Development of a New Method for Synthesizing HITEC Salt-Based Alumina Nanofluids

Abstract

This study presents a new two-step method to synthesize molten salt-based nanofluids by replacing water with butanol and using an Emax high-energy mill to ensure good stability and homogeneity. Commercial HITEC molten salt was selected as the base fluid, and alumina nanoparticles (nominal size of 5,1 nm) were used as an additive in three different proportions: 0,5, 1,0, and 1,5 wt.%. The specific heat capacity was evaluated through two different methods: differential scanning calorimetry (DSC) and modulated differential scanning calorimetry (MDSC). According to the evaluation by MDSC, an increment of up to 4,27% in the specific heat capacity was achieved with 1,0 wt.% of alumina nanoparticles in comparison with the raw salt, without affecting the melting point and thermal stability of the salt. This behavior may be related to the good distribution of the nanoparticles in the salt. However, no significant improvement in the specific heat capacity of the nanofluid was observed when the standard DSC method was applied. This behavior may be due to the different sensitivities of the two methods to small changes in the sample, with MDSC being the more sensitive technique, as it establishes the contribution of the two phases that make up the nanofluid: the molten salt as the base fluid and the solid nanoparticles. Similarly, the heating rate used in each of the techniques can influence the sensitivity with regard to determining changes in nanofluids.

Alternate abstract:

Este estudio presenta un nuevo método de dos pasos para sintetizar nanofluidos a base de sales fundidas reemplazando el agua por butanol y utilizando un molino de alta energía Emax para garantizar una buena estabilidad y homogeneidad. Se seleccionó la sal fundida comercial HITEC como fluido base y se utilizaron nanopartículas de alúmina (tamaño nominal de 5,1 nm) como aditivo en tres proporciones diferentes: 0,5, 1,0 y 1,5 % en peso. La capacidad calorífica específica se evaluó mediante dos métodos diferentes: calorimetría diferencial de barrido (DSC) y calorimetría diferencial de barrido modulada (MDSC). Según la evaluación por MDSC, se logró un incremento de hasta 4,27 % en la capacidad calorífica específica con 1,0 % en peso de nanopartículas de alúmina en comparación con la sal pura, sin afectar el punto de fusión y estabilidad térmica de la sal. Este comportamiento puede estar relacionado con la buena distribución de las nanopartículas en la sal. Sin embargo, no se observó una mejora significativa en la capacidad calorífica específica del nanofluido cuando se aplicó el método estándar de DSC. Este comportamiento puede deberse a las diferentes sensibilidades de los dos métodos a pequeños cambios en la muestra, siendo MDSC la técnica más sensible, ya que establece el aporte de las dos fases que componen el nanofluido: la sal fundida como fluido base y las nanopartículas sólidas. Del mismo modo, la velocidad de calentamiento utilizada en cada una de las técnicas puede influir en la sensibilidad para determinar cambios en los nanofluidos.