Paātrināta iztvaikošana, naftas noplūdes un ūdens atsāļošanas ekonomika

Šeit ir interesanta mīkla. Elektroreoloģiskie šķidrumi ir nevadošas eļļas, kas satur dielektriskas nanodaļiņas, piemēram, titāna oksīdu. Piemērojot šiem šķidrumiem elektrisko lauku, nanodaļiņas tiek savienotas, pārvēršot šķidrumu cietā.

Elektroreoloģiskiem šķidrumiem ir dažādi pielietojumi tādās ierīcēs kā amortizatori, bremzes un mākslīgie gurni, kur inženieri tos izmanto, lai nekavējoties mainītu pretestību kustībām.

Bet šodien Kunquan Lu un viņa draugi Fizikas institūtā Pekinā, Ķīnā, saka, ka viņu laboratorijā, kur viņi vairākus gadus pēta elektroreoloģiskos šķidrumus, notiek kaut kas dīvains.

To elektroreoloģisko šķidrumu pamatā ir silikona eļļa, biezs, viskozs šķidrums, kas ir ļoti izturīgs un stabils.

Bet Lu un co ir pamanījuši kaut ko dīvainu, kad viņi pievieno titāna oksīda nanodaļiņas silikona eļļai — tā pēkšņi sāk iztvaikot. Viņi ir atklājuši, ka tikai dažu dienu laikā ievērojama šķidruma daļa vienkārši pazūd.

Tas ir milzīgs pārsteigums. Tīru silikona eļļu var uzglabāt gadiem vai pat gadu desmitiem bez iztvaikošanas. Grūti iedomāties, kas varētu pamudināt šīs lietas uzpeldēt gaisā.

Lu un citi ir izmeklējuši šo fenomenu. Viņi ir pārbaudījuši dažāda izmēra un materiālu nanodaļiņas, suspensijas blīvumu un pat divas dažādas titāna oksīda minerālu formas.

Ir viegli iedomāties, ka nanodaļiņas, kas peld uz šķidruma virsmas, palielina virsmas laukumu un ka tieši tas ļauj palielināt iztvaikošanas ātrumu.

Lu un kolēģi saka, ka tas nav tas, kas notiek viņu laboratorijā. Viņi sniedz divus iemeslus. Pirmkārt, tīras silikona eļļas iztvaikošanas ātrums ir tik zems, lai sāktu ar to, ka pat tad, ja nanodaļiņas dubultoja virsmas laukumu, tas nevarētu izskaidrot to dramatisko iztvaikošanu, ko tās mēra.

Otrkārt, ja iemesls būtu virsmas laukuma palielināšanās, vajadzētu būt iespējai palielināt iztvaikošanas ātrumu, izmantojot mazākas nanodaļiņas.

Bet tas nenotiek. Faktiski šķiet, ka ir optimālais daļiņu izmērs, zem kura iztvaikošanas ātrums palēninās.

Mērījumi ir sagādājuši vēl vienu pārsteigumu. Lu un co pārbaudīja iztvaikošanas ātrumu ar divu veidu titāna oksīda nanodaļiņām, ko sauc par anatāzi un rutila, kurām ir atšķirīga kristāliskā struktūra. Un izrādās, ka tas visvairāk ietekmē iztvaikošanas ātrumu.

Saprast, kāpēc, ir izaicinājums. Anatāzes titāna oksīds veido kristālus ar skaidri noteiktām malām, tāpēc nanodaļiņas nav sfēriskas. Lu un co spekulē, ka eļļas molekulas uz kristāla virsmas, kas tuvojas šīm malām, ir mazāk saistītas nekā citas molekulas.

Līdz ar to šīs molekulas vieglāk peld prom (skatīt attēlu augstāk). Viņi izvirza hipotēzi, ka tieši šis process paātrina iztvaikošanu, taču viņi saka, ka ir nepieciešams vairāk darba, lai precīzi raksturotu notiekošo.

Tas ir ļoti nozīmīgs atklājums. Spējai paātrināt naftas iztvaikošanu var būt nozīmīgas sekas visās jomās, piemēram, kā inženieri attīra eļļas noplūdes un cita veida piesārņojumu.

Tad pastāv iespēja šo procesu atkārtot ūdenī. Pastiprināta iztvaikošana varētu krasi mainīt atsāļošanas ekonomiku, ienesot lētu tīru ūdeni apgabalos, kuros iepriekš nebija. Paaugstināts iztvaikošanas ātrums nodrošinās efektīvu un ekonomisku piesārņotā ūdens attīrīšanu vai jūras ūdens atsāļošanu, saka Lu un citi.

Tomēr, ja Lu un co. mehānisms ir pareizs, ūdeni būs grūtāk iekarot nekā naftu. Tā kā tas ir mazāk viskozs, titāna oksīda nanodaļiņām ir tendence no šķidruma izgulsnēties. Tas apgrūtinātu Lu un co aprakstītā mehānisma iedarbināšanu.

Tomēr nav iespējams, ka ķīmiķi atradīs kādu noderīgu triku, lai to novērstu, iespējams, ar citiem kristāliem vai viena vai cita veida pārklājumiem.

Noteikti ir tas, ka Lu un kolēģu darbs radīs ievērojamu interesi. Ūdens attīrīšanas un eļļas attīrīšanas ekonomija ir ļoti svarīga.

Atsauce: arxiv.org/abs/1210.6101 : Nanodaļiņu uzlabota šķidrumu iztvaikošana: Silikona eļļas un ūdens gadījuma izpēte

paslēpties