ler olarak sentezlenen esterler, iyi ısıl özelliklere, ısıl güvenirliğe, ısıl kararlılığa ve ısıl iletkenliklere sahip olmalarından dolayı ümit verici ısıl enerji depolama maddeleri olarak düşünülebilir.

The selection of the phase change material (PCM) in the latent heat thermal energy storage method plays an important role from the points of view of thermal efficiency, economic feasibility and utility life of the system. So, many studies have focused on the development of new PCMs and improvement of their thermal properties for thermal energy storage. In this regard, in this study the synthesis, characterization, thermal properties and thermal reliability of some fatty acid esters as novel PCMs for thermal energy storage were investigated. The esters were synthesized by means of the Fischer esterification reaction of the myristic, palmitic and stearic acids with n-butyl alcohol, isopropyl alcohol and glycerol. The chemical structures of esters were proven by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and 1H Nuclear Magnetic Resonance (1H NMR) techniques. The phase change (melting and freezing) temperatures and latent heats of melting and freezing of the MA, PA, SA and their esters were determined using a differential scanning calorimeter (DSC). The melting temperatures and latent heats of the synthesized esters were found in the range of 23-63 ºC and 41-185 J/g, by DSC method. In order to determine the thermal reliability of the esters, thermal cycling tests (1000 melting/freezing processes) were carried out. It was found that no changes in thermal properties and chemical structures of the esters occur after 1000 melting/freezing cycles and synthesized esters are reliable according to the thermal cycling test. Thermal stability of the esters was investigated by thermal gravimetric analysis (TGA) method and the esters were found to be stable up to extreme temperatures. The thermal conductivity of the PCMs was also improved significantly by adding 5 wt% EG. By considering obtained experimental results, synthesized esters as novel solid?liquid PCMs can be considered as promising heat storage materials because of their good thermal properties, thermal reliability, thermal stability and thermal conductivities.