Ползучесть соли: явление, которое наблюдается как в природных, так и в промышленных процессах
Явление ползучести соли описывает процесс, при котором кристаллы соли из испаряющихся растворов собираются и мигрируют на поверхности. Как только они начинают собираться, кристаллы «ползут», распространяясь от раствора.
Согласно исследователям, такое поведение может привести к повреждениям или быть использовано с пользой, в зависимости от контекста.
Новое исследование
Новое исследование, опубликованное 30 июня в журнале Langmuir, впервые демонстрирует ползучесть соли на уровне отдельных кристаллов и под мениском жидкости.
«Работа не только объясняет, как начинается ползучесть соли, но и почему и когда она начинается», — говорит Джозеф Фелим Муни, постдок в Лаборатории исследований устройств MIT и один из авторов нового исследования. «Мы надеемся, что такой уровень понимания поможет другим специалистам, независимо от того, решают ли они проблемы нехватки воды, сохранения древних настенных росписей или проектирования более долговечной инфраструктуры».
Значение работы
Работа впервые наглядно демонстрирует, как растут кристаллы соли и взаимодействуют с поверхностями под мениском жидкости. Это явление десятилетиями обсуждалось в теории, но никогда не было зафиксировано или подтверждено на таком уровне. Исследование открывает фундаментальные возможности, которые могут повлиять на широкий спектр областей — от добычи полезных ископаемых и опреснения воды до создания противообрастающих покрытий, мембранных конструкций для науки о разделении и даже сохранения произведений искусства, где повреждение солью представляет серьёзную угрозу для исторических материалов.
Применение в гражданском строительстве
В гражданском строительстве исследование может помочь объяснить, почему и когда кристаллы соли начинают расти на таких поверхностях, как бетон, камень или строительные материалы. «Эти кристаллы могут оказывать давление и вызывать растрескивание или отслаивание, снижая долговечность конструкций», — говорит Муни. «Определив момент, когда соль начинает ползти, инженеры могут лучше проектировать защитные покрытия или дренажные системы для предотвращения такого вида деградации».
Для сохранения произведений искусства
В области сохранения произведений искусства, где соль может нанести ущерб настенным росписям, фрескам и древним артефактам, часто формируясь под поверхностью до появления видимых повреждений, работа может помочь определить точные условия, при которых соль начинает двигаться и распространяться. Это позволит реставраторам действовать раньше и более точно для защиты объектов наследия.
Начало работы
Работа началась во время стипендии Муни в рамках программы Marie Curie в MIT. «Я был сосредоточен на улучшении систем опреснения и быстро столкнулся с серьёзным препятствием в виде накопления соли», — говорит он. «Соль была повсюду: покрывала поверхности, забивала пути потока и снижала эффективность наших проектов. Я понял, что мы не до конца понимаем, как и почему соль начинает ползти по поверхностям».
Этот опыт привёл Муни к сотрудничеству с коллегами для изучения основ кристаллизации соли на границе раздела воздух-жидкость-твёрдое тело. «Мы хотели рассмотреть поближе, действительно увидеть момент, когда соль начинает двигаться, поэтому обратились к рентгеновской микроскопии in situ», — говорит он. «То, что мы обнаружили, дало нам совершенно новый взгляд на загрязнение поверхностей, деградацию материалов и контролируемую кристаллизацию».
Новое исследование может фактически позволить лучше контролировать процессы кристаллизации, необходимые для удаления соли из воды в системах нулевого сброса жидкости. Оно также может быть использовано для объяснения того, как и когда происходит образование накипи на поверхностях оборудования, и может поддержать новые климатические технологии, зависящие от интеллектуального контроля испарения и кристаллизации.
Работа также поддерживает применение в области добычи полезных ископаемых и соли, где ползучесть соли может быть как узким местом, так и возможностью. В этих приложениях Муни говорит: «Понимая точную физику формирования соли на поверхностях, операторы могут оптимизировать рост кристаллов, повышая скорость извлечения и сокращая материальные потери».
Соавторами Муни по статье являются исследователи из Лаборатории устройств MIT Омер Рефет Кайлан, Бачир Эль Фил (ныне доцент Технологического института Джорджии) и Ленан Чжан (ныне доцент Корнельского университета), Джефф Панч и Ванесса Иган из Университета Лимерика и Джинтонг Гао из Корнелла.