Accelereret fordampning, olieudslip og økonomien ved afsaltning af vand

Her er et interessant puslespil. Elektroheologiske væsker er ikke-ledende olier, der bærer et drys af dielektriske nanopartikler, såsom titaniumoxid. Ved at anvende et elektrisk felt på disse væsker tvinger nanopartiklerne sammen, hvilket gør væsken til fast.

Elektroheologiske væsker har alle mulige anvendelsesmuligheder i enheder som støddæmpere, bremser og kunstige hofter, hvor ingeniører bruger dem til øjeblikkeligt at ændre modstand mod bevægelse.

Men i dag siger Kunquan Lu og venner ved Institut for Fysik i Beijing, Kina, at der er foregået noget mærkeligt i deres laboratorium, hvor de studerer elektroreologiske væsker i nogle år.

Basen for deres elektroreologiske væsker er silikoneolie, en tyk tyktflydende væske, der er bemærkelsesværdig robust og stabil.

Men Lu og co har bemærket noget mærkeligt, når de tilføjer nanopartikler af titaniumoxid til silikoneolie - det begynder pludselig at fordampe. De har fundet ud af, at en betydelig del af væsken simpelthen forsvinder på få dage.

Det er en kæmpe overraskelse. Ren silikoneolie kan opbevares i årevis eller endda årtier uden en antydning af nogen fordampning. Det er svært at forestille sig, hvad der kan få disse ting til at flyde ud i luften.

Lu og co har undersøgt fænomenet. De har testet nanopartikler af forskellige størrelser og materialer, tætheden af ​​suspensionen og endda to forskellige mineralske former for titaniumoxid.

Det er let at forestille sig, at nanopartikler, der flyder på overfladen af ​​væsken, øger overfladearealet, og at det er dette, der tillader en øget fordampningshastighed.

Lu og co siger, at det ikke er det, der foregår i deres laboratorium. De giver to grunde. For det første er fordampningshastigheden af ​​ren silikoneolie så lav at starte med, at selvom nanopartiklerne fordoblede overfladearealet, kunne dette ikke forklare den dramatiske fordampning, de måler.

For det andet, hvis en stigning i overfladearealet var ansvarlig, burde det være muligt at øge fordampningshastigheden ved hjælp af mindre nanopartikler.

Men det sker ikke. Faktisk synes der at være en optimal partikelstørrelse, under hvilken fordampningshastigheden aftager.

Målingerne har givet endnu en overraskelse. Lu og co testede fordampningshastigheden med to typer titaniumoxidnanopartikler kaldet anatase og rutil, som har forskellige krystallinske strukturer. Og det er dette, der viser sig at have den største indflydelse på fordampningshastigheden.

At forstå hvorfor er en udfordring. Anatase titaniumoxid danner krystaller med veldefinerede kanter - så nanopartiklerne er ikke sfæriske. Lu og co spekulerer i, at oliemolekylerne på overfladen af ​​en krystal, der nærmer sig disse kanter, er mindre stærkt bundet end andre molekyler.

Følgelig flyder disse molekyler lettere væk (se figuren ovenfor). De antager, at det er denne proces, der accelererer fordampningen, men de siger, at der er behov for mere arbejde for at karakterisere præcis, hvad der foregår.

Det er et enormt væsentligt fund. Evnen til at fremskynde fordampningen af ​​olie kan have vigtige konsekvenser på alle mulige områder, for eksempel i måden ingeniører oprydder oliespild og andre former for forurening på.

Så er der mulighed for at gentage denne proces i vand. Forstærket fordampning kan dramatisk ændre økonomien ved afsaltning og bringe billigt rent vand til områder, der tidligere har været uden. En øget fordampningshastighed vil føre til effektiv og økonomisk behandling af forurenet vand eller afsaltning af havvand, siger Lu og co.

Men hvis Lu og co.s mekanisme er korrekt, vil vand være sværere at erobre end olie. Da det er mindre tyktflydende, har nanopartikler af titaniumoxid tendens til at fælde ud af væsken. Det ville gøre det svært at udløse den mekanisme, som Lu og co beskriver.

Ikke desto mindre er det ikke uden for mulighederne, at kemikere vil finde et eller andet praktisk trick til at forhindre dette, måske med andre krystaller eller med belægninger af den ene eller anden art.

Hvad der er sikkert er, at Lu og cos arbejde vil skabe en vis interesse. Økonomien ved vandrensning og olierensning er af højeste betydning.

Ref: arxiv.org/abs/1210.6101 : Nanopartikelforbedret fordampning af væsker: et casestudie af silikoneolie og vand

skjule