ПЕРСПЕКТИВА ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ АНТИАДГЕЗИОННЫХ ПОКРЫТИЙ ДЛЯ ПЫЛЕУЛАВЛИВАНИЯ

Автор: Митина М.С., Кутняшенко И.В.
Источник: Экологические проблемы индустриальных мегаполисов: Сборник трудов научно–практической конференции. Донецк–Авдеевка — 3–5 июня 2013., — Донецк, ДонНТУ Министерства образования и науки Украины, 2013 — 243–246 с.

На территории Донецкой области сосредоточена большая часть промышленного потенциала Украины. Высокая концентрация промышленных мощностей создала огромную нагрузку на биосферу. В связи с этим, по причине выбора пылеуловителей с недостаточным обеспечением их надежности и эффективности, возникла проблема газопылевых выбросов. Эта проблема обусловлена недостаточным уровнем знаний физико– химических свойств пыли (дисперсность, смачиваемость, абразивность, слипаемость и т. д.).

Одним из относительно простых способов увеличения эффективности является использование адгезионных свойств поверхностей. Явление адгезии наблюдается на начальной стадии пылеулавливания, когда частицы осаждаются на чистую поверхность. В дальнейшем, после образования монослоя частиц, удержание вновь поступающей пыли обуславливается силами аутогезии. Для эффективного применения этого явления необходимо проведение исследований, в области адгезионных и аутогезионных свойств различных поверхностей.

Существуют способы изменения этих адгезионных свойств с помощью различных напылений. Например краски на основе наночастиц с применением эффекта лотоса или эффекта розовых лепестков.

Эффект лотоса — эффект крайне низкой смачиваемости поверхности. Вода, попадающая на поверхность, сворачивается в шарикообразные капли и при стекании захватывает с собой частицы пыли, тем самым очищая поверхность. Благодаря высокому поверхностному натяжению капли воды стремятся уменьшить поверхность, собираясь в сферическую форму. При контакте жидкости с поверхностью силы сцепления приводят к смачиванию поверхности. Степень смачивания зависит от структуры поверхности и от натяжения капли жидкости.

Покрытие ворсинками частицы пыли соприкасаются с загрязненной поверхностью и каплями жидкости. Жидкость остается в сферической форме соединяясь с поверхностью, уносит за собой загрязнения. Регулируя условия, в которых проходит процесс можно получить прочную, износостойкую и одновременно прозрачную гидрофобную плёнку для многих систем. Такой подход позволяет покрыть сверхгидрофобной плёнкой многие поверхности: стекло, пластик, бумагу, т.е любое покрытие, способное выдержать условия осаждения.

Изучив условия, в которых проявляется эффект лотоса, можно объяснить, как он реализуется на наноуровне. Сделать это можно представив поверхность покрытую зубцами. Если положить на зубцы частицу пыли, то площадь его соприкосновения с поверхностью будет минимальной — только в местах контакта с зубцами. Если ту же частицу положить на гладкую поверхность, площадь соприкосновения значительно увеличиться.

На сегодня эффекта лотоса нашел, свое применение в автомобилях. Они предназначены для визуальной маскировки повреждений и царапин на поверхности, восстановление свойств лакокрасочного покрытия или стекол автомобиля и придания им способности к самоочистке.

Такие свойства покрытий будут весьма востребованы для аппаратов химической промышленности. Для получения более конкретных результатов необходимо производить исследования в этой области.

Схожий по смыслу эффект розовых лепестков действует в обратном действии, капли воды удерживаются на поверхности, за счет наличия нанокристаллалов, которые заставляют воду сворачиваться в шарики. Такие свойства могут послужить при создании жидкого адсорбционного слоя на поверхности аппарата.

Для обеспечения минимальной смачиваемости поверхности также возможно использование ферромагнитной жидкости и постоянных магнитов. Ферромагнитная жидкость — жидкость, сильно поляризующаяся в присутствии магнитного поля. Ферромагнитные жидкости состоят из частиц нанометровых размеров магнетита, гематита или другого материала, содержащего железо. Ферромагнитные жидкости устойчивы: их твердые частицы не слипаются и не выделяются в отдельную фазу даже в очень сильном магнитном поле. Ферромагнитная жидкость способна снижать трение. Нанесенная на поверхность достаточно мсильного магнита, например неодимового, она позволяет магниту скользить по гладкой поверхности с минимальным сопротивлением.

Магнитные жидкости представляют собой коллоидные дисперсии магнитных материалов с частицами размером от 5 нанометров до 10 микрометров, стабилизированные в полярной и неполярной средах с помощью поверхностно–активных веществ или полимеров. Они сохраняют устойчивость в течение двух–пяти лет и обладают при этом хорошей текучестью в сочетании с магнитными свойствами.

Также возможно использование материалов с очень малым коэффициентом трения. Ярким представителем таких материалов является тефлон. Очень малый коэффициент трения (меньше чем у тающего льда) и, и соответственно, меньшая слипаемость частиц делают его уникальным. Покрытие поверхностей тефлоном увеличивает их срок службы, уменьшит износ и увеличит эффективность пылеосаждения. Кроме того, тефлон может работать при высоких температурах газов (до 260°С), что также является весомым преимуществом.

Как мы видим, способов изменения адгезионных свойств поверхности достаточно. Для использования этих методов необходимо дальнейшее исследование таких поверхностей на предмет использования в условиях химической промышленности.