Новости

Новое покрытие отталкивает известковый налет, повышая эффективность теплоэлектростанции.

Новое покрытие отталкивает известковый налет, повышая эффективность теплоэлектростанции

Накопление известкового налета на тепловых электростанциях из-за использования горячей воды может существенно повлиять на эффективность, что побудило исследователей разработать новое мягкое поверхностное покрытие на основе гидрогеля, которое отталкивает кристаллы известкового налета и предотвращает их прилипание.

В основном состоит из Из-за карбоната кальция накопление известкового налета можно увидеть по всему дому, внутри чайников, резервуаров для воды и стиральных машин, особенно в местах, где вода жесткая, то есть с высоким содержанием минералов, и когда поверхности соприкасаются с горячая вода.

Хотя дома это неприятно, образование известкового налета оказывает большее влияние на тепловые электростанции. Эти электростанции используют котлы для нагрева воды, производящие пар под высоким давлением, который приводит в движение турбину для производства механической энергии, которая преобразуется в электрическую энергию с помощью генератора. Промышленные теплообменники и мембраны склонны к образованию накипи, что приводит к огромным потерям энергии – не менее 2% от общего мирового производства энергии в год – из-за снижения теплопередачи и эффективности потока.

Чтобы решить эту проблему, исследователи из ETH Zurich в Швейцарии и Калифорнийского университета в Беркли совместно разработали инновационное поверхностное покрытие на основе гидрогеля, которое отталкивает известковый налет и предотвращает его прилипание.

Исследователи начали с изучения Отдельные кристаллы известкового налета и окружающая вода текут на микроскопическом уровне, чтобы увидеть, как кристаллы откладываются и прилипают в динамичной водной среде. Затем они приступили к разработке нескольких покрытий из мягких материалов и протестировали их в лаборатории.

Экспериментируя в первую очередь с различным содержанием полимеров, исследователи обнаружили, что чем ниже содержание полимера и чем выше содержание воды, тем хуже прилипают кристаллы карбоната кальция к поверхности, на которой они создали крошечные выступы. Для создания своей конструкции исследователи черпали вдохновение из природы, в частности из гребней на коже акулы, из-за которых микробам очень трудно прикрепиться.

Испытания с использованием модельных частиц из полистирола показали, что выступы на поверхности должны быть меньше, чем частицы, осажденные на них, чтобы уменьшить контактную поверхность и, следовательно, результирующую силу сцепления.

«Мы варьировали поверхность материала, чтобы добиться наибольшей эффективности, а затем провести кристаллические эксперименты с оптимальным размером структуры», — рассказал Джулиан Шмид, ведущий автор исследования.

Новое покрытие отталкивает известковый налет, повышая эффективность теплоэлектростанции

Кристаллы известкового налета микрометрового размера в контакте с ребристой поверхностью гидрогелевого покрытия, как видно под электронным микроскопомДжулиан Шмид/ETH Zurich

Перейдя к экспериментам с кристаллами известкового налета, исследователи обнаружили, что, когда вода текла по мягкой поверхности, покрытой гидрогелем, до 98% кристаллы размером около 10 микрометров были удалены. Это на 66 % лучше, чем при использовании жесткого необработанного основания в тех же условиях.

В настоящее время для удаления известкового налета с теплообменников и мембран иногда используются токсичные химические вещества. Исследователи говорят, что их новое поверхностное покрытие более экологично и эффективно, чем нынешние подходы. Кроме того, они ожидают, что их решение будет масштабируемым.

Вместо того чтобы патентовать свой подход, исследователи решили опубликовать результаты своего исследования, чтобы другие заинтересованные стороны могли использовать и развивать новое покрытие.

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Источник

Нажмите, чтобы оценить статью
[Итого: 0 Среднее значение: 0]

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Кнопка «Наверх»