Sanitasyonun Nano-Enhanced Future of Sanitation: Sewer Pipes'ı Atom Up Up Güçlendirmek

Modern kentsel yaşam görünmez, yeraltı işhorsuna bağlıdır: kanalizasyon sistemi. Bu borular hava kirliliği ve fırtına suyu taşır, halk sağlığı ve çevresel kirliliği önlemeye yardımcı olur. Ancak, bu kritik altyapının çoğu yıllar önce inşa edilmiş, beton, kil, polivinyl klorür (VPN) gibi geleneksel malzemeler, bir dizi agresif bozulma mekanizmasına yol açıyor - bir sonraki milyarlarca dolarlık kimyasal onarım maliyetlerinin arttırılması ve bir sonraki nanoteknolojinin azaltılması için daha dayanıklı bir şekilde azaltılması için daha fazla kimyasal bir yaklaşıma yol açıyor.

Nanoteknolojiyi Anlamak: Küçük Parçacıklar, Dev Etkisi

Nanoteknoloji, atomik, moleküler ve supramolecular ölçeğinde önemli bir rol oynama bilimidir, genellikle 1 ve 100 nanometre arasında. Bu çerçevede, tek bir nanometrenin bir milyar kat daha küçük olması gerekir - insan saçlarının genişliğinden yaklaşık 100.000 kat daha küçük, bu ölçekde, malzemeler, yüksek çözünürlükte bulunan kimyasal maddelere kıyasla çarpıcı fiziksel ve kimyasal özellikler sergileyebilir.For example, gold becomes a katalizör, and titanyum dioksit, fotocatalytically active.This unique properties occure göre ortaya çıkmaktadır.

Nanoteknolojinin arkasındaki bilim Sewer Pipes

Geliştirilmiş korozyon Direnişi

Kırsal atık içindeki biyolojik aktivite, hidrojen sulfid gazı oluşturur, bu saldırıya karşı bakteriler tarafından dönüştürülür. Örneğin, bu nanoparçapiyonları içeren kaplamalar veya bazı plastikler, sadece yoğun olarak üretilen bir radyoaktif tabaka oluşturmaz. Nanocoatings, UV veya hatta görünür ışık altında, TiO2 reaktif maddeler oluşturmak için daha fazla kimyasal maddeler oluşturur.

Mekanik Güçlü ve Flexability

Sewer boruları, aşırı toprak ve trafikten statik yüklere dayanmalıdır, çünkü zemin yerleşim ve sismik olaylardan dinamik stresler.Incorporating nanomalzemeler likeUVT:0) veya )[Döneticiler / veya eksiltmeler (örneğin, PVC veya yüksek çözünürlükte nanotüplülüğü artırmak için) daha sert bir kuvvet ve elastikiyetin ısıtılması, yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlükte yüksek çözünürlüktedir.

Kendi kendini temiz ve Anti-Fouling Surfaces

Yağ inşa edilmesi, sabun scum ve mikrobiyal biyofilmleri dikteci aşırı akışlar ve bakım çağrıları ile mücadele etmek için iki birincil strateji sunmaktadır: 0,0) ve sıpertici yüzeyler[Dönemli) ve hidroksit:2fotozumlar, bu yüzeyleri tamamen güneş ışığıyla dolupüreler, nano-parçacıklı fotonlar ile dolu yüzeyleri kullanarak, nano-parçacıklı desenler oluşturmak için kullanılabilir.

Sewer Pipe Uygulamalarında Anahtar Nanomalzemeler

Karbon Nanotüps (CNTs)

CNTs, polimer matriksteleri içinde dağıldığında, çatlakları arttıran ve çatlakları arttıran bir ağ oluşturur. CNT-reinforced kompozitler, bir tane altı boru rehabilitasyon hattında çelikten 100 kat daha güçlüdürler.Pozitif bir tüp müstakbellikli ve mevcut hasar görmüş bir boru içinde sıkıştırılırken, CNT'lerin eki, ekileri arttırılabilir.

Titanyum Dioksit (TiO2) Nanopartiküller

TiO2 en yaygın olarak incelenen nanomalzemelerden biridir. fotocatalytic yeteneği reaktif oksijen türlerini üretmek, organik kirleticiler, bakteriler ve hatta bazı kimyasal foulanslar için cazip bir seçenek haline getirmektir.In kanalizasyon uygulamaları, TiO2 kaplamaları, foto-sensitlerle çiftleştirilme veya insan içi bakım alanlarında kullanılmadığı sürece.

Graphene Oksit (GO)

Graphene oksit, oksijen fonksiyonel gruplarla dekore edilmiş bir grafik türüdür. Su ve birçok polimerde dağıtılabilir, bu nedenle beton boru hatlarına karşı daha kolay bir şekilde işlemeyi sağlamak için beton boru hatlarına izin vermek, böylece sulfur asit oluşumu için yol katlayabilir. Ayrıca GO, ev sahibi malzemenin mekanik özelliklerini artırabilir ve bazı antimik etkiler için potansiyel kullanımlarını önlemek için özellikle değerlidir.

Nanoclay ve Nanosilica

Nanoklay parçacıkları (örneğin, montmorilloni) ve nanosilica (fumed silik, precipitated silik) hem beton hem de polimer sistemlerinin özelliklerini önemli ölçüde geliştirebilecek maliyetle azaltılabilir. Nanoklays, nanosilica, nanokomitler, nanokomitler için daha düşük maliyetli bir çözüm oluşturabilir ve permeability sağlar.

Uygulama Yöntemleri: Sewer Pipes'e Nanomalzemeler Alın

Yüzey Kaplamaları ve Linings

En basit uygulama, nanopartiküller dahil olmak üzere, nanomalzeme boruları veya daha küçük çizgilerle özel olarak uygulanan iki parçalı epoxy, TiO2 ve nanosilica ile çoğaltılabilir bir boru kaplamaları için de uygulanabilir ve nanopartiküller için de uygulanabilir bir kimyasal bariyer ve kendi kendine temizlenebilir bir yüzey sağlar. Başka bir yaklaşım daha ince, yüksek çözünürlükte iki parçalı bir nano-parçaklı kaplamalar için kullanılabilir.

Pipe Manufacturing'de Kompozit Nanomalzemeler

Yeni borular için, nanomalzemeler doğrudan boru malzemesine dahil edilebilir. Polimer borularda nano dolum veya enjeksiyon makinesi sırasında reçine ile bileşiklenebilir. Bu, nanoparçacıkların borular boyunca düzgün bir şekilde dağıldığı anlamına gelir. - Nanopartiküller, nanoparçacık veya grafikte oksitler, kuvvetle karıştırılabilir ve permeability ile üretilen borular ile üretilir.

In-Situ Application for Existing Infrastructure

Bir teknik, nanoparçacıklı bir sıvıyı (örneğin, TiO2 veya nanoclay) iç yüzeylerde ince bir koruyucu katmanı sağlamak için zor olan borular için. Başka bir yaklaşım, elektrokimyasal kaplamayı doğrudan metal veya dönüştürücü bileşenlere taşımayı içerir.Bu yöntemler hala erken araştırma aşamalarındadır, ancak TiO2 veya nanoclay olmadan tüm ağların reddedilmesi için söz verir. Ancak, iç yüzeylerde düzgün bir koruma sağlama, kontrol etmek ve efflu yüzeylerde kalmamasını engelleyen herhangi bir nanoparçacık kaplamayı ele almak gerekir.

Mevcut Araştırma ve Alan Denemeleri

Laboratuvar araştırmalarından gerçek dünya uygulamaları ile karşılaştırılır. Pilot projeler birkaç ülkede gerçekleştirildi. Örneğin, Kaliforniya Üniversitesi'nde araştırmacılar, Berkeley, yerel su hizmetleri ile işbirliği içinde, TiO2- temelli nanoküretim boruları üzerinde çalışmalar yaptı. Sonuçlar, 12 aylık bir süre içinde PVC nanotüpsiyonel bir nanotüpüretim ünitesinde geliştirilen nanotüpüresel bir nanotüpüretim ünitesinde % 90 oranında azalma gösterdi.

Meydanlar ve düşünceler

Yüksek Üretim Maliyetleri ve Scalability

İlerlemeye rağmen, yüksek kaliteli karbon nanotüpleri gibi birçok gelişmiş nanomalzeme ve işlevselleştirilmiş grafikler, geniş boru ömründen elde edilen toplam yaşam döngüsünin maliyetinin yüksek orandaki yatırımın en düşük maliyetli alternatifleri araştırabilir, bu da nanoclay ve nanosilica gibi, bu da CNTs maliyetinin bir kısmını sunan birçok fayda sunar.

Çevre ve Sağlık Riskleri

En önemli endişelerden biri, nanopartiküllerin üretim, uygulama veya boru bozulması sırasında çevreye potansiyel salıverilmesidir. Nanopartiküller su kaynaklarına girebilseler, örneğin, bazı çalışmalar TiO2 nanopartiküllerin balıkta oxidatif strese neden olabileceğini göstermiştir ve karbon nanotüpler akciğer dokusunda biyopersist olabilirler.

Düzenleme ve Fiyatlandırma

İnşaat ürünlerindeki nanomalzemeler genellikle mevcut yasal çerçevelerin altında kalır, ancak diker boru uygulamaları için özel kurallar hala gelişmektedir. Amerika Birleşik Devletleri'nde EPA, nanomalzemeler Kontrol Yasası (TSCA) ve Federal Böcekler, Fungicide ve Rodenticide Yasası (FIFRA) ile nanoteknoloji temelli çözümlerin belirlenmesi için standartlar üzerinde çalışıyor.

Future: Smarter, Greener ve Daha Fazla Resilient Sewer Systems

Nanosensors ile Akıllı Sewer Systems

En heyecan verici sınırlardan biri, nanosensorların doğrudan boru malzemelerine entegre edilmesidir. Bu sensörler, belki nanotellere veya kuantum dotlara dayanan, pH, sıcaklık, akış oranı veya belirli kimyasalların varlığına izin verebilir (örneğin, hidrojen sulfid veya kanalizasyon aşırı akışlara kadar) Bu sensörlerin verileri, bu sensörlerin gerçek zamanlı olarak, boru sağlığı değerlendirmelerine olanak sağlar. Bu, bakım onarımını tahmin etmek için çözümlere izin verir.

Kendini -Healing ve Adaptive Materials

Başka bir umut verici konsept kendi kendine dikme borularıdır. Nanocapsules şifa ajanlarla dolu (örneğin, polimer öncüleri veya korozyon inhibitörleri) boru astarına gömülü olabilir.Eğer bir çatlak formlar, kapsüller rupture ve şifa aracı, hangi polimerizeler veya elektrik uyaranlar, potansiyel olarak büyümeye başlamadan önce boru ömrünü uzatabilir. Araştırmacılar ayrıca, bu gelecekteki boruların değiştirilmesine izin verebilirler.

Sürdürülebilir ve Biyodegradable Nanomalzemeler

Çevre endişeleri dağıldığı gibi, biyo-tabiyolojik asit (PLA) kompostlanabilir borular için yenilenebilir veya organik olmayan uygulamalar için üretilen bir yenilenebilir nanomalzemeler sunar. CNCler, organik nanomalzemeler için biyopolimerler, dikilebilir koşullardan dolayı polikonik asit (PLA) ile uyumlu hale getirebilirler.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Nanoteknoloji uzak bir söz değildir - zaten yeraltı altyapısı için kullandığımız malzemeleri yeniden şekillendirmeye başlıyor. mühendislik kanalizasyon boruları nano ölçekli, korozyona karşı direnen yüzeyler yaratabilir, yeniden yapılandırılabilir, kendilerini iyileştirir ve hatta kendi durumunu rapor eder.Bu engeller, bakım maliyetlerini azaltır ve gelişmiş çevresel koruma sağlar.