Su Arıtma Cihazları
Filtre Setleri
Yedek Parçalar
Sanayileşmiş ülkelerin tüm gayri safi yurtiçi hasılasının yaklaşık yüzde dörtte birinin tek bir teknik sorun nedeniyle kaybedileceği tahmin ediliyor: ısı eşanjörü yüzeylerinin tuzlar ve diğer çözünmüş minerallerle kirlenmesi. Bu kirlenme, çoklu endüstriyel proseslerin verimini düşürür ve genellikle su ön arıtması gibi pahalı karşı önlemler gerektirir. Şimdi, MIT’den elde edilen bulgular, bu tür kirlenmeyi azaltmanın yeni bir yolunu sağlayabilir ve hatta bu zararlı süreci, satılabilir ürünler verebilecek üretken bir işleme dönüştürebilir.
Bulgular, yeni MIT mezunları Samantha McBride PhD ’20 ve Henri-Louis Girard PhD ’20’nin makine mühendisliği profesörü Kripa Varanasi ile yıllarca süren çalışmalarının sonucudur. Science Advances dergisinde bildirilen çalışma, hidrofobik (su itici) yüzeyler ve ısı kombinasyonu nedeniyle çözünmüş tuzların, bazı durumlarda yalnızca yerçekimi ile yüzeyden çıkarılmasını kolaylaştıracak şekilde kristalleşebileceğini göstermektedir. .
Araştırmacılar, bu tür yüzeylerde tuzların kristalleşme şeklini incelemeye başladıklarında, çökeltici tuzun başlangıçta bir damlacık etrafında kısmi küresel bir kabuk oluşturacağını keşfettiler. Beklenmedik bir şekilde, bu kabuk aniden buharlaşma sırasında büyüyen bir dizi iğsi bacak benzeri uzantı üzerinde yükselirdi. Süreç defalarca fillere ve diğer hayvanlara ve hatta bilim kurgu droidlerine benzeyen çok yönlü şekiller üretti. Araştırmacılar makalelerinin başlığında bu oluşumları “kristal yaratıklar” olarak adlandırdılar.
Ekip, birçok deney ve detaylı analizden sonra bu bacak benzeri çıkıntıları üreten mekanizmayı belirledi. Ayrıca, çıkıntıların sıcaklığa ve hidrofobik yüzeyin yapısına bağlı olarak nasıl değiştiğini de gösterdiler; bu, düşük sırtlardan oluşan nano ölçekli bir model oluşturarak üretildi. Bu yaratık benzeri biçimleri tutan dar bacakların dipten yukarıya doğru büyümeye devam ettiğini, tuzlu suyun saman benzeri bacaklardan aşağıya doğru aktığını ve büyüyen bir saçağı gibi dibinde çökeldiğini keşfettiler. İpucu. Sonunda bacaklar o kadar uzar ki yaratığın ağırlığını kaldıramaz ve tuz kristali damlası kopar ve düşer veya süpürülür.
Varanasi, çalışmanın, bu tür bir ölçeklenmenin tıkanmalara yol açabileceği boruların içi dahil olmak üzere yüzeylerde kireç oluşumunu sınırlama veya önleme arzusuyla motive edildiğini söylüyor. “Samantha’nın deneyi, ölçeğin kendiliğinden ortaya çıktığı bu ilginç etkiyi gösterdi” diyor.
McBride, “Bu bacaklar içi boş tüplerdir ve sıvı bu tüplerden aşağıya doğru akıtılır. Dibe çarpıp buharlaştığında, tüpün uzunluğunu sürekli olarak artıran yeni kristaller oluşturur” diyor. “Sonunda, substrat ile kristal arasında, kendi başlarına yuvarlanacakları noktaya kadar çok, çok sınırlı bir temasınız var.”
McBride, doktora tez çalışmasının bir parçası olarak ilk deneyleri yaparken, “Bu özel yüzeyin sodyum klorür yapışmasını ortadan kaldırmak için kesinlikle işe yarayacağından kesinlikle şüphelendik, ancak bu yapışmayı önlemenin bir sonucunun ejeksiyon olacağını bilmiyorduk. her şeyin “yüzeyinden.
Bulduğu anahtarlardan biri, yüzeydeki desenlerin tam ölçeğiydi. Modellemenin birçok farklı uzunluk ölçeği hidrofobik yüzeyler sağlayabilirken, yalnızca nanometre ölçeğindeki desenler bu kendi kendini çıkarma etkisine ulaşır. McBride, “Süperhidrofobik bir yüzeyde bir damla tuzlu suyu buharlaştırdığınızda, genellikle bu kristaller dokuya girmeye başlar ve sadece bir küre oluşturur ve sonunda kalkmaz” diyor McBride. “Dolayısıyla, bu etkinin oluşmasına izin veren, burada baktığımız doku ve uzunluk ölçeğiyle ilgili çok özel bir şey.”
Basitçe dokusu dağlama, aşındırma veya kaplamayla kolayca üretilebilen bir yüzeyden buharlaşmaya dayanan bu kendi kendine çıkarma işlemi, çok çeşitli işlemler için bir nimet olabilir. Deniz ortamında bulunan veya deniz suyuna maruz kalan her türlü metal yapı kireçlenme ve korozyondan muzdariptir. Araştırmacılar, bulguların ölçeklendirme ve korozyon mekanizmalarını araştırmak için yeni yöntemler de sağlayabileceğini söylüyor.
Araştırmacılar, yüzey boyunca ısı miktarını değiştirerek, kristal oluşumlarının belirli bir yönde ilerlemesini sağlamak bile mümkün. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, bu formların büyümesi ve kalkması o kadar hızlı gerçekleşir ve kristallerin yüzeyi bloke etme süresini en aza indirir.
Isı eşanjörleri çok çeşitli farklı işlemlerde kullanılır ve verimlilikleri herhangi bir yüzey kirlenmesinden büyük ölçüde etkilenir. Varanasi, tek başına bu kayıpların ABD ve diğer sanayileşmiş ülkelerin GSYİH’sinin dörtte birine eşit olduğunu söylüyor. Ancak kirlenme, diğer birçok alanda da önemli bir faktördür. Su dağıtım sistemlerindeki, jeotermal kuyulardaki, tarım ortamlarındaki, tuzdan arındırma tesislerindeki boruları ve çeşitli yenilenebilir enerji sistemlerini ve karbondioksit dönüştürme yöntemlerini etkiler.
Varanasi, bu yöntemin, bazı endüstriyel soğutma sistemlerinde olduğu gibi aksi takdirde pratik olmayacağı bazı işlemlerde arıtılmamış tuzlu su kullanımını bile sağlayabileceğini söylüyor. Ayrıca, bazı durumlarda geri kazanılan tuzlar ve diğer mineraller satılabilir ürünler olabilir.
İlk deneyler sıradan sodyum klorür ile yapılırken, diğer tür tuzların veya minerallerin de benzer etkiler yaratması bekleniyor ve araştırmacılar bu sürecin diğer çözüm türlerine uzantısını keşfetmeye devam ediyor.
Varanasi, dokuları hidrofobik bir yüzey üretecek şekilde yapmak için kullanılan yöntemler halihazırda iyi geliştirilmiş olduğundan, bu işlemi büyük endüstriyel ölçekte uygulamanın nispeten hızlı olması gerektiğini ve aksi takdirde gerekli olacak soğutma sistemleri için tuzlu veya acı su kullanımını sağlayabileceğini söylüyor. değerli ve genellikle sınırlı tatlı su kullanımı. Örneğin, yalnızca ABD’de, soğutma için yılda bir trilyon galon tatlı su kullanılıyor. Tipik 600 megavatlık bir elektrik santrali, yılda yaklaşık bir milyar galon su tüketir ve bu da 100.000 kişiye hizmet etmeye yetebilir. Bu, mümkün olduğunda soğutma için deniz suyunun kullanılmasının tatlı su kıtlığı sorununu hafifletmeye yardımcı olabileceği anlamına gelir.
Çalışma, Equinor tarafından MIT Energy Initiative, MIT Martin Fellowship Program ve National Science Foundation aracılığıyla desteklendi.
