В Массачусетском технологическом институте разработали способ, который позволит выводить соль из воды. Кристаллизация соли потенциально поможет предотвратить загрязнение металлических поверхностей. Такое загрязнение снижает эффективность множества промышленных процессов и часто требует дорогостоящих мер, таких, как предварительная очистка воды.
Авторы работы показывают, что из-за комбинации гидрофобных (водоотталкивающих) поверхностей и тепла растворенные соли могут кристаллизоваться и легко удаляться с поверхности, в некоторых случаях — под действием силы тяжести.
Когда исследователи начали изучать способ кристаллизации солей на таких поверхностях, они обнаружили, что сначала вокруг капли образуется сферическая оболочка. Затем эта оболочка приподнимается на веретенообразных ножках, выросших во время испарения. Исследователи окрестили эти образования «хрустальными тварями».
После серии экспериментов команда определила механизм, который вызывал появление этих ножек. Ученые также показали, как они меняются в зависимости от температуры и природы гидрофобной поверхности. Они обнаружили, что узкие ножки продолжают расти снизу вверх. В конце концов ножки становятся настолько длинными, что не могут выдержать вес сферы, и кристаллы соли отламываются.
Многие узоры с различными масштабами длины могут давать гидрофобные поверхности, но только узоры в нанометровом масштабе обеспечивают эффект самовыдувания соли. Этот процесс, основанный просто на испарении с поверхности, текстуру которой можно легко получить травлением, абразивным истиранием или нанесением покрытия, может быть полезным для самых разных процессов. Все виды металлических конструкций, находящихся в морской среде или подверженные ее воздействию, страдают от коррозии.
По словам исследователей, полученные данные также можно использовать для исследования механизмов образования накипи и коррозии. Команда обнаружила, что, регулируя количество тепла на поверхности, можно заставить кристаллические образования скатываться в определенном направлении. Чем выше температура, тем быстрее происходит рост и отрыв этих форм, что сводит к минимуму время, в течение которого кристаллы блокируют поверхность.
Теплообменники используются в самых разных процессах, и на их эффективность сильно влияет любое поверхностное загрязнение. По словам ученых, одни только эти потери составляют четверть процента ВВП США и других промышленно развитых стран.
Новый метод в перспективе позволит использовать неочищенную соленую воду в некоторых процессах, где это ранее было невозможно, например, в промышленных системах охлаждения. Извлеченную соль можно продавать.
Только в США для охлаждения используется триллион галлонов пресной воды в год. Типичная электростанция мощностью 600 мегаватт потребляет около миллиарда галлонов воды в год, которой может хватить для обслуживания 100 тысяч человек. Использование морской воды для охлаждения там, где это возможно, может помочь решить проблему нехватки пресной воды.
