Jy het dit dalk in kombuiskookgerei of ou waterpype gesien: harde, mineraalryke water sal mettertyd skubberige neerslae laat. Dit kom nie net in pype en kookgerei by die huis voor nie, maar ook in pype en kleppe wat olie en aardgas vervoer, en pype wat koelwater in kragsentrales vervoer. Dit is welbekend dat skaal ondoeltreffendheid, stilstand en instandhoudingsprobleme kan veroorsaak. In die olie- en gasbedryf lei skaal soms tot volledige sluiting van bedryfsputte, ten minste tydelik. Daarom kan die oplossing van hierdie probleem groot belonings meebring. Nou het 'n span MIT-navorsers vorendag gekom met 'n potensiële oplossing vir hierdie groot maar min bekende probleem. Hulle het gevind dat 'n nuwe oppervlakbehandeling - insluitend nano-tekstuur van die oppervlak en dan die toepassing van smeervloeistof - die tempo van skaalvorming met minstens tien keer kan verminder. Hierdie week is die resultate van die navorsing in die Journal of Advanced Materials Interface gepubliseer. Die referaat is geskryf deur nagraadse student Srinivas Subramanyam, nadoktorale genoot Gisele Azimi, en Kripa Varanasi, medeprofessor van mariene gebruik in die Departement Meganiese Ingenieurswese by MIT. "Jy kan [skaal] amper oral sien," het Varanasi gesê. In die huis is hierdie neerslae meestal 'n irritasie, maar in die industrie kan dit lei tot "produktiwiteitsvermindering, en die metode om [dit] te verwyder, kan skadelik vir die omgewing wees", wat gewoonlik die gebruik van harde chemikalieë behels. In kragsentrales en ontsoutingsaanlegte kan skaal aansienlike doeltreffendheidsverliese veroorsaak omdat dit as ’n termiese versperring dien en verkoeling of kondensasie in die hitteruiler beïnvloed. Die probleem ontstaan omdat water gewoonlik baie opgeloste soute en minerale bevat. Die vermoë van water om hierdie stowwe op te los hang af van oplosbaarheid, so as die water afkoel of verdamp, kan die oplossing oorversadig word: dit bevat meer opgeloste stowwe as wat dit kan hou, so sommige stowwe begin uitsak. Wanneer die warm en vogtige lug skielik afkoel wanneer dit 'n kouer oppervlak teëkom, sal dit misvorming op die koue glas veroorsaak, wat dieselfde beginsel is. In die meeste gevalle los ingenieurs hierdie probleem op deur die stelsel te oorontwerp, het Varanasi gesê: Gebruik 'n baie groter pyp as wat nodig is, byvoorbeeld, daar word verwag dat vervuiling gedeeltelike blokkasie sal veroorsaak, of 'n groter oppervlakte, in hierdie geval hitteruiler onder. Subramanyam wys daarop dat hierdie probleem nie nuut is nie: "Antieke kookgerei het hierdie soort ophoping," het hy gesê. “Ons het nog nie ’n goeie oplossing nie.” Alhoewel dit nog op 'n industriële skaal bewys moet word, kan die nuwe metode wat deur die MIT-span ontwikkel is, 'n beduidende impak hê op die spoed van skaalvorming, en in baie gevalle kan dit dit heeltemal voorkom. Hul metode klink eenvoudig: nanotekstuur die oppervlak effektief en vul die gevolglike tekstuur met 'n smeermiddel. Die tekstuur hang hoofsaaklik af van die grootte van die stampe en groewe wat geproduseer word; die presiese vorm maak blykbaar nie saak nie. Daarom kan 'n verskeidenheid tegnieke gebruik word om hierdie tekstuur te skep, insluitend die toepassing van 'n tekstuurbedekking op die oppervlak of dit chemies in plek te ets. Die navorsers het ook 'n proses beskryf om 'n geskikte smeermiddel te kies wat nie net die energieversperring wat deur skaal gevorm word, verhoog nie, maar ook versprei na getekstureerde vaste stowwe, wat die oppervlak "glad" maak en kernvorming verminder wat vir skaalvorming gebruik kan word. Werf. Vorige pogings om skaalvorming te voorkom of te verminder, behels gewoonlik die byvoeging van 'n deklaag (soos Teflon) op die oppervlak om te verhoed dat minerale daaraan bind. Varanasi het verduidelik dat die probleem met hierdie metode is dat hierdie bedekkings verslyt, net soos die bedekkings op kleefvrye braaipanne dikwels afbreek met gebruik. Hy het gesê selfs al is daar 'n klein gaatjie in die deklaag, bied dit 'n plek vir skaal om te begin vorm. Met die nuwe metode, sodra die nano-tekstuur op die oppervlak gevorm is, word olie of ander smeervloeistof op die oppervlak toegedien. Varanasi het gesê dat klein groewe op nanoskaal hierdie vloeistof vasvang en dit stewig in plek hou deur kapillêre werking. Anders as soliede kleefwerende bedekkings, kan vloeistof vloei om enige gapings te vul, op die oppervlaktekstuur versprei, en as sommige weggespoel word, kan dit voortdurend aangevul word. "Selfs as daar meganiese skade is, kan die smeermiddel na daardie oppervlak terugkeer," het Subramanyam gesê. "Dit kan sy gladheid vir 'n lang tyd behou." Omdat hierdie smeerlaag baie dun is—net 'n paar honderd nanometer dik—benodig dit net 'n klein hoeveelheid smeermiddel om 'n oppervlak vir dekades te beskerm. Varanasi het gesê dat 'n reservoir wat in 'n gedeelte van die pyplyn gebou is, smeer kan verskaf deur die hele leeftyd van die toerusting. In die geval van oliepypleidings, "smeermiddel bestaan reeds", kan die olie wat deur die oppervlaktekstuur vasgevang word die oppervlak van die pypleiding beskerm. Jurgen Rühe, hoof van die Laboratorium vir Interface Chemie en Fisika aan die Universiteit van Freiburg, was nie betrokke by die studie nie en het gesê dit verteenwoordig "baie belangrike ontdekkings en belangrike wetenskaplike vooruitgang." Hy het die span se metode om skaalvorming te verminder "nuut en kreatief" genoem en gesê "dit kan 'n potensiële impak hê op alle gebiede waar water verhit word en stoom opgewek word." Die navorsers het gesê dat na verdere laboratoriumtoetse om die beste vir 'n spesifieke toepassing te bepaal. Na die smeermiddel- en tekstuurmetodes kan die stelsel binne net drie jaar gereed wees vir kommersiële toepassing. Hierdie werk is ondersteun deur die MIT Energy Initiative.
Postyd: Des-08-2021
