Можливо, ви бачили його в кухонному посуді або старих водопровідних трубах: жорстка вода, багата мінералами, з часом залишає лускаті відкладення. Це трапляється не лише в трубах і кухонному посуді вдома, але також у трубах і клапанах, що транспортують нафту та природний газ, і трубах, які транспортують охолоджуючу воду на електростанціях. Добре відомо, що масштаб може спричинити неефективність, простої та проблеми з обслуговуванням. У нафтогазовій промисловості масштаб іноді призводить до повного закриття діючих свердловин, принаймні тимчасово. Тому вирішення цієї проблеми може принести величезні винагороди. Тепер команда дослідників Массачусетського технологічного інституту знайшла потенційне рішення цієї величезної, але маловідомої проблеми. Вони виявили, що нова обробка поверхні, включаючи нанотекстурування поверхні та подальше нанесення мастильної рідини, може зменшити швидкість утворення накипу принаймні в десять разів. Цього тижня результати дослідження були опубліковані в Journal of Advanced Materials Interface. Стаття була написана аспірантом Срінівасом Субраманьямом, докторантом Жізель Азімі та Кріпою Варанасі, доцентом морської утилізації на факультеті машинобудування Массачусетського технологічного інституту. «Ви можете побачити [масштаб] майже будь-де», — сказав Варанасі. У побуті ці відкладення здебільшого викликають роздратування, але в промисловості вони можуть призвести до «зменшення продуктивності, а метод [їх] видалення може бути шкідливим для навколишнього середовища», як правило, передбачаючи використання агресивних хімікатів. На електростанціях і опріснювальних установках накип може спричинити значні втрати ефективності, оскільки він діє як тепловий бар’єр і впливає на охолодження або конденсацію в теплообміннику. Проблема виникає через те, що вода зазвичай містить багато розчинених солей і мінералів. Здатність води розчиняти ці речовини залежить від розчинності, тому, якщо вода охолоджується або випаровується, розчин може стати перенасиченим: він містить більше розчинених речовин, ніж може вмістити, тому деякі речовини починають випадати в осад. Коли тепле та вологе повітря раптово охолоджується, коли воно стикається з більш холодною поверхнею, це спричинить запотівання холодного скла, що є тим самим принципом. У більшості випадків інженери вирішують цю проблему шляхом надмірного проектування системи, сказав Варанасі: використовуйте набагато більшу трубу, ніж потрібно, наприклад, очікується, що забруднення спричинить часткове закупорювання або більшу площу поверхні, у цьому випадку теплообмінника під. Субраманьям зазначає, що ця проблема не нова: «Стародавній кухонний посуд має такий тип накопичення», — сказав він. «Ми ще не маємо хорошого рішення». Хоча це ще належить перевірити в промислових масштабах, новий метод, розроблений командою MIT, може мати значний вплив на швидкість утворення накипу, а в багатьох випадках може повністю запобігти цьому. Їхній метод звучить просто: ефективне нанотекстурування поверхні та заповнення отриманої текстури мастилом. Текстура головним чином залежить від розміру нерівностей і канавок, що утворюються; точна форма, здається, не має значення. Таким чином, для створення цієї текстури можна використовувати різноманітні техніки, включаючи нанесення текстурованого покриття на поверхню або хімічне травлення на місці. Дослідники також описали процес вибору відповідного мастила, який не тільки підвищує енергетичний бар’єр, утворений накипом, але також поширюється на текстуровані тверді речовини, роблячи поверхню «гладкою» та зменшуючи зародження, яке можна використовувати для утворення накипу. Сайт. Попередні спроби запобігти або зменшити утворення накипу зазвичай передбачали додавання покриття (наприклад, тефлону) на поверхню, щоб запобігти зв’язуванню мінералів з нею. Варанасі пояснив, що проблема цього методу полягає в тому, що ці покриття зношуються, так само як покриття на антипригарних сковородах часто руйнуються під час використання. Він сказав, що навіть якщо в покритті є невеликий отвір, це забезпечує місце для початку утворення накипу. За допомогою нового методу, як тільки нанотекстура сформована на поверхні, на поверхню наноситься масло або інша мастильна рідина. Варанасі сказав, що крихітні нанорозмірні канавки захоплюють цю рідину та міцно утримують її на місці завдяки капілярній дії. На відміну від твердих антипригарних покриттів, рідина може текти, заповнюючи будь-які прогалини, розподілятися по текстурі поверхні, і якщо частина змивається, її можна постійно поповнювати. «Навіть якщо є механічне пошкодження, мастило може повернутися на цю поверхню», — сказав Субраманьям. «Він може зберігати свою гладкість протягом тривалого часу». Оскільки цей мастильний шар дуже тонкий — лише кілька сотень нанометрів завтовшки — для захисту поверхні протягом десятиліть потрібна лише невелика кількість мастила. Варанасі сказав, що резервуар, побудований на ділянці трубопроводу, може забезпечувати мастило протягом усього терміну служби обладнання. У випадку нафтопроводів «мастило вже існує», нафта, захоплена текстурою поверхні, може захистити поверхню трубопроводу. Юрген Рюе, керівник лабораторії хімії та фізики інтерфейсу Фрайбурзького університету, не брав участі в дослідженні, заявивши, що воно являє собою «дуже важливі відкриття та важливі наукові досягнення». Він назвав метод команди щодо зменшення утворення накипу «новим і креативним» і сказав, що «він може мати потенційний вплив на всі області, де нагрівається вода та виробляється пара». Дослідники сказали, що після подальших лабораторних випробувань, щоб визначити найкраще для конкретного застосування. Після використання мастила та методів текстурування система може бути готова до комерційного застосування лише через три роки. Ця робота була підтримана MIT Energy Initiative.
Час публікації: 08 грудня 2021 р
