211service.com
Accelererad avdunstning, oljeutsläpp och ekonomin för avsaltning av vatten
Här är ett intressant pussel. Elektroheologiska vätskor är icke-ledande oljor som bär ett stänk av dielektriska nanopartiklar, såsom titanoxid. Genom att applicera ett elektriskt fält på dessa vätskor tvingas nanopartiklarna samman, vilket gör att vätskan blir fast.
Elektroheologiska vätskor har alla möjliga tillämpningar i enheter som stötdämpare, bromsar och konstgjorda höfter där ingenjörer använder dem för att omedelbart ändra motståndet mot rörelse.
Men idag säger Kunquan Lu och kompisar vid Institute of Physics i Peking, Kina, att något konstigt har pågått i deras labb där de studerar elektroreologiska vätskor i några år.
Basen för deras elektroreologiska vätskor är silikonolja, en tjock viskös vätska som är anmärkningsvärt robust och stabil.
Men Lu och co har märkt något konstigt när de lägger till nanopartiklar av titanoxid till silikonolja – det börjar plötsligt avdunsta. De har funnit att på bara några dagar försvinner en betydande del av vätskan helt enkelt.
Det är en stor överraskning. Ren silikonolja kan lagras i år eller till och med årtionden utan en antydan till någon avdunstning. Det är svårt att föreställa sig vad som kan få det här att flyta upp i luften.
Lu och co har undersökt fenomenet. De har testat nanopartiklar av olika storlekar och material, suspensionens densitet och till och med två olika mineralformer av titanoxid.
Det är lätt att föreställa sig att nanopartiklar som flyter på ytan av vätskan ökar ytan och att det är detta som tillåter en ökad avdunstning.
Lu och co säger att det inte är vad som händer i deras labb. De ger två skäl. För det första är förångningshastigheten för ren silikonolja så låg till att börja med att även om nanopartiklarna fördubblade ytan, kunde detta inte förklara den dramatiska avdunstning de mäter.
För det andra, om en ökning av ytan var ansvarig, borde det vara möjligt att öka avdunstningshastigheten med mindre nanopartiklar.
Men det händer inte. Faktum är att det verkar finnas en optimal partikelstorlek under vilken avdunstningshastigheten saktar ner.
Mätningarna har skapat ytterligare en överraskning. Lu och co testade avdunstningshastigheten med två typer av titanoxidnanopartiklar som kallas anatas och rutil, som har olika kristallina strukturer. Och det är detta som visar sig ha störst inverkan på avdunstningshastigheten.
Att förstå varför är en utmaning. Anatas titanoxid bildar kristaller med väldefinierade kanter - så nanopartiklarna är inte sfäriska. Lu och co spekulerar att molekylerna av olja på ytan av en kristall som närmar sig dessa kanter är mindre starkt bundna än andra molekyler.
Följaktligen flyter dessa molekyler lättare iväg (se figuren ovan). De antar att det är denna process som påskyndar avdunstning men de säger att det krävs mer arbete för att karakterisera exakt vad som händer.
Det är ett oerhört betydelsefullt fynd. Möjligheten att påskynda avdunstningen av olja kan få viktiga konsekvenser inom alla möjliga områden, till exempel i hur ingenjörer rensar upp oljeutsläpp och andra former av föroreningar.
Sedan finns det möjlighet att upprepa denna process i vatten. Förbättrad avdunstning kan dramatiskt förändra ekonomin för avsaltning, vilket ger billigt rent vatten till områden som tidigare varit utan. En ökad avdunstningshastighet kommer att leda till effektiv och ekonomisk rening av förorenat vatten, eller avsaltning av havsvatten, säger Lu och co.
Men om Lu och co.s mekanism är korrekt kommer vatten att vara svårare att erövra än olja. Eftersom det är mindre trögflytande tenderar nanopartiklar av titanoxid att falla ut ur vätskan. Det skulle göra det svårt att utlösa den mekanism som Lu och co beskriver.
Ändå är det inte bortom möjligheterna att kemister hittar något praktiskt knep för att förhindra detta, kanske med andra kristaller eller med beläggningar av ett eller annat slag.
Vad som är säkert är att Lu och cos arbete kommer att generera ett stort intresse. Ekonomin för vattenrening och oljesanering är av största vikt.
Ref: arxiv.org/abs/1210.6101 : Nanopartikelförstärkt avdunstning av vätskor: en fallstudie av silikonolja och vatten