Olet ehkä nähnyt sen keittiövälineissä tai vanhoissa vesiputkissa: kova, mineraalirikas vesi jättää ajan myötä hilseileviä kerrostumia. Sitä ei esiinny vain kodin putkissa ja ruoanlaittovälineissä, vaan myös öljyä ja maakaasua kuljettavissa putkissa ja venttiileissä sekä putkissa, jotka kuljettavat jäähdytysvettä voimalaitoksissa. On tunnettua, että skaala voi aiheuttaa tehottomuutta, seisokkeja ja huoltoongelmia. Öljy- ja kaasuteollisuudessa mittakaava johtaa joskus toimivien kaivojen täydelliseen sulkemiseen ainakin väliaikaisesti. Siksi tämän ongelman ratkaiseminen voi tuoda valtavia palkintoja. Nyt MIT-tutkijoiden ryhmä on keksinyt mahdollisen ratkaisun tähän valtavaan mutta vähän tunnettuun ongelmaan. He havaitsivat, että uusi pintakäsittely – mukaan lukien pinnan nanoteksturointi ja sitten voitelunesteen levittäminen – voi vähentää kalkkikiven muodostumista vähintään kymmenen kertaa. Tällä viikolla tutkimuksen tulokset julkaistiin Journal of Advanced Materials Interface -lehdessä. Paperin ovat kirjoittaneet jatko-opiskelija Srinivas Subramanyam, tohtorintutkija Gisele Azimi ja Kripa Varanasi, MIT:n konetekniikan laitoksen merenkäytön apulaisprofessori. "Näet [mittakaavan] melkein missä tahansa", Varanasi sanoi. Kotona nämä kerrostumat ovat enimmäkseen ärsyttäviä, mutta teollisuudessa ne voivat johtaa "tuottavuuden laskuun, ja [niiden] poistomenetelmä voi olla haitallinen ympäristölle", yleensä kovien kemikaalien käyttö. Voimalaitoksissa ja suolanpoistolaitoksissa kalkki voi aiheuttaa merkittäviä hyötysuhdehäviöitä, koska se toimii lämpöesteenä ja vaikuttaa jäähdytykseen tai kondensaatioon lämmönvaihtimessa. Ongelma syntyy, koska vesi sisältää yleensä paljon liuenneita suoloja ja kivennäisaineita. Veden kyky liuottaa näitä aineita riippuu liukoisuudesta, joten jos vesi jäähtyy tai haihtuu, liuos voi ylikyllästyä: se sisältää enemmän liuenneita aineita kuin mihin mahtuu, joten jotkut aineet alkavat saostua. Kun lämmin ja kostea ilma äkillisesti jäähtyy kohtaaessaan kylmemmän pinnan, se aiheuttaa huurtumista kylmään lasiin, mikä on sama periaate. Useimmissa tapauksissa insinöörit ratkaisevat tämän ongelman suunnittelemalla järjestelmän yli, Varanasi sanoi: Käytä paljon suurempaa putkea kuin tarvitaan, esimerkiksi on odotettavissa, että likaantuminen aiheuttaa osittaisen tukkeutumisen tai suuremman pinta-alan, tässä tapauksessa lämmönvaihdin. alla. Subramanyam huomauttaa, että tämä ongelma ei ole uusi: "Muinaisissa keittiövälineissä on tällaista kertymistä", hän sanoi. "Meillä ei ole vielä hyvää ratkaisua." Vaikka sitä ei ole vielä todistettu teollisessa mittakaavassa, MIT-tiimin kehittämällä uudella menetelmällä voi olla merkittävä vaikutus mittakaavan muodostumisnopeuteen ja monissa tapauksissa estää sen kokonaan. Niiden menetelmä kuulostaa yksinkertaiselta: pinnan tehokas nanoteksturointi ja tuloksena olevan tekstuurin täyttäminen voiteluaineella. Rakenne riippuu pääasiassa valmistettujen kuoppien ja urien koosta; tarkalla muodolla ei näytä olevan väliä. Siksi tämän tekstuurin luomiseen voidaan käyttää erilaisia tekniikoita, mukaan lukien teksturoidun pinnoitteen levittäminen pinnalle tai kemiallinen syövyttäminen paikalleen. Tutkijat kuvasivat myös prosessia sopivan voiteluaineen valitsemiseksi, joka ei vain lisää kattilakiven muodostamaa energiaestettä, vaan leviää myös teksturoituihin kiintoaineisiin tehden pinnasta "tasaisen" ja vähentäen hilseilyä, jota voidaan käyttää kattilakiven muodostumiseen. Sivusto. Aiemmat yritykset estää tai vähentää kalkkikiven muodostumista sisältävät yleensä pinnoitteen (kuten teflonin) lisäämisen pintaan estämään mineraalien sitoutumista siihen. Varanasi selitti, että tämän menetelmän ongelmana on, että nämä pinnoitteet kuluvat, aivan kuten tarttumattomien paistinpannujen pinnoitteet usein hajoavat käytön myötä. Hän sanoi, että vaikka pinnoitteessa olisi pieni reikä, se tarjoaa paikan hilseen muodostumiselle. Uudella menetelmällä, kun nanorakenne on muodostunut pinnalle, pinnalle levitetään öljyä tai muuta voitelunestettä. Varanasi sanoi, että pienet nanomittakaavaiset urat vangitsevat tämän nesteen ja pitävät sen tiukasti paikallaan kapillaaritoiminnan kautta. Toisin kuin kiinteät tarttumattomat pinnoitteet, neste voi virrata täyttämään mahdolliset raot, levitä pintarakenteeseen, ja jos osa huuhtoutuu pois, sitä voidaan täydentää jatkuvasti. "Vaikka mekaaniset vauriot olisivat, voiteluaine voi palata tälle pinnalle", Subramanyam sanoi. "Se voi säilyttää sileytensä pitkään." Koska tämä voitelukerros on erittäin ohut – vain muutaman sadan nanometrin paksuinen – se vaatii vain pienen määrän voiteluainetta suojaamaan pintaa vuosikymmeniä. Varanasi sanoi, että putkilinjan osaan rakennettu säiliö voi tarjota voitelun koko laitteiston käyttöiän ajan. Öljyputkien tapauksessa "voiteluaine on jo olemassa", pintarakenteen vangitsema öljy voi suojata putkilinjan pintaa. Freiburgin yliopiston rajapintakemian ja fysiikan laboratorion päällikkö Jurgen Rühe ei ollut mukana tutkimuksessa, koska se sanoi, että se edustaa "erittäin tärkeitä löytöjä ja tärkeitä tieteellisiä edistysaskeleita". Hän kutsui ryhmän menetelmää kalkkikiven muodostumisen vähentämiseksi "uudeksi ja luovaksi" ja sanoi, että "sillä voi olla mahdollinen vaikutus kaikkiin alueisiin, joilla vettä lämmitetään ja höyryä syntyy". Tutkijat sanoivat, että lisälaboratoriotestien jälkeen parhaan mahdollisen tietyn sovelluksen määrittämiseksi Voiteluaineen ja teksturointimenetelmien jälkeen järjestelmä voi olla valmis kaupalliseen käyttöön vain kolmessa vuodessa. Tätä työtä tuki MIT Energy Initiative.
Postitusaika: 08.12.2021
