211service.com
Versnelde verdamping, olielozingen en de economie van waterontzilting
Hier is een interessante puzzel. Elektrorheologische vloeistoffen zijn niet-geleidende oliën die een laagje diëlektrische nanodeeltjes bevatten, zoals titaniumoxide. Door een elektrisch veld op deze vloeistoffen aan te brengen, worden de nanodeeltjes samengedrukt, waardoor de vloeistof vast wordt.
Elektrorheologische vloeistoffen hebben allerlei toepassingen in apparaten zoals schokdempers, remmen en kunstheupen, waar ingenieurs ze gebruiken om de weerstand tegen beweging onmiddellijk te veranderen.
Maar vandaag zeggen Kunquan Lu en vrienden van het Institute of Physics in Peking, China, dat er iets vreemds aan de hand is in hun laboratorium waar ze al enkele jaren elektrorheologische vloeistoffen bestuderen.
De basis voor hun elektrorheologische vloeistoffen is siliconenolie, een dikke stroperige vloeistof die opmerkelijk robuust en stabiel is.
Maar Lu en co hebben iets vreemds opgemerkt wanneer ze nanodeeltjes titaniumoxide aan siliconenolie toevoegen - het begint plotseling te verdampen. Ze hebben ontdekt dat in slechts een paar dagen een aanzienlijk deel van de vloeistof gewoon verdwijnt.
Dat is een enorme verrassing. Pure siliconenolie kan jaren of zelfs decennia worden bewaard zonder een spoor van verdamping. Het is moeilijk voor te stellen wat dit spul ertoe zou kunnen brengen om in de lucht te zweven.
Lu en co hebben het fenomeen onderzocht. Ze hebben nanodeeltjes van verschillende groottes en materialen, de dichtheid van de suspensie en zelfs twee verschillende minerale vormen van titaniumoxide getest.
Het is gemakkelijk voor te stellen dat nanodeeltjes die aan het oppervlak van de vloeistof drijven, het oppervlak vergroten en dat dit een verhoogde verdampingssnelheid mogelijk maakt.
Lu en co zeggen dat dat niet is wat er in hun lab aan de hand is. Ze geven twee redenen. Ten eerste is de verdampingssnelheid van pure siliconenolie zo laag om mee te beginnen dat zelfs als de nanodeeltjes het oppervlak verdubbelen, dit de dramatische verdamping die ze meten niet kan verklaren.
Ten tweede, als een vergroting van het oppervlak verantwoordelijk zou zijn, zou het mogelijk moeten zijn om de verdampingssnelheid te verhogen met kleinere nanodeeltjes.
Maar dat gebeurt niet. In feite lijkt er een optimale deeltjesgrootte te zijn waaronder de verdampingssnelheid vertraagt.
De metingen hebben voor nog een verrassing gezorgd. Lu en co testten de verdampingssnelheid met twee soorten titaniumoxide-nanodeeltjes, anatase en rutiel genaamd, die verschillende kristallijne structuren hebben. En dit blijkt de grootste invloed te hebben op de verdampingssnelheid.
Begrijpen waarom is een uitdaging. Anatase-titaanoxide vormt kristallen met goed gedefinieerde randen, dus de nanodeeltjes zijn niet bolvormig. Lu en co speculeren dat de oliemoleculen op het oppervlak van een kristal in de buurt van deze randen minder sterk gebonden zijn dan andere moleculen.
Daardoor drijven deze moleculen makkelijker weg (zie figuur hierboven). Ze veronderstellen dat dit proces de verdamping versnelt, maar ze zeggen dat er meer werk nodig is om precies te karakteriseren wat er aan de hand is.
Dat is een enorm belangrijke bevinding. Het kunnen versnellen van de verdamping van olie kan op allerlei terreinen belangrijke gevolgen hebben, bijvoorbeeld voor de manier waarop ingenieurs olielekkages en andere vormen van vervuiling opruimen.
Dan is er de mogelijkheid om dit proces in water te herhalen. Verbeterde verdamping kan de economie van ontzilting drastisch veranderen, waardoor goedkoop schoon water naar gebieden komt die voorheen niet bestonden. Een verhoogde verdampingssnelheid zal leiden tot een effectieve en economische behandeling van vervuild water, of ontzilting van zeewater, zeggen Lu en co.
Als het mechanisme van Lu en co. echter correct is, zal water moeilijker te veroveren zijn dan olie. Omdat het minder viskeus is, hebben nanodeeltjes van titaniumoxide de neiging om uit de vloeistof te precipiteren. Dat zou het moeilijk maken om het mechanisme te activeren dat Lu en co beschrijven.
Desalniettemin is het niet uitgesloten dat scheikundigen een handige truc zullen vinden om dit te voorkomen, misschien met andere kristallen of met een of andere coating.
Wat zeker is, is dat het werk van Lu en co veel belangstelling zal wekken. De economische aspecten van waterzuivering en oliereiniging zijn van het grootste belang.
Referentie: arxiv.org/abs/1210.6101 : Nanodeeltjes verbeterde verdamping van vloeistoffen: een case study van siliconenolie en water