Morda ste ga opazili v kuhinjski posodi ali starih vodovodnih ceveh: trda voda, bogata z minerali, bo sčasoma pustila luskaste usedline. Ne pojavlja se le v ceveh in kuhinjskih pripomočkih doma, temveč tudi v ceveh in ventilih, ki prenašajo nafto in zemeljski plin, ter ceveh, ki prenašajo hladilno vodo v elektrarnah. Dobro je znano, da lahko obseg povzroči neučinkovitost, izpade in težave pri vzdrževanju. V naftni in plinski industriji obseg včasih vodi do popolnega zaprtja delujočih vrtin, vsaj začasno. Zato lahko rešitev te težave prinese velike koristi. Zdaj je skupina raziskovalcev MIT prišla do možne rešitve za to ogromno, a malo znano težavo. Ugotovili so, da lahko nova površinska obdelava – vključno z nanoteksturiranjem površine in nato nanosom mazalne tekočine – zmanjša stopnjo nastajanja vodnega kamna za vsaj desetkrat. Ta teden so bili rezultati raziskave objavljeni v Journal of Advanced Materials Interface. Članek so napisali podiplomski študent Srinivas Subramanyam, podoktorska sodelavka Gisele Azimi in Kripa Varanasi, izredni profesor uporabe morja na oddelku za strojništvo na MIT. "[Razmerje] lahko vidite skoraj povsod," je dejal Varanasi. Doma so te usedline večinoma moteče, v industriji pa lahko vodijo do "zmanjšanja produktivnosti, način [njih] odstranjevanja pa je lahko škodljiv za okolje", običajno vključuje uporabo močnih kemikalij. V elektrarnah in obratih za razsoljevanje lahko vodni kamen povzroči znatne izgube učinkovitosti, ker deluje kot toplotna pregrada in vpliva na hlajenje ali kondenzacijo v izmenjevalniku toplote. Težava nastane, ker voda običajno vsebuje veliko raztopljenih soli in mineralov. Sposobnost vode, da raztopi te snovi, je odvisna od topnosti, zato lahko, če se voda ohladi ali izhlapi, postane raztopina prenasičena: vsebuje več raztopljenih snovi, kot jih lahko zadrži, zato se nekatere snovi začnejo obarjati. Ko se topel in vlažen zrak nenadoma ohladi, ko naleti na hladnejšo površino, povzroči rosenje na hladnem steklu, kar je enako. V večini primerov inženirji to težavo rešijo s pretiranim načrtovanjem sistema, je dejal Varanasi: Uporabite veliko večjo cev, kot je potrebna, na primer pričakuje se, da bo umazanija povzročila delno blokado ali večjo površino, v tem primeru toplotni izmenjevalec Spodaj. Subramanyam poudarja, da ta problem ni nov: "Starodavni kuhinjski pripomočki imajo takšno kopičenje," je dejal. "Nimamo še dobre rešitve." Čeprav je treba še dokazati v industrijskem obsegu, lahko nova metoda, ki jo je razvila ekipa MIT, pomembno vpliva na hitrost nastajanja vodnega kamna in ga v mnogih primerih lahko popolnoma prepreči. Njihova metoda zveni preprosto: učinkovito nanoteksturiranje površine in polnjenje nastale teksture z mazivom. Tekstura je v glavnem odvisna od velikosti nastalih izboklin in utorov; zdi se, da natančna oblika ni pomembna. Zato je za ustvarjanje te teksture mogoče uporabiti različne tehnike, vključno z nanosom teksturiranega premaza na površino ali kemičnim jedkanjem na mestu. Raziskovalci so opisali tudi postopek za izbiro primernega maziva, ki ne le poveča energijsko pregrado, ki jo tvori vodni kamen, ampak se razširi tudi na teksturirane trdne snovi, zaradi česar je površina "gladka" in zmanjša nukleacijo, ki se lahko uporabi za nastanek vodnega kamna. Spletno mesto. Prejšnji poskusi preprečitve ali zmanjšanja nastajanja vodnega kamna običajno vključujejo dodajanje prevleke (kot je teflon) na površino, da preprečijo, da bi se minerali nanjo vezali. Varanasi je pojasnil, da je težava pri tej metodi v tem, da se ti premazi obrabijo, tako kot se premazi na ponvah proti prijemanju pogosto razgradijo z uporabo. Rekel je, da tudi če je v prevleki majhna luknjica, je to prostor, kjer se začne nastajati vodni kamen. Z uporabo nove metode, ko se na površini oblikuje nanotekstura, se na površino nanese olje ali druga mazalna tekočina. Varanasi je dejal, da drobni utori v nano merilu zajamejo to tekočino in jo s kapilarnim delovanjem trdno držijo na mestu. Za razliko od trdnih premazov proti prijemanju lahko tekočina teče, da zapolni morebitne vrzeli, se razporedi po teksturi površine in če se nekaj spere, jo je mogoče nenehno dopolnjevati. "Tudi če pride do mehanske poškodbe, se lahko mazivo vrne na to površino," je dejal Subramanyam. "Dolgo lahko ohrani svojo gladkost." Ker je ta mazalna plast zelo tanka – debela le nekaj sto nanometrov – potrebuje le majhno količino maziva za zaščito površine desetletja. Varanasi je dejal, da lahko rezervoar, zgrajen v delu cevovoda, zagotavlja mazanje skozi celotno življenjsko dobo opreme. V primeru naftovodov "mazivo že obstaja", olje, ki ga zajame površinska tekstura, lahko zaščiti površino cevovoda. Jurgen Rühe, vodja Laboratorija za kemijo in fiziko vmesnikov na Univerzi v Freiburgu, ni bil vključen v študijo, saj je dejal, da predstavlja "zelo pomembna odkritja in pomemben znanstveni napredek." Metodo ekipe za zmanjševanje nastajanja vodnega kamna je označil za "novo in ustvarjalno" in dejal, da "ima lahko potencialni vpliv na vsa področja, kjer se voda segreva in nastaja para." Raziskovalci so povedali, da je sistem lahko po nadaljnjih laboratorijskih testiranjih za določitev najboljšega za določeno uporabo. Po metodah maziva in teksturiranja pripravljen za komercialno uporabo v samo treh letih. To delo je podprla MIT Energy Initiative.
Čas objave: 8. december 2021
