Монослои, подавляющие испарение
 | Судя по всему, основной автор этой статьи тесно связан с ее предметом. ( Март 2014 г. ) |
, подавляющие испарение, Монослои — это материалы, которые при нанесении на границу раздела воздух/вода растекаются (или самособираются ) и образуют тонкую пленку на поверхности воды. Целью этих материалов является снижение потерь воды на испарение из плотин и водохранилищ.
Механизм
[ редактировать ]Конкретный механизм, лежащий в основе устойчивости монослоя к испарению, объясняется физическим барьером, образованным присутствием этих материалов на поверхности воды (см. Рисунок). [1] Степень, в которой материал может противостоять испарению воды, лучше всего рассматривать в каждом конкретном случае, однако сообщалось о ряде формул, полученных эмпирическим путем. До появления методов поверхностной спектроскопии, таких как микроскопия под углом Брюстера (BAM) и рентгеновская рефлектрометрия скользящего падения (GIXD), считалось, что межмолекулярное расстояние между молекулами монослоя является крупнейшим определяющим фактором, определяющим подавление испарения. Когда поверхностная плотность монослоя была достаточно мала, предполагалось, что молекулы воды проходят через пространство между молекулами. [2] [3] [4] [5] Однако результаты рассеяния и визуализации показали, что межмолекулярное расстояние между молекулами монослоя практически постоянно и что испарение более вероятно на границах доменов. [6] Факторами, определяющими эффективность монослоя, подавляющего испарение, являются способность оставаться плотно упакованными, несмотря на изменения поверхностного давления, способность прилипать к поверхности воды и к соседним молекулам. [7]
История
[ редактировать ]Ирвинг Ленгмюр точно описал геометрическую структуру монослойной пленки на воде в 1917 году, за эту работу он позже был удостоен Нобелевской премии по химии. [8] О свойствах подавления испарения этих материалов впервые сообщил Ридал в 1920-х годах. [9] В 1940-х годах Ленгмюр и Шефер количественно оценили сопротивление испарению и его зависимость от температуры. [10] Эта работа была продолжена Арчером и Ла Мером в следующем десятилетии, которые наблюдали зависимость от поверхностного давления, длины цепи, фазы монослоя, состава субфазы и температуры поверхности. [4] В это время в Австралии Мэнсфилд проводил крупномасштабные полевые испытания. [11] Он сообщил, что результаты, полученные в лабораторных условиях, не могут быть воспроизведены в реальных условиях, поскольку пыль и ветер отрицательно влияют на эффективность подавления испарения.
В последующие десятилетия исследовательские усилия были сосредоточены на многокомпонентных монослойных материалах, таких как гексадеканол + октадеканол . [12] изменение количества атомов углерода в алифатической цепи, [13] а затем добавление полимеризованных поверхностно-активных веществ для повышения стабильности монослоя. [14]
Требуются более качественные монослойные материалы, а также более совершенные методы распределения монослоев, хотя в настоящее время не существует решения этих проблем. [15]
Несмотря на исследования в этой области на протяжении большей части 20-го века, на рынок так и не поступило ни одного долговечного, эффективного и недорогого продукта. В последнее время достижения в области экспериментальных методов и методов моделирования расширили понимание этих материалов.
Последние события
[ редактировать ]Во время длительной засухи в Австралии в начале этого столетия ученые из ряда исследовательских институтов, в том числе проф. Дэвид Соломон, изобретатель полимерных банкнот . [16] приступили к разработке продукта, который был бы эффективным, устойчивым к вредному воздействию ветра и доступным по цене. В дополнение к небольшим и крупномасштабным полевым испытаниям были использованы новые методы, в том числе новый испарительный резервуар с контролируемой климатической системой для имитации воздействия ветра и волн. [17] а компьютерное моделирование было впервые использовано для связи динамических и геометрических свойств на атомистическом уровне, при этом испарение подавляло производительность на макроскопическом уровне. [18] [19] [20] Было обнаружено, что использование монооктадецилового эфира этиленгликоля существенно снижает сопротивление испарению при наличии ветра, а добавление водорастворимого полимера еще больше повышает его эффективность. [7] [21]
Коммерческие продукты
[ редактировать ]WaterGuard производства Aquatain рекламирует материал на основе полимера, который уменьшает испарение воды. [22] Другие продукты включают Solarpill [23] и Water$aver . [24] Эффективность этих продуктов не доказана. [ нужна ссылка ]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Барнс, Г., и Джентл, И. (2011). Межфазная наука: введение. Издательство Оксфордского университета.
- ^ Бланк, М. (1964). Подход к теории проникновения газов в монослой. Журнал физической химии, 68 (10), 2793–2800.
- ^ Бланк М. и Бриттен Дж. С. (1965) Транспортные свойства конденсированных монослоев. Журнал коллоидной науки, 20 (8), 789-800.
- ^ Перейти обратно: а б Арчер, Р.Дж. и Мер, ВКЛ (1955). Скорость испарения воды через монослои жирных кислот. Журнал физической химии, 59 (3), 200–208.
- ^ Барнс, GT, Квикенден, TI, и Сэйлор, JE (1970). Статистический расчет проникновения воды в монослой. Журнал коллоидной и интерфейсной науки, 33 (2), 236-243.
- ^ МакНэми, К.Э., Барнс, Г.Т., Джентл, И., Пэн, Дж.Б., Стейц, Р., и Проберт, Р. (1998). Сопротивление испарению смешанных монослоев октадеканола и холестерина. Журнал коллоидной и интерфейсной науки, 207 (2), 258-263.
- ^ Перейти обратно: а б Прайм, Э.Л., Тран, Д.Н., Плаззер, М., Сунартио, Д., Люнг, А.Х., Япанис, Г., ... и Соломон, Д.Х. (2012). Рациональная конструкция монослоев для улучшения снижения испарения воды. Коллоиды и поверхности А: Физико-химические и инженерные аспекты, 415, 47-58.
- ^ Ленгмюр, И. (1916). СОСТАВ И ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ТВЕРДОГО ТВЕРДОГО ТЕЛА И ЖИДКОСТЕЙ. ЧАСТЬ I. ТВЕРДЫЕ ВЕЩЕСТВА. Журнал Американского химического общества, 38 (11), 2221–2295.
- ^ Ридеал, ЕК (1925). О влиянии тонких поверхностных пленок на испарение воды. Журнал физической химии, 29 (12), 1585–1588.
- ^ Ленгмюр, И., и Шефер, В.Дж. (1943). Скорость испарения воды через сжатые монослои на воде. Журнал Института Франклина, 235 (2), 119–162.
- ^ Мэнсфилд, WW Влияние монослоев на естественную скорость испарения воды. Природа, 175, 247.
- ^ Фулдс, Э.Л., и Дресслер, Р.Г. (1968). Эффективность монослойных смесей спиртов с нечетной и четной углеродной цепью в подавлении испарения воды. Исследования и разработки продуктов промышленной и инженерной химии, 7 (1), 75-79.
- ^ Симко, Эй.Дж., и Дресслер, Р.Г. (1969). Исследование жирных спиртов и смесей C20–C25 в качестве ингибиторов испарения воды. Исследования и разработки продуктов промышленной и инженерной химии, 8 (4), 446-450.
- ^ Фукуда К., Като Т., Мачида С. и Симидзу Ю. (1979). Бинарные смешанные монослои поливинилстеарата и простых длинноцепочечных соединений на границе раздела воздух/вода. Журнал коллоидной и интерфейсной науки, 68 (1), 82-95.
- ^ Барнс, GT (2008) Обзор: Потенциал монослоев уменьшить испарение из больших хранилищ воды. Сельскохозяйственное водное хозяйство, 95, 339-353
- ^ «Полимерные банкноты — CSIROpedia» . Архивировано из оригинала 12 февраля 2014 г. Проверено 14 февраля 2014 г.
- ^ Схоутен П., Путланд С., Лемкерт К., Андерхилл И., Соломон Д., Сунартио Д., ... и Цяо Г. (2012). Оценка однослойной системы подавления испарения в резервуаре с контролируемой волной: пилотное исследование. Австралийский журнал водных ресурсов, 16 (1).
- ^ Генри, DJ, Деван, В.И., Прайм, Э.Л., Цяо, Г.Г., Соломон, Д.Х., и Яровский, И. (2010). Монослойная структура и устойчивость к испарению: исследование молекулярной динамики октадеканола на воде. Журнал физической химии B, 114 (11), 3869-3878.
- ^ Плаззер, М.Б., Генри, DJ, Япанис, Г., и Яровский, И. (2011). Сравнительное исследование обычно используемых силовых полей молекулярной динамики для моделирования органических монослоев на воде. Журнал физической химии B, 115 (14), 3964-3971.
- ^ Тран, Д.Н., Прайм, Э.Л., Плаззер, М., Люнг, А.Х., Япанис, Г., Кристоферсон, А.Дж., ... и Соломон, Д.Х. (2013). Молекулярные взаимодействия, лежащие в основе синергического эффекта в смешанных монослоях 1-октадеканола и монооктадецилового эфира этиленгликоля. Журнал физической химии B, 117 (13), 3603-3612.
- ^ «AU2009001684 МЕТОД КОНТРОЛЯ ИСПАРЕНИЯ ВОДЫ» . Patentscope.wipo.int . Проверено 8 марта 2014 г.
- ^ «Жидкие инновации! - Домой» . Aquatain.com . Проверено 8 марта 2014 г.
- ^ «SmartPool AP72 SolarPill SolarPill Liquid Ball Solar Одеяло для бассейнов емкостью до 30 000 галлонов» . PoolSupplyWorld.com . Проверено 8 марта 2014 г.
- ^ «Ватерсавр» . Гибкие решения. Архивировано из оригинала 8 марта 2014 г. Проверено 8 марта 2014 г.