جلوگیری از رسوب‌گرفتن لوله‌های صنعتی آب و مواد شیمیایی با کمک الماس!

به گزارش مجله خبری نگار/رکنا، یکی از چالش‌های رایج در لوله‌های صنعتی که برای انتقال آب یا مواد شیمیایی مورد استفاده قرار می‌گیرند، تشکیل رسوبات معدنی در طول زمان است. این رسوبات می‌توانند باعث تنگ شدن مسیر عبور جریان، کاهش سرعت مواد و در نهایت آسیب دیدگی تجهیزات شوند. نتیجه این مشکلات، فشار بیشتر بر هزینه‌های عملیاتی و نیاز به تعمیرات دوره‌ای مکرر خواهد بود. برای جلوگیری از این مشکل، روش‌های مختلفی مانند بکارگیری سختی‌گیر‌های آب، بازدارنده‌های شیمیایی برای ممانعت از تجمع رسوبات و استفاده از مواد خاص برای ساخت یا پوشش داخلی لوله‌ها وجود دارد. با این حال، هر یک از این روش‌ها محدودیت‌ها یا معایب خاص خود را دارند. اکنون محققان دانشگاه رایس واقع در هیوستون تگزاس راهکاری جدید برای مقابله با این مشکلات توسعه داده‌اند: استفاده از پوشش‌هایی که از الماس‌های تولید شده در آزمایشگاه ساخته می‌شوند.

پوشش‌های الماسی: راهی برای تمیز ماندن بدون دخالت

به نقل از گزارش اس اف، پژوهشگران در حوزه علم مواد می‌گویند که انتخاب الماس برای این کار به دلیل توانایی آن در ماندن بدون نیاز به تمیز شدن مداوم است. همین‌طور، مطالعات پیشین نشان داده‌اند که علاوه بر سختی و پایداری شیمیایی، الماس می‌تواند از رشد باکتری‌ها نیز جلوگیری کند. برای انجام این تحقیقات، تیم علمی ابتدا فیلم‌هایی از جنس الماس آزمایشگاهی ایجاد کردند. این کار با روشی موسوم به رسوب دهی بخار شیمیایی با پلاسمای مایکروویو (MPCVD) انجام شد که یک روش رایج برای تولید الماس مصنوعی به شمار می‌رود.

فرآیند تولید الماس‌های مصنوعی

در این فرآیند، گاز‌های متان و هیدروژن به یک محفظه راکتور منتقل شدند که در آن ویفر‌های سیلیکونی وجود داشت. پیش از این، ویفر‌ها با یک محلول حاوی نانوالماس پوشش داده شده بودند. سپس، تابش مایکروویو با توان بالا اتم‌های موجود در گاز‌ها را به حالت پلاسما درآورد، حالتی که بسیار داغ و پرانرژی است. این شرایط منجر به آزاد شدن اتم‌های کربن و ثابت شدن آنها بر روی ویفر‌ها شد و در نهایت، طی چند ساعت، ساختار الماس شکل گرفت. در مرحله بعد، سطح فیلم‌ها با گاز‌های مختلف اصلاح شد تا تغییرات ریزی روی آنها ایجاد شده و عملکرد هر نسخه ارزیابی شود.

کاهش قابل توجه رسوب با پوشش‌های اصلاح شده

برای آزمایش عملکرد این فیلم‌ها، نمونه‌ها به مدت ۲۰ ساعت در دمای اتاق داخل محلولی فوق اشباع از کلسیم سولفات قرار گرفتند تا رسوبات معدنی روی آنها تشکیل شود. نتایج حاکی از این بود که فیلم الماسی با پایانه نیتروژن تا بیش از ۱۰ برابر کمتر از نسخه‌های دیگر که دارای پایانه‌هایی از اکسیژن، هیدروژن یا فلوئور بودند، رسوب‌پذیری داشت. همچنین، در این نوع فیلم، رسوبات تنها به شکل خوشه‌های پراکنده کریستالی دیده شدند، برخلاف نمونه‌های دیگر که لایه‌های فشرده تشکیل می‌دادند و حذف آنها دشوارتر بود. آزمایش روی الکترود‌های الماسی افزوده با بور نیز نشان داد که میزان رسوب تا هفت برابر کمتر از الکترود‌های بدون پوشش است.

کاربرد‌های گسترده در صنایع مختلف

نتایج این تحقیقات فیلم‌های الماسی پلی‌کریستالی تولید شده از طریق بخار را به عنوان یک ماده مقاوم و بادوام در برابر رسوب معرفی می‌کند؛ ماده‌ای که می‌تواند کاربرد‌های گسترده‌ای در نمک‌زدایی آب، سامانه‌های انرژی و سایر صنایع داشته باشد که در آنها تجمع رسوبات معدنی چالش‌برانگیز است. در آینده، این پوشش‌های الماسی ممکن است به طور گسترده در لوله‌های صنعتی، تولید نفت و گاز و تجهیزات تولید انرژی مورد استفاده قرار گیرند.