התקדמות ב- Anti-scaling Coatings for Desalination and Water Treatment Plants

Desalination וצמחי טיפול במים משמשים תשתית קריטית לאספקת מים טריים באזורים עקשניים וחופיפים ברחבי העולם.אך מתקנים אלה עומדים בפני מכשול מבצעי מתמשך: הצטברות מהירה של מינרלים על צינורות החלפת חום, משטחים membrane, ו-Piping Scale לא רק של יעילות מערכת צמיגים, אלא גם מאיצה ציוד ומניעה עלויות תחזוקה עדכניות של ציפויים נגד חומרים מינרליים - הוא מזרז את השינויים האחרונים של מערכות עיבוד חומרים מינרליים ומניעים ומניעים ומניעה של מערכות עיבוד חומרים מינרליים ומניעים יעילים יותר.

מדע התצורה של

היווצרות גודל הוא תהליך פיזיוכימי מורכב שמתחיל כאשר מלחים מומסים מעל גבולותיה המאולתרים.בנוסומוזיס הפוכה (RO) desalination, ריכוז סידן, מגנזיום, דו-קרבונט, וצלחות סולפטים עולה באופן דרמטי על פני השטח של membrane עקב זיהום מים.2) באופן דומה, בתהליכי דפלנציה תרמי כגון רב-שלב (MSF), טמפרטורות פחמן גבוהות ומדן לאחור פחמן (pate פחמן) לכיוון פחמן (pate פחמן (pate) לכיוון פחמן (pate פחמן דו-חמצני) וחמצן) לכיוון פחמן (Cate פחמן (pate) לכיוון פחמן (pate) לכיוון פחמן (pate) לכיוון פחמן דו-חמצני) לכיוון פחמן (pate) משקל פחמן (D) פחמן (D) שומן) פחמן (mtra פחמן (D) לכיוון פחמן (Caaliation) לכיוון פחמן (pate) לכיוון פחמן (pate) לכיוון פחמן (חמצן) מימן שומן פחמן (חמצן) לכיוון פחמן (Caalimalimalimaliation) לאחור (pate) לכיוון פחמן (חמצן) לכיוון פחמן (pate) לאחור) שומן פחמן (Caaliation) לאחור פחמן (pate) שומן פחמן (חמצן

קריסטליזציה מתחילה עם nucleation - היווצרות של אשכולות יציבים של בצל מינרלים - בעקבות צמיחה גבישית כי נקשרה חזק משטחים מתכתיים או פולימריים.הדבקות מוחפת על ידי משטחים גסים ואנרגיה על פני השטח גבוהה, אשר מספקים אתרים בשפע עבור heterogeneous nucleation. ברגע שכבה דקה של צורות בקנה מידה, זה פועל כמו asulator (התנהגות של טמפרטורות בינוניות של 1% של טמפרטורות גדולות יותר, 000), הוא לעתים קרובות יותר לחץ דם, 000, 000, 000 טמפרטורות גדולות יותר, 000 טמפרטורות מוגברת, 000 טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות טמפרטורות סגסוגת יותר סגסוגת יותר ירכיים .

הבנת הקשר בין כימיה מים, תכונות פני השטח, ופרמטרים תפעוליים חיוני לתכנון ציפויים להפריע בצעדים אלה.ציפוי מודרני נגד השקיה מכוונים בשלבים המוקדמים ביותר של ניכור ודבקות במקום רק לנסות להסיר פיקדונות לאחר שהם נוצרו.

מדוע שיטות מסורתיות נגד הסלמה נופלות קצרות

במשך עשרות שנים, צמחי טיפול במים התבססו על נוגדי חמצון כימיים – פולימרים אורגניים או פוזיטים שסרבנים או מעוותים מורפולוגיה גבישית, בעוד יעיל במינונים נמוכים, כימיקלים אלה מציגים מספר חסרונות: הם דורשים דוונים ו ניטור רציף, יכולים לתרום לשיבושים ביולוגיים, והשחרור שלהם עלול לפגוע במערכת אקולוגית מימית.

מגבלות אלה הניעו את החיפוש אחר טיפולים משטח פסיביים המונעים מהיקף של דבק במקום הראשון.טי-קלינג ציפויים, החלים כסרטים דקים על פני השטח הרטובים, מציעים גישה "התחלה ושכחה" המפחיתה את הצריכה הכימית, מורידה את הביקוש לאנרגיה ומפחיתה את התערבות האדם.

התקדמות ב- Anti-Scaling Coatings

החידושים המדעיים החומריים בעשור האחרון יצרו ציפויים חסרי תקדים נגד נכסים נטולי תקדים.העיקרון השולט הוא יצירת אנרגיה דלת-קרקע, הידרופובית, או משטחים סופר-רפוביים שמפריעים ללחיצתם ולהפצת פתרונות מדרגים.בנוסף, כמה ציפויים משלבים תוספים פונקציונליים שמשבשים באופן פעיל צמיחה גבישית או שחרור סוכנים בקנה מידה בתגובה לתנאים המקומיים.

הידרופובי ונמוך-Surface-Energy Coatings

ציפויים מבוססי הסיליקון, במיוחד פולידי מתילסקס קנדי (PDMS) ו- fluorinated siloxanes, להציג זווית מגע מים גדול מ 110 מעלות, מה שהופך את זה קשה עבור טיפות מינרלים-laden לדבוק. ציפויים אלה מוחלים באמצעות תרסיס, dip, או זיהום כימי הרחם לרפא כדי ליצור סרטים גמישים, עמידים שלהם להפחית את האנרגיה הנמוכה עבור דחף תרמודינמי עבור נוזל קלושים כגון נוזל איטי יותר.

ננודור ו-Comosite Coatings

ננוטכנולוגיה הציגה ציפויים כי מניפולציה על פני השטח בקנה מידה תת-מיקרוני.לדוגמה, תחמוצת גרפן (GO) ננוגליונות מפוזרים במטריקס פולימרי יוצר ציפוי קמט, גבוה-קרקע-קרקע-שטחי כי מעכב פיזית ion aggregation. nanophilic חמצן המכיל קבוצות על GO יכול גם לקשור משקעים סידן, מהמניעה של פתרון תרמילאה, מאשר מצופה כי יש לחץ דם חזק של קרמיקה, כמו קרמיקה, כמו קרמיקה, לחץ דם קשיח, כמו קרמיקה, כמו קרמיקה, לחץ דם מוצק של קרמיקה, לחץ דם מוצק של קרמיקה, כמו קרמיקה, כמו קרמיקה, כמו קרמיקה, יש לחץ דם מוצק של קרמיקה, 000 מוצק של קרמיקה, יש לחץ דם חזק, 000 חזק, 000 מוצק של קרמיקה, 000 מוצק של קרמיקה, מחזיק קרמיקה, 000.

עוד שדרה מבטיחה היא השימוש של שכבת-על-ידי-שכבות (LbL) ייצור סרטים אולטרה-אין פוליאלקטרוניקה עם טוטלי מטען הידרופילינסיביות. על ידי שינוי שכבות פולימרים חיובי ושליליות, החוקרים יכולים מהנדס משטחים שמושכים שכבת מים יציבה, ביעילות למנוע גבישים ממגע עם המצע המוצק.

חכם ומסתורי - מגיב

ציפויים "חכמים" משלבים חומרים שמשנים את התכונות שלהם בתגובה לטמפרטורה, pH או כוח ionic. לדוגמה, פולי(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) מצחצומים הידרופיליים הידרופיליים הידרופוביים מעל טמפרטורה פתרון קריטי נמוך יותר (LCST) של 32% C - מעבר שניתן להשתמש בו כדי לגרום להפחתה בקנה מידה גבוה במהלך מולקולות טיפוליות תרמיות בציפוי תיבות של טיפוליות נמוכות יותר של טיפול תרופתיות (C) בביקוש נמוך יותר).

ציפויים עצמיים מייצגים את קצה חיתוך: microcapsules מלא מברקים פולימרים הידרופוביים מוטבעים במריצה נושאת. כאשר הציפוי הוא שרט או מחוספס, הקפסולות קרע ולאטום את הפגם, לשחזר ביצועים אנטי-הסלמה ללא התערבות ידנית.

דמויות של מודרנים

עבור ציפוי להצליח במפעל desalination, זה חייב לעמוד במספר קריטריונים תובעניים מעבר למהירויות פשוטות.יציבות הירומית היא רבת ערך ב- MSF ו- multi-אפקט distillation (MED) צמחים, שבו טמפרטורות פני השטח יכולות לעלות על 100 מעלות צלזיוס. ציפויים אורגניים רבים מגובה מעל 80 מעלות צלזיוס, בעוד ציפויים אורגניים ועשירים יותר יכולים לסבול 200 מעלות צלזיוס או יותר.

התנגדות כימית ל-Surne, chlorine וסוכני ניקוי קובעים ארוכות ציפוי. Fluoropolymers ו- cross-linked epoxy-siloxane היברידיs מציעים יציבות מצוינת בטווח pH רחב (2-12).כוח אדהיד למצע הבסיסי חייב לעמוד בסתימות התפשטות תרמיות וזרימות הידראוליות גבוהות.

לבסוף, הציפוי חייב להיות בעל ערך שדה על ציוד צמחי קיים עם מינימום זמן השבתה. Spray-applied ציפויים מרפא בטמפרטורה מכוננת או עם חימום אינפרא אדום צנוע הם מועדפים, כפי שהם מאפשרים התחדשות החלפת החלפת ללא הסרת כלי שיט גדולים או חלקי פיטורים.

שיטות יישום ואתגרי אינטגרציה

קביעת ציפויים נגד השקיה במפעל טיפול במים בקנה מידה מלא כרוך באתגרים נפרדים.עבור מתקנים חדשים, ציפויים ניתן ליישם במהלך הייצור במפעל, להבטיח עובי אחיד וריפוי. עבור פרויקטים רטרוfit, ביישום החל באמצעות תרסיסים אוויריים גבוהים ללא אוויר או רוטט מערכות נחירות הוא טיפוסי.

מערכות מבוססות מנברן מציגות קושי ייחודי: RO membranes מכוסות חייב לשמור על עמידות גבוהה למים (flux) תוך דחיית מלחים. ציפוי הידרופוביים רבים, תוך יעילות במניעה בקנה מידה, להפחית את השטף כי תחבורה מים דרך רכיבי membrane מעכבת על ידי שכבה נוספת.

שילוב נוסף הוא תאימות של ציפויים עם כלי קיים וחיישנים. ציפויים ת'יק יכולים לבודד בדיקות מוליכות או להפריע לקריאה של מטר זרימה. מפעילי צמחים חייבים לעתים קרובות להתאים אלגוריתמים שליטה או להתקין חיישנים משניים לאחר יישום ציפוי.

יתרונות כלכליים ומבצעיים

אימוץ של ציפויים מודרניים נגד הסלמה מניב תשואה כלכלית קוונטית. צמח MSF טיפוסי מבלה 15-25% מתקציב התפעול שלו על בקרת קנה מידה -כימיקלים, ניקוי זמני, ועונשי אנרגיה מחילופי חום מזוהים. ניסויים שדה של ציפויים מבוססי סיליקון במפרץ הערבי הראו ירידה של 70% בניקוי וירידה של 40% במינון אנטי-קלי, שנתי לחיסכון של 250,000 $ ליום.

יעילות אנרגיה משופרת היא עוד יתרון גדול.מספר שכבות בקנה מידה מפחית את צריכת החום (U-value) על ידי עד 30% מעל שנה אחת.קאטים כי לשמור על משטחים נקיים לשמור על ערכים נמוכים יותר ממפרט עיצוב, צמצום צריכת הדלק בתהליכים תרמיים או הביקוש חשמל במשאביות גבוהה של RO.

רווחי הסביבה הם משמעותיים באותה מידה. צריכת אנטי-הסלמה נמוכה מפחיתה את העומס הכימי בשחרור, מזרז נזק אקולוגי לאורגניזמים ימיים.הקטנת מחזורי ניקוי גם לחתוך נפח הפסולת ואת הצורך ביוצידות קשות או חומצות. כמו תקנות על מנת לדק את העולם, טכנולוגיות ציפוי פסיבי מציעות נתיב לציית ללא הקרבת פריון.

הופעות ו-Cing Performance

כמה מנגנוני הוכחה-של תפיסה מפגינים את יכולת הלחץ של העולם האמיתי של ציפויים נגד השקיה. בשנת 2022, צמח RO3/Day של RO בקטאר הצמיד את כלי הלחץ הראשון שלה עם שולי פלואוקסיד פלואורנטי יותר מ-18 חודשים, כלי שיט מכוסים מנוסים פחות נקיים (CIP) בהשוואה למקרים לא ממונעים, וממוצע של טמפרטורות נמוכות של 2x2, לעומת 28% מהמים דיווחו על פני 2.

ניסוי נוסף במתקן דיפלנציה גיאותרמית באיסלנד החל ציפוי של אלומיניום בנוי מאלומיניום-סיליקה להחלפתי חום טיטניום. הציפוי עם טמפרטורות גדולות של 120 מעלות צלזיוס ו- pH 5.5 ללא דלמנטום. היווצרות סולם סולק כמעט לחלוטין על הלוחות המצופה, בעוד צלחות לא ממונעות נדרשות כל 72 שעות.

בטיפול במים עירוניים, צמח המטפל במים קשים (400 מ"ג / L CaCO3) השתמש בציפוי פולימר-סיליאן מורכב על פני השטח הפנימי של המפנה של ליג שלו.הניקוי ידני מופחת מ דו-חודשיים פעם בשנה, ואת סלפט פחמן מחוספס מראש היה קל יותר להסיר כי זה לא היה קשר חזק לקירות מצופים.

כיוונים עתידיים

מחקר הוא מאיץ לעבר ציפויים כי הם ביצועים גבוהים וחסכוני מספיק עבור אימוץ נרחב.כיוון מבטיח אחד הוא שילוב של חומרים דו-ממדיים כגון פיזור molybdenum (MoS2) או hexagonal בורון ניטריד (hBN) לתוך מטבוליים פולימרים.חומרים מעוקלים אלה מציעים יציבות תרמית וכימיקלית יוצאת דופן יכול להיות מוליכות חשמלית, המאפשר "עד חכם" כדי לבנות קשקשים או לפקח על קנה מידה" כדי לעמוד בקנה מידה גבוה.

אזור פעיל נוסף הוא פיתוח של ציפויים שפירים סביבתיים באמצעות פולימרים בהשראת ביולוגית, כגון שינטוסאן או ננוקריסטלים צלולים, אשר הם biodegradable ו נגזר ממקורות מתחדשים. בעוד עדיין פחות עמיד מאשר אפשרויות סינתטיות, התקדמות בכימיה חוצה קישור הם סוגרים את הפער.

לבסוף, כלים מודלים חיזוייים מתעוררים כדי לעזור למהנדסים לבחור את הציפוי האופטימלי עבור מצב כימי מים נתון ותהליך. על ידי שילוב ניטור של קינטיקה קנה מידה עם למידת מכונה, מפעילי הצמח יכולים מראש התחדשות לוח זמנים ציפוי מראש או להתאים פרמטרים תהליך להישאר בתוך המעטפה של הביצועים של הציפוי.אינטגרציה דיגיטלית כזו תהיה המפתח לחשיפת הפוטנציאל המלא של נוגדי חמצון בציפוי הדור הבא של מתקני טיפול במים.

מסקנה

היווצרות גודל נשאר מכשול עקשן לטיפול יעיל של התפלות במים, אבל הדור האחרון של ציפויים נגד הסלמה מציע אמצעי נגד רב עוצמה. על ידי מינוף עקרונות של כימיה פני השטח, ננוטכנולוגיה וגירויים-responsive, ציפויים אלה להפחית את פעולת המינרליים, לשפר חום ועברה המונית, ולהפחית את טביעת הרגל הכימית של פעולות בשטחי צמחים.

(ב) ויקרא י"ד:

  • ג'אנג, X., et al. (2021) "המנגנונים הקשורים למשטחים על-ידי הדלפוביים לפלישה" (FLT:0ACS Applied Materials & InterfacesFLT:1, 13(45), 53912–53924.FLT:2 Read full articleFalve 3LT 3; Interfacesph)
  • בון, ד', ואל-אל-תחילה (2020), "היווצרות של דיסלאום בפלישה תרמית: סקירה" (FLT:0DesalinationFLT:1, 478, 114286).
  • וואנג, S. & Shao, J. (2022), "Nanostructured ציפויים עבור הסלמה במערכות של מים חמים" (FLT:0Journal of Membrane ScienceFLT:1, 647, 120310.
  • "ציפוי חכמים לטיפול במים" (2023).