Opis projektu
Skuteczne zabezpieczanie powierzchni przed kamiennymi osadami
Na systemy przemiany energii i uzdatniania wody negatywnie wpływają zanieczyszczenia w postaci osadów kamienia, które tworzą się na twardych podgrzanych powierzchniach pod wpływem kontaktu z wodą, powodując wytrącanie się rozpuszczonych soli i wzrost ich nasycenia, co z kolei prowadzi do wzrastania kryształów i tym samym wytrącania się niepożądanych osadów. Krystalizujące sole, takie jak węglan wapnia i siarczan wapnia, mogą znacznie hamować transfer ciepła w wymiennikach ciepła i zmniejszać przepływ strumienia wody w membranach. Pomimo znacznych wysiłków naukowcom jak dotąd nie udało się opracować skutecznych powłok odpornych na krystalizację, które nie wymagałyby wykorzystywania składników aktywnych, takich jak środki przeciwko osadzaniu się kamienia, czyli antyskalanty. Zespół finansowanego przez UE projektu DESCALE zbada procesy, które mogą hamować nukleację (powstawanie zarodków krystalizacji) i zlepianie się pojedynczych kryształów, aby zaprojektować odporne na krystalizację materiały w oparciu o ich skład i topografię. Dzięki temu możliwe będzie produkowanie materiałów o powierzchniach odpornych na tworzenie się osadów kamienia, które wyeliminują potrzebę stosowania antyskalantów i tym samym będą bardziej przyjazne dla środowiska.
Cel
Crystallization fouling, a process where scale forms on surfaces, is pervasive in nature and technology, negatively impacting the energy conversion and water treatment industries. Despite significant efforts, rationally designed materials that are intrinsically resistant to crystallization fouling without the use of active methods like antiscalant additives (which can persist long after their disposal and the toxicological impact of which in effluent is questioned) remain elusive. This is because antiscalant surfaces are constructed today without sufficient reliance on an intricate but necessary science-base, of how interweaved interfacial thermofluidics, nucleation thermodynamics, and surface nanoengineering control the onset of nucleation and adhesion of frequently encountered scaling salts like calcium carbonate and calcium sulfate. Such scaling salts are common components of fouling deposits in industrial heat exchangers and membranes, which significantly inhibit heat transfer and flow performance. Therefore, guided by interfacial thermofluidic and thermodynamics theories, and employing advanced experimental methods in the areas of surface nanoengineering and diagnostics, this project will develop an integrated knowledge-base for how engineered surfaces can beneficially interact with interfacial transport phenomena in order to significantly advance antiscalant surfaces. We aim to pinpoint mechanisms for inhibiting scale nucleation and reducing adhesion in order to design and engineer antiscalant materials based on the collaborative action of their composition and topography. The effects of surface texture curvature, surface composition, and substrate compliance on scale nucleation and adhesion have intertwined and sometimes competing impacts, which we aim at elucidating to realize high performance scale-phobic surfaces. Connected to this are cutting edge materials fabrication techniques and considerations to the development of surfaces for future applications.
Dziedzina nauki
- natural sciencesphysical sciencesastronomyplanetary sciencesplanetary geology
- natural scienceschemical sciencesinorganic chemistryalkaline earth metals
- natural sciencesphysical sciencesthermodynamics
- engineering and technologynanotechnologynano-materials
- engineering and technologyenvironmental engineeringenergy and fuelsenergy conversion
Słowa kluczowe
Program(-y)
Temat(-y)
System finansowania
ERC-STG - Starting GrantInstytucja przyjmująca
8092 Zuerich
Szwajcaria