नया सतह उपचार लाइमस्केल निर्माण को रोकता है | एमआईटी समाचार

आपने इसे रसोई के बर्तनों या पुराने पानी के पाइपों में देखा होगा: कठोर, खनिज युक्त पानी समय के साथ परतदार जमाव छोड़ देगा। यह न केवल घर में पाइपों और खाना पकाने के बर्तनों में होता है, बल्कि तेल और प्राकृतिक गैस का परिवहन करने वाले पाइपों और वाल्वों और बिजली संयंत्रों में ठंडा पानी पहुंचाने वाले पाइपों में भी होता है। यह सर्वविदित है कि स्केल अक्षमता, डाउनटाइम और रखरखाव समस्याओं का कारण बन सकता है। तेल और गैस उद्योग में, पैमाने के कारण कभी-कभी परिचालन कुएँ पूरी तरह से बंद हो जाते हैं, कम से कम अस्थायी रूप से। इसलिए, इस समस्या को हल करने से बहुत बड़ा लाभ मिल सकता है। अब, एमआईटी शोधकर्ताओं की एक टीम इस बड़ी लेकिन अल्पज्ञात समस्या का संभावित समाधान लेकर आई है। उन्होंने पाया कि एक नया सतह उपचार - जिसमें सतह की नैनो-टेक्सचरिंग और फिर चिकनाई वाला तरल पदार्थ लगाना शामिल है - स्केल गठन की दर को कम से कम दस गुना कम कर सकता है। इस सप्ताह, शोध के नतीजे जर्नल ऑफ़ एडवांस्ड मैटेरियल्स इंटरफ़ेस में प्रकाशित हुए। यह पेपर स्नातक छात्र श्रीनिवास सुब्रमण्यम, पोस्टडॉक्टोरल फेलो गिसेले अज़ीमी और एमआईटी में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग में समुद्री उपयोग के एसोसिएट प्रोफेसर कृपा वाराणसी द्वारा लिखा गया था। वाराणसी ने कहा, "आप [स्केल] लगभग कहीं भी देख सकते हैं।" घर में, ये जमाव ज्यादातर परेशान करने वाले होते हैं, लेकिन उद्योग में, ये "उत्पादकता में कमी" का कारण बन सकते हैं, और [इन्हें] हटाने का तरीका पर्यावरण के लिए हानिकारक हो सकता है", जिसमें आमतौर पर कठोर रसायनों का उपयोग शामिल होता है। बिजली संयंत्रों और अलवणीकरण संयंत्रों में, स्केल महत्वपूर्ण दक्षता हानि का कारण बन सकता है क्योंकि यह थर्मल बाधा के रूप में कार्य करता है और हीट एक्सचेंजर में शीतलन या संक्षेपण को प्रभावित करता है। समस्या इसलिए उत्पन्न होती है क्योंकि पानी में आमतौर पर बहुत अधिक मात्रा में घुले हुए लवण और खनिज होते हैं। इन पदार्थों को घोलने की पानी की क्षमता घुलनशीलता पर निर्भर करती है, इसलिए यदि पानी ठंडा हो जाता है या वाष्पित हो जाता है, तो घोल अतिसंतृप्त हो सकता है: इसमें क्षमता से अधिक घुले हुए पदार्थ होते हैं, इसलिए कुछ पदार्थ बाहर निकलने लगते हैं। जब ठंडी सतह का सामना करने पर गर्म और आर्द्र हवा अचानक ठंडी हो जाती है, तो इससे ठंडे कांच पर फॉगिंग हो जाएगी, जो कि एक ही सिद्धांत है। ज्यादातर मामलों में, इंजीनियर सिस्टम को ओवर-डिज़ाइन करके इस समस्या का समाधान करते हैं, वाराणसी ने कहा: आवश्यकता से बहुत बड़े पाइप का उपयोग करें, उदाहरण के लिए, यह उम्मीद की जाती है कि गंदगी के कारण आंशिक रुकावट होगी, या एक बड़ा सतह क्षेत्र होगा, इस मामले में हीट एक्सचेंजर अंतर्गत। सुब्रमण्यम बताते हैं कि यह समस्या नई नहीं है: "प्राचीन खाना पकाने के बर्तनों में इस तरह का संचय होता है," उन्होंने कहा। "हमारे पास अभी तक कोई अच्छा समाधान नहीं है।" हालाँकि इसे अभी भी औद्योगिक पैमाने पर सिद्ध किया जाना बाकी है, एमआईटी टीम द्वारा विकसित नई विधि पैमाने के निर्माण की गति पर महत्वपूर्ण प्रभाव डाल सकती है, और कई मामलों में इसे पूरी तरह से रोक सकती है। उनकी विधि सरल लगती है: सतह को प्रभावी ढंग से नैनोटेक्सचर करना और परिणामी बनावट को स्नेहक से भरना। बनावट मुख्य रूप से उत्पन्न उभारों और खांचों के आकार पर निर्भर करती है; सटीक आकार कोई मायने नहीं रखता। इसलिए, इस बनावट को बनाने के लिए कई प्रकार की तकनीकों का उपयोग किया जा सकता है - जिसमें सतह पर बनावट वाली कोटिंग लगाना या रासायनिक रूप से इसे जगह पर खोदना शामिल है। शोधकर्ताओं ने एक उपयुक्त स्नेहक के चयन की प्रक्रिया का भी वर्णन किया है जो न केवल स्केल द्वारा गठित ऊर्जा अवरोध को बढ़ाता है, बल्कि बनावट वाले ठोस पदार्थों में भी फैलता है, जिससे सतह "चिकनी" हो जाती है और न्यूक्लियेशन को कम किया जा सकता है जिसका उपयोग स्केल निर्माण के लिए किया जा सकता है। साइट। स्केल गठन को रोकने या कम करने के पिछले प्रयासों में आमतौर पर खनिजों को इससे जुड़ने से रोकने के लिए सतह पर एक कोटिंग (जैसे टेफ्लॉन) जोड़ना शामिल होता है। वाराणसी ने बताया कि इस विधि के साथ समस्या यह है कि ये कोटिंग्स खराब हो जाती हैं, जैसे नॉन-स्टिक फ्राइंग पैन पर कोटिंग्स अक्सर उपयोग के साथ खराब हो जाती हैं। उन्होंने कहा कि भले ही कोटिंग में एक छोटा सा छेद हो, यह स्केल बनने के लिए जगह प्रदान करता है। नई विधि का उपयोग करते हुए, एक बार सतह पर नैनो-बनावट बन जाने के बाद, सतह पर तेल या अन्य चिकनाई वाला तरल पदार्थ लगाया जाता है। वाराणसी ने कहा कि छोटे नैनो-स्केल खांचे इस तरल को पकड़ते हैं और केशिका क्रिया के माध्यम से इसे मजबूती से पकड़ते हैं। ठोस नॉन-स्टिक कोटिंग्स के विपरीत, तरल किसी भी अंतराल को भरने के लिए प्रवाहित हो सकता है, सतह की बनावट पर फैल सकता है, और यदि कुछ बह जाता है, तो इसे लगातार दोहराया जा सकता है। सुब्रमण्यम ने कहा, "भले ही यांत्रिक क्षति हो, स्नेहक उस सतह पर वापस आ सकता है।" "यह लंबे समय तक अपनी चिकनाई बनाए रख सकता है।" क्योंकि यह चिकनाई परत बहुत पतली है - केवल कुछ सौ नैनोमीटर मोटी - इसे दशकों तक सतह की रक्षा के लिए केवल थोड़ी मात्रा में स्नेहक की आवश्यकता होती है। वाराणसी ने कहा कि पाइपलाइन के एक हिस्से में बना जलाशय उपकरण के पूरे जीवनकाल में स्नेहन प्रदान कर सकता है। तेल पाइपलाइनों के मामले में, "स्नेहक पहले से मौजूद है", सतह की बनावट द्वारा पकड़ा गया तेल पाइपलाइन की सतह की रक्षा कर सकता है। फ़्रीबर्ग विश्वविद्यालय में इंटरफ़ेस रसायन विज्ञान और भौतिकी प्रयोगशाला के प्रमुख जुर्गन रूहे अध्ययन में शामिल नहीं थे, उन्होंने कहा कि यह "बहुत महत्वपूर्ण खोजों और महत्वपूर्ण वैज्ञानिक प्रगति" का प्रतिनिधित्व करता है। उन्होंने पैमाने के गठन को कम करने की टीम की पद्धति को "नया और रचनात्मक" कहा और कहा "इसका उन सभी क्षेत्रों पर संभावित प्रभाव पड़ सकता है जहां पानी गर्म होता है और भाप उत्पन्न होती है।" शोधकर्ताओं ने कहा कि किसी विशेष अनुप्रयोग के लिए सर्वोत्तम स्नेहक और बनावट विधियों का निर्धारण करने के लिए आगे प्रयोगशाला परीक्षण के बाद, सिस्टम केवल तीन वर्षों में व्यावसायिक अनुप्रयोग के लिए तैयार हो सकता है। इस कार्य को एमआईटी एनर्जी इनिशिएटिव द्वारा समर्थित किया गया था।