Przyspieszone parowanie, wycieki ropy i ekonomika odsalania wody

Oto ciekawa zagadka. Płyny elektroreologiczne to nieprzewodzące oleje zawierające posypane nanocząsteczkami dielektrycznymi, takimi jak tlenek tytanu. Przyłożenie pola elektrycznego do tych płynów powoduje zjednoczenie nanocząstek, zamieniając ciecz w ciało stałe.

Płyny elektroreologiczne znajdują szerokie zastosowanie w urządzeniach takich jak amortyzatory, hamulce czy sztuczne biodra, gdzie inżynierowie wykorzystują je do błyskawicznej zmiany oporu ruchu.

Ale dzisiaj Kunquan Lu i jego koledzy z Instytutu Fizyki w Pekinie w Chinach mówią, że w ich laboratorium, w którym od kilku lat badają płyny elektroreologiczne, dzieje się coś dziwnego.

Podstawą ich płynów elektroreologicznych jest olej silikonowy, gęsty, lepki płyn, który jest niezwykle wytrzymały i stabilny.

Ale Lu i spółka zauważyli coś dziwnego, kiedy dodają nanocząsteczki tlenku tytanu do oleju silikonowego – nagle zaczyna on parować. Odkryli, że w ciągu zaledwie kilku dni znaczna część płynu po prostu znika.

To ogromna niespodzianka. Czysty olej silikonowy może być przechowywany przez lata, a nawet dekady bez śladu parowania. Trudno sobie wyobrazić, co mogłoby sprawić, że te rzeczy uniosą się w powietrze.

Lu i spółka badają to zjawisko. Przetestowali nanocząstki o różnych rozmiarach i materiałach, gęstość zawiesiny, a nawet dwie różne formy mineralne tlenku tytanu.

Łatwo sobie wyobrazić, że nanocząsteczki unoszące się na powierzchni cieczy zwiększają pole powierzchni i to właśnie umożliwia zwiększenie szybkości parowania.

Lu i co mówią, że to nie jest to, co dzieje się w ich laboratorium. Podają dwa powody. Po pierwsze, szybkość parowania czystego oleju silikonowego jest tak niska, że ​​nawet jeśli nanocząstki podwoiły powierzchnię, nie mogłoby to wyjaśnić dramatycznego parowania, które mierzą.

Po drugie, jeśli odpowiedzialny był wzrost powierzchni, powinno być możliwe zwiększenie szybkości parowania przy użyciu mniejszych nanocząstek.

Ale tak się nie dzieje. W rzeczywistości wydaje się, że istnieje optymalna wielkość cząstek, poniżej której zmniejsza się szybkość parowania.

Pomiary przyniosły kolejną niespodziankę. Lu and co przetestowali szybkość parowania z dwoma rodzajami nanocząstek tlenku tytanu, zwanych anatazem i rutylem, które mają różne struktury krystaliczne. I właśnie to okazuje się mieć największy wpływ na szybkość parowania.

Zrozumienie, dlaczego jest wyzwaniem. Tlenek tytanu anatazu tworzy kryształy o dobrze zdefiniowanych krawędziach, więc nanocząsteczki nie są kuliste. Lu i co spekulują, że cząsteczki oleju na powierzchni kryształu w pobliżu tych krawędzi są słabiej związane niż inne cząsteczki.

W konsekwencji cząsteczki te łatwiej odpływają (patrz rysunek powyżej). Wysuwają hipotezę, że to ten proces przyspiesza parowanie, ale twierdzą, że potrzeba więcej pracy, aby dokładnie scharakteryzować, co się dzieje.

To niezwykle ważne odkrycie. Możliwość przyspieszenia parowania oleju może mieć poważne konsekwencje we wszystkich rodzajach obszarów, na przykład w sposobie, w jaki inżynierowie usuwają wycieki olejów i inne formy zanieczyszczeń.

Wtedy istnieje możliwość powtórzenia tego procesu w wodzie. Ulepszone parowanie może radykalnie zmienić ekonomię odsalania, dostarczając tanią czystą wodę do obszarów, które wcześniej nie były pozbawione soli. Podwyższone tempo parowania doprowadzi do efektywnego i ekonomicznego uzdatniania zanieczyszczonej wody lub odsalania wody morskiej, mówią Lu i spółka.

Jeśli jednak mechanizm Lu i spółka jest poprawny, woda będzie trudniejsza do pokonania niż ropa. Ponieważ jest mniej lepki, nanocząstki tlenku tytanu mają tendencję do wytrącania się z cieczy. To utrudniłoby uruchomienie mechanizmu opisanego przez Lu i współpracowników.

Niemniej jednak nie jest poza sferą możliwości, że chemicy znajdą jakąś przydatną sztuczkę, aby temu zapobiec, być może w przypadku innych kryształów lub powłok tego czy innego rodzaju.

Pewne jest, że praca Lu and co wzbudzi spore zainteresowanie. Ekonomia oczyszczania wody i usuwania oleju ma największe znaczenie.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1210.6101 : Nanocząsteczkowe ulepszone parowanie cieczy: studium przypadku oleju silikonowego i wody

ukryć