Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Woda znajdująca się na zimnej powierzchni zanim zamarznie musi się ogrzać. Odkrycie dokonane przez naukowców z Cambridge University i Uniwersytetu Technologicznego w Grazu pozwoli lepiej zrozumieć i kontrolować proces zamarzania.

Anton Tamtögl i jego zespół przeprowadzili eksperymenty z molekułami wody umieszczonymi na zimnym grafenie i zauważyli, że początkowo odpychają się one od siebie. Dopiero pojawienie się dodatkowej energii pozwala im na zmianę orientacji i utworzenie wiązań elektrostatycznych.

Gdy woda trafia na zimną powierzchnię, zachodzi proces nukleacji, w wyniku którego molekuły tworzą wiązania i błyskawicznie pojawiają się kryształy lodu. Zjawisko to było intensywnie badane w skali makroskopowej. Jednak trudno je badać na poziomie molekuł, gdyż zamarzanie zachodzi bardzo szybko, w czasie pikosekund.

Naukowcy z Cambridge wykorzystali nowatorką technikę badawczą zwaną echem spinowym helu-3. Polega ona na rozpraszaniu strumienia spolaryzowanych atomów helu. Atomy docierają do badanych powierzchni w skoordynowanych pakietach, a czas pomiędzy kolejnymi pakietami mierzony jest w pikosekundach. Ruch molekuł na powierzchni powoduje różnice w fazach pakietów. A różnice te można wychwycić i na ich podstawie badać zjawiska zachodzące w czasie pikosekund.

Badania ujawniły, że początkowo wszystkie molekuły wody przyczepiają się do zimnej powierzchni grafenu w ten sam sposób, z oboma atomami wodoru przy powierzchni i atomem tlenu powyżej. Molekuły wody są dipolami. Od strony tlenu mamy ładunek ujemny, od strony wodoru – dodatni. Tak więc pomiędzy identycznie zorientowanymi molekułami dochodzi do odpychania się, co uniemożliwia nukleację. Naukowcy zauważyli, że zjawisko to może zostać przezwyciężone poprzez ogrzanie molekuł. Dopiero wówczas zmieniają one orientację tak, że zaczynają się przyciągać, co rozpoczyna proces nukleacji.

Naukowcy, chcąc lepiej zrozumieć to zjawisko, przeprowadzili symulacje komputerowe ukazujące zachowanie molekuł wody przy różnych energiach. Zgodnie z ich oczekiwaniami, symulacje wykazały, że zmieniając ilość ciepła dostarczonego do molekuł, można powstrzymywać lub rozpoczynać proces nukleacji.

Odkrycie może doprowadzić do opracowania nowych technik ochrony przed formowaniem się lodu na skrzydłach samolotów, turbinach wiatrowych czy sprzęcie telekomunikacyjnym. Pozwoli też lepiej zrozumieć proces formowania się i topnienia lodu w lodowcach, a to z kolei da nam lepsze zrozumienie ziemskiej kriosfery i wpływu ocieplenia klimatu.

Z wynikami badań można zapoznać się na łamach Nature Communications.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Czy mam rozumieć, że homeopaci jednak mają rację i że woda ma pamięć? ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Faktycznie! To wyjaśnia dlaczego "już niewielka utrata wody, bo ok. 1% masy ciała powoduje pogorszenie pamięci i zaburzenia koncentracji!" :lol:

  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
45 minut temu, Sławko napisał:

Faktycznie! To wyjaśnia dlaczego "już niewielka utrata wody, bo ok. 1% masy ciała powoduje pogorszenie pamięci i zaburzenia koncentracji!" :lol:

To wiele wyjaśnia, idę się napić, o ile nie zapomnę po co tu przylazłem do tego kranu :/

Share this post


Link to post
Share on other sites
3 godziny temu, peceed napisał:

Efekt Mbempy wyjaśniony

No jeśli przyczyną mają być słabe wiązania H+<->O- , to powinno to być widoczne w zależności ciepła właściwego od temperatury. Tymczasem ta zależność jest dość słaba.

 

Share this post


Link to post
Share on other sites

Dla mnie to wygląda na coś w rodzaju magnetyzmu lub wody.  Cząsteczki wydają się mieć jednak zorientowane pola, a w wyniku ogrzania wydają się układać w uporządkowane polarnie struktury. Pomimo tego że są bipolarne. Ciekawe czy ktoś się temu przyglądał. Bo jak na razie to wszystkie magnetyzery wody i różdżki to w opini nauki, są bzdury. Może warto się przyjrzeć na formowanie się pływającego lodu od tej strony. Czy uporządkowana strukturalnie woda i zamrożona opadła by na dno? Czyste h2o da się zamrozić by nadal było płynne. Pewnie to głupoty, ale warto szukać, bo mało wiemy o wodzie jak widać.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Różdżki to są na pewno bzdury. Pamiętam, że był eksperyment, gdzie różdżkarzy przewietrzono na pustym, piętrowym parkingu i mieli wskazać w którym miejscu jest woda na poziomie niżej, gdzie było kilkanaście ton wody umieszczone w zbiornikach. Żaden nie wskazał tego prawidłowo. Magia ich zawiodła w kontrolowanym eksperymencie :)

Kiedyś przypadkiem natrafiłem w necie na film, gdzie ktoś opowiadał jak w USA budował się na pustyni i szukali źródła wody na studnię głębinową. A studnia nie w kij dmuchał, nawet kilkaset metrów głębokości w tych rejonach. Różdżkarz wskazał źródło wody akurat tam, gdzie wcześniej oszacował to geolog! Ot przypadeczek :)

Edycja!
Chyba było trochę inaczej w drugim przypadku. Pamięć mnie zawodzi :) Wróżbita podał lokalizację wody w innym miejscu, które akurat pasowało właścicielowi bardziej, bo było blisko w dogodnym punkcie na działce. Miejsce wyznaczone przez geologa było 2km(!) od fundamentów budynku. Właściciel więc zaczął wiercić i nic nie znalazł, ale wiercił dalej, bo załączył im się schemat hazardzisty i nie chcieli się wycofać ze stratą. Ale w końcu się poddali, bo już mieli kilkaset metrów odwiertu, którego koszty zaczęły astronomicznie rosnąć. Potulnie wrócili do danych od geologa. Skończyło się na tym, że musieli położyć te 2km rur i zrobić prawidłowy odwiert na krańcu działki :)

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites

Nie chciałem poruszać tego tematu tak dogłębnie, ale znałem takiego już nieżyjącego księdza (był rolnikiem i w sumie żył bardziej jak zakonnik, bo uprawiał rośliny, hodował zwierzęta i żył ubogo) i ten ksiądz miał taką umiejętność wskazywania wody pod ziemią. Nie było to tak że wzywał jakieś moce czy inne rzeczy, tylko po prostu skupiał się na poszukiwaniu źródeł i jakoś tak czuł gdzie są (przynajmniej tak odpowiedział mojej mamie). Dodam że bardzo dużo studni w mojej miejscowości stoi właśnie dzięki niemu. Czy czuł, czy miał po prostu intuicję jak beduini na pustyni, to trudno wyjaśnić.

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Pewnie miał info od boga :) Zaryzykuję stwierdzenie, że wody gruntowe w Polsce są prawie wszędzie, kwestia głębokości, ale nie jestem ekspertem, więc mogę się mylić. Mógł mieć podstawową wiedzę w temacie, bo skoro był zakonnikiem, to umiał czytać. W marę jak przybywało studni w rejonie, to miał coraz lepszą bazę danych, gdzie jest woda i na jakiej głębokości. A nawet jeżeli się pomylił kilka razy, to odeszło to w zapomnienie i przetrwał urban legend, że zakonnik był nieomylny ;) Jeżeli woda gruntowa jest płytko, to powinno to być widoczne na powierzchni. Tam gdzie jest niecka woda będzie bliżej powierzchni, etc. Na pustyniach są oazy, ale to ekstremalny przypadek.

Edited by cyjanobakteria
  • Upvote (+1) 1

Share this post


Link to post
Share on other sites
Godzinę temu, Rowerowiec napisał:

Dodam że bardzo dużo studni w mojej miejscowości stoi właśnie dzięki niemu. Czy czuł, czy miał po prostu intuicję jak beduini na pustyni, to trudno wyjaśnić.

Ależ wyjaśnienie jest proste. Lodowiec oraz ile razy przez nas przeszedł. Europa jest jak tort, ma warstwy, wystarczy kopać gdziekolwiek. Przypadek opisany przez @cyjanobakteria jest zasadniczo wyjątkiem. Teść wykopał sobie dół pod altankę z piwnicą a potem miał studnię i klął w żywy kamień: "kurde, skąd tu woda?! Przecież to jest na górce?!" Generalnie większość uczciwych kopaczy studni na pytanie gdzie kopać odpowiada: gdzie najwygodniej ;)

 

  • Upvote (+1) 2

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)

Tak, ta historia działa się na pustyni w USA :) Przypomniałem sobie szczegóły. Ktoś kupił działkę kilka km2 na lekko górzystym terenie pustynnym, dlatego mieli problem z wodą. Zrobili błąd i zaczęli budować dom nie mając rozeznania, gdzie jest woda głębinowa na ich działce. Wróżbita naciągnął ich na kwotę, która pokryła by niemałą cześć kosztów normalnego odwiertu w miejscu wskazanym przez geologa/geodetę, nie wspominając o tym, że wykonali niepotrzebny, głęboki i kosztowny odwiert w piachu :) A to dlatego, że geolog/geodeta wskazał miejsce na skraju działki, w dużym oddaleniu i do tego w niecce, skąd musieliby pompować na duży dystans i pod górę. Wróżbita za to zaproponował odwiert blisko przyszłego domu i to się spodobało właścicielowi bardziej :) Ciekawy przypadek myślenia życzeniowego. Nie zdziwiłbym się, jakby okazali się mormonami...

Edited by cyjanobakteria

Share this post


Link to post
Share on other sites
Posted (edited)
1 godzinę temu, Jajcenty napisał:

kurde, skąd tu woda?! Przecież to jest na górce?!

To jak u mnie na wsi - dom na niewielkim wzniesieniu, a ma założone dreny, żeby woda odpływała z piwnicy.

Edited by darekp

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Jednym z najważniejszych odkryć dokonanych w ciągu ostatnich 25 lat było stwierdzenie, że w Układzie Słonecznym istnieją światy, gdzie pod powierzchnią skał i lodu kryje się ocean. Takimi obiektami są księżyce wielkich planet jak Europa, Tytan czy Enceladus. Teraz S. Alan Stern z Southwest Research Institute przedstawił hipotezę mówiącą, że takie światy z wewnętrznym ciekłym oceanem (IWOW) są powszechne we wszechświecie i znacząco zwiększają one liczbę miejsc, w których może istnieć życie. Dzięki nim może ono bowiem występować poza wąską ekosferą.
      Od dawna wiadomo, że planety takie jak Ziemia, z oceanami na powierzchni, muszą znajdować się w ekosferze swoich gwiazd, czyli w takiej odległości od nich, że gdzie temperatura pozwala na istnienie wody w stanie ciekłym. Jednak IWOW mogą istnieć poza ekosferą. Co więcej, obecne tam życie może być znacznie lepiej chronione niż życie na Ziemi. W światach taki jak nasz życie narażone jest na wiele zagrożeń, od uderzeń asteroidów przez niebezpieczne rozbłyski słoneczne po eksplozje pobliskich supernowych.
      Stern, który zaprezentował swoją hipotez podczas 52. dorocznej Lunar and Planetary Science Conference, zauważa, że światy z wewnętrznym ciekłym oceanem” zapewniają istniejącemu tam życiu lepszą stabilność środowiskową i są mniej narażone na zagrożenia ze strony własnej atmosfery, gwiazdy, układu planetarnego czy galaktyki niż światy takie jak Ziemia, z oceanem na zewnątrz. IWOW są bowiem chronione przez grubą, liczącą nawet dziesiątki kilometrów, warstwę lodu i skał.
      Uczony zauważa ponadto, że warstwa ta chroni potencjalnie obecne tam życie przed wykryciem jakąkolwiek dostępną nam techniką. Jeśli więc w takich światach istnieje życie i jeśli może w nich rozwinąć się inteligentne życie to – jak zauważa Stern – istnienie IWOW pozwala na poradzenie sobie z paradoksem Fermiego. Jego twórca, Enrico Fermi, zwrócił uwagę, że z jednej strony wszystko wskazuje na to, że wszechświat powinien być pełen życia, w tym życia inteligentnego, a my dotychczas nie mamy dowodu na jego istnienie. Ta sama warstwa, która tworzy w takich światach stabilne i bezpieczne środowisko jednocześnie uniemożliwia wykrycie tego życia, mówi Stern.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chemicy z UMK dzięki obserwacji chrząszcza pustynnego, który potrafi jednocześnie zbierać i odpychać wodę, chcą stworzyć takie membrany, które będą coraz lepiej transportować wodę i zatrzymywać sole oraz inne zanieczyszczenia.
      Coraz więcej publikacji naukowych inspiruje się zachowaniami natury. Przykładem powszechnie opisywanym w literaturze jest kwiat lotosu, który sam się oczyszcza. Naukowcy zaczęli zastanawiać się, dlaczego tak się dzieje i oglądać strukturę kwiatu lotosu pod mikroskopami. Doszli do wniosku, że jest silnie hydrofobowa, czyli unika wchłaniania kropel wody, która spływając zbiera pył i kurz. Oznacza to, że siły adhezji, czyli przyczepiania się wody do kwiatu, są bardzo małe, a jednocześnie brud łatwo nanosi się na kroplę wody, co daje efekt samooczyszczania. Dzięki tej obserwacji powstały samoczyszczące się powierzchnie, m.in. farby, dachówki czy tkaniny. Odmienną strukturę mają natomiast płatki róży. Dzięki hydrofobowej powierzchni kropla wody, która spadnie na płatek, przykleja się i nie spada (efekt płatka róży petal effect związany jest z wytworzeniem powierzchni hydrofobowej, ale o dużej adhezji).
      Ciekawym przypadkiem jest również żaba, chodząca po sufitach – tu pojawia się pytanie, dlaczego nie spada z sufitu o chropowatej powierzchni. Naukowcy postanowili sprawdzić, jak jest zbudowana jej łapka i spróbowali ją odtworzyć. Teraz podobne rozwiązanie możemy spotkać na tzw. kopertach samoprzylepnych. Mają one papierowy pasek, chroniący klej. Można go oderwać bez żadnego problemu, natomiast gdy klej trafi na inny rodzaj papieru i zamkniemy kopertę, nie da się jej otworzyć bez rozcinania.
      Natura stworzyła też bardziej złożone przypadki. Przykład? Struktura pancerza chrząszcza pustynnego ma dwoistą naturę. Jest jednocześnie hydrofobowa i hydrofilowa, a więc na pancerzu są obszary chłonące wodę i ją odpychające. Dzięki temu chrząszcze mogą przeżyć w tak trudnym środowisku, jakim jest pustynia - nic nie przylepia im się do pancerzyka, szczególnie wilgotny piasek, natomiast woda zbierana na obszarach hydrofobowych umożliwia im picie i przeżycie. Oglądałam film, jak chrząszcz staje rano na łapkach, gdy jest rosa i wychwytuje z tej mgiełki wodę – mówi dr hab. Joanna Kujawa, prof. UMK z Wydziału Chemii. Dzięki temu, że reszta powierzchni pancerza jest pokryta woskiem, woda spływa, a chrząszcz jest w stanie ją pić i przetrwać w tak trudnych warunkach.
      Naukowcy zaczęli się zastanawiać, jak to rozwiązanie przenieść z natury do laboratorium, bo takie zjawisko jest wykorzystywane w destylacji membranowej. Tam enzymy nanosi się przez absorpcję, czyli przyleganie powierzchniowe, a nie wiązania chemiczne – tłumaczy prof. dr hab. Wojciech Kujawski z Wydziału Chemii UMK. Jeśli jest to absorpcja fizyczna, to łatwo może nastąpić desorpcja, bo tam oddziałują słabe siły.
      Chodziło o to, żeby wzmocnić membrany, które dzięki połączeniom chemicznym są trwalsze, bo one też się z czasem degradują, ale na pewno wolniej niż te powstające tylko przez fizyczne nałożenie drugiej warstwy. Dobrym pomysłem okazało się wykorzystanie chitozanu, którego na świecie jest bardzo dużo. Chityna, którą łatwo można przekształcić w chitozan, występuje naturalnie w pancerzach m.in. krewetek. Pancerzyków owoców morza są hałdy i nie wiadomo co z nimi robić. Toruńscy naukowcy stwierdzili, że nie dość że jest możliwość skopiowania struktury pancerza chrząszcza, to do tematu można podejść kompleksowo i wykorzystać zalegający chitozan zgodnie z zasadami filozofii zero waste. Dzięki niemu woda będzie jeszcze łatwiej spływać, spełni on więc tę rolę, którą spełnia wosk u chrząszcza. Chemicy zdecydowali, by chitozan przyłączyć w miejscu hydrofilowych wysepek.
      To jest wymóg destylacji membranowej, że powierzchnia membrany musi być porowata i  hydrofobowa – wyjaśnia prof. Kujawa. - Można znaleźć wiele przykładów wykorzystania chitozanu w membranach, ale nikt wcześniej nie przyłączał go chemicznie. Dało nam to duże pole do popisu - jeśli przyłączymy chitozan chemicznie, to pozostanie na swoim miejscu. Będziemy mieli stabilne połączenie.
      Naukowcy najpierw modyfikowali chitozan i potem przyczepiali go chemicznie do membrany. Teraz natomiast zdecydowali się najpierw zmodyfikować membranę, a dopiero później dołączyć do niej chitozan. Dzięki temu membrana jest bardziej hydrofilowa, można przepuścić przez nią większy strumień wody. W literaturze nie ma podobnych prac, wiec trudno nam porównywać efekty z innymi – mówi prof. Kujawa. Tam, gdzie fizycznie aplikowano chitozan do zmodyfikowanej membrany, też obserwowano poprawę, ale nie w takim stopniu jak u nas. Dzięki temu możemy dostosowywać materiał do procesu, w którym chcemy go wykorzystywać.
      Membrana powstająca w trakcie modyfikacji fizycznej jest tak naprawdę „na raz”. Później chitozan przeważnie jest wymywany. Z ciekawości zrobiliśmy próbę stabilność modyfikowanych chemicznie membran do odsalania wody, w dziesięciu długich, kilkudniowych cyklach – zdradza prof. Kujawa. Zaobserwowaliśmy delikatne zmiany, ale nie na tyle znaczące, by nagle wszystko nam się rozpadło.
      Toruńscy chemicy testowali też odporność membran na zarastanie. Badania prowadzili na sokach owocowych. Przez oddziaływania pulpy owocowej z membraną resztki owoców zostawały na jej  powierzchni, zatykały pory i nie można było jej dłużej używać. Natomiast na powierzchni, mającej w składzie chitozan o dodatkowych właściwościach bakteriobójczych, występują zupełnie inne oddziaływania, pulpa owocowa nie przywiera, a jeśli już się to zdarzy, można bardzo łatwo ją zmyć strumieniem wody, bez dodatków środków chemicznych. Rozwiązanie naukowców z UMK ma szereg praktycznych zastosowań.
      Chemicy z UMK napisali artykuły na temat tych badań. Pierwszy o przyłączaniu zmodyfikowanego chitozanu do membrany ukazał się w Desalination, drugi o dłączaniu chitozanu do zmodyfikowanej membranie opublikowali w ACS Applied Materials and Interfaces.
      Badania są realizowane we współpracy z partnerem zagranicznym, prof. Samerem Al-Gharabli z Wydziału Farmacji i Inżynierii Chemicznej Niemiecko-Jordańskiego Uniwersytetu w Ammanie (Jordania). W ramach tej współpracy naukowcy prowadzą wspólne badania skupiające się na wytwarzaniu tzw. „smart materials” - inteligentnych materiałów separacyjnych o kontrolowanych właściwościach do szerokiego spektrum zastosowań.
      Dzięki swoim odkryciom chcą zrobić takie membrany, które coraz lepiej będą transportować wodę i jednocześnie zatrzymywać sole i inne zanieczyszczenia. Oczywiście to wszystko jest związane z brakiem wody pitnej na Ziemi – tłumaczy prof. Kujawski. W Polsce też będziemy musieli zmierzyć się z tym problemem i to znacznie szybciej, niż sądzą najwięksi pesymiści. Kilka lat temu byłem na seminarium w Jordanii, gdzie usłyszałem, że na problem braku wody należy patrzeć nie przez pryzmat całego kraju, ale poprzez pryzmat bardzo małej jednostki administracyjnej. Jeżeli się zaczyna dzielić kraj na coraz mniejsze kwadraty, to nagle się okazuje, że procent populacji o ograniczonym dostępie do wody gwałtownie rośnie. W Polsce mamy dostęp do wody wzdłuż rzek, ale gdy 20 lat temu byłem w Zakopanem, słyszałem „oszczędzajcie wodę, bo nasze strumienie wysychają”. Tam studnie się zanieczyszczają, źródeł świeżej wody nie ma, więc problem wysychania i obniżania się wód gruntowych zdecydowanie postępuje.
      Dlatego naukowcy szukają różnych sposobów produkcji wody pitnej. W tej chwili na świecie królują techniki membranowe, wśród których na pierwszy plan wysunęła się odwrócona osmoza. To taki odwrócony proces ciśnieniowy, w którym stosujemy membrany nieporowate i przykładając ciśnienia aż do 60 barów, przepychamy przez nie wodę – wyjaśnia prof. Kujawski. Nazywa się odwróconą osmozą, bo w typowym zjawisku osmozy woda jest zaciągana z roztworu rozcieńczonego do stężonego natomiast tutaj woda jest wypychana z roztworu stężonego przez membranę.
      Obecnie przepisy dotyczące ochrony środowiska wymagają, by producent czystej wody metodą odwróconej osmozy zagospodarował odrzut, czyli zagęszczoną solankę. Kiedyś instalacje stały nad brzegiem morza i od razu była ona wyrzucana z powrotem. Obecnie trzeba szukać innych metod wykorzystania solanki. Można np. jeszcze bardziej ją zagęścić, do takiego poziomu, żeby zaczęła krystalizować i wykorzystać powstałą w ten sposób sól w innych procesach przemysłowych, np. do produkcji chloru lub wodorotlenku sodowego. W okolicach Torunia chlor z solanki produkują dwa duże zakłady: we Włocławku i Inowrocławiu.
      Do przetwarzania solanki można też zastosować odwróconą destylację i to jest przykład naszych prac związanych z chrząszczami – mówi prof. Kujawski.  Stosujemy membrany hydrofobowe, porowate, przenoszące ciecz ze strony zasilającej na stronę odbierającą, a ponieważ sól jako taka jest nielotna, przez membranę przenosimy tylko ten składnik, który można odparować przez pory membrany.
      Chociaż odwrócona osmoza wysunęła się na czoło stosowanych obecnie technik membranowych, nie jest ona bezproblemowa. W trakcie procesu pojawia się ciśnienie osmotyczne, które potrafi być bardzo wysokie, a żeby zastosować odwróconą osmozę, ciśnienia muszą być wyższe od osmotycznego. Oznacza to, że już na starcie należy przyłożyć ciśnienie wyższe niż osmotyczne i to jest koszt, który trzeba włożyć w sam proces. Natomiast w destylacji membranowej wysiłek energetyczny jest zdecydowanie mniejszy, ponieważ cały proces polega na nieco innych właściwościach fizykochemicznych. Destylacja szczególnie sprawdza się w gorących krajach, takich jak Włochy, Hiszpania, Grecja, tam gdzie działają efektywne panele słoneczne.  Mając hotel na uboczu, do którego trzeba dostarczyć świeżą wodę, montuje się panel słoneczny na dachu, który podgrzewa wodę do destylacji membranowej. W efekcie z jednej strony mamy gorącą wodę, która płynie do układu, a z drugiej - chłodną wodę, która jest wykraplana. W ten sposób można tanio produkować wodę pitną, ale w niewielkich ilościach, podczas gdy przy odwróconej osmozie mówimy o milionach litrów dziennie.
      Dodatkowo w krajach mających dostęp do taniej energii elektrycznej można stosować tzw. elektrodializę, czyli wykorzystywać membrany specjalnego typu, ułatwiające transport jonów, a nie wody. W stronę katody przemieszczają się kationy, a w stronę anody - aniony i zostanie woda.
      Jest jeszcze tzw. osmoza naturalna, która też może służyć do oczyszczania ścieków i wyciągania wody. Przelatuje ona przez membranę z roztworu rozcieńczonego w kierunku stężonego. Później trzeba jeszcze z tego stężonego roztworu, który w trakcie procesu się rozcieńcza, odzyskać w jakiś sposób wodę, do czego potrzebna jest dodatkowa metoda.
      Destylacja membranowa jako zjawisko ma około 50 lat. Naukowcy zainteresowali się nią na początku lat 70. ubiegłego wieku, ale dopiero od kilkunastu lat powstają firmy budujące komercyjne instalacje o małej wydajności zaopatrujące w wodę pitną domki czy hotele. W Europie największe stanowisko badawcze nad destylacją membranową znajduje się w hiszpańskiej Almerii. Do napędzania różnych procesów wykorzystywana jest tam energia słoneczna – mówi prof. Kujawski. Hiszpanie mają gigantyczne zwierciadło, które zbiera promienie słoneczne, ono podgrzewa nie tylko wodę, ale też metale, ciepło wykorzystywane jest do ogrzewania, a przy okazji mają też kilka zestawów do destylacji membranowej i po prostu badają efektywność różnych konfiguracji. Miałem okazję kilka lat temu zwiedzić to centrum i muszę przyznać, że robi wrażenie.
      Chemicy zapewniają, że ludzie piją już wodę morską, może jeszcze nie w Polsce, ale np. w Izraelu już tak. Tam do jej produkcji wykorzystywany jest proces odwróconej osmozy, natomiast w hotelach na Malediwach – destylacji membranowej. W Ameryce są plemiona, które nadal prowadzą koczowniczy tryb życia – opowiada prof. Kujawski. Naukowcy jednego z uniwersytetów przystosowali autobus szkolny, ma panele słoneczne na dachu, w środku system do destylacji membranowej i oni jeżdżą i produkują koczownikom wodę m.in. dlatego, że oni przemieszczają się po obszarze, na którym woda jest zatruta pierwiastkami typu arsen.
      Trzeba pamiętać, że woda po destylacji membranowej, to woda destylowana więc tak naprawdę przed spożyciem trzeba ją zmineralizować. Naukowcy mówią żartobliwie: jest goła i trzeba ją ubrać.
      Trudno oszacować, czy produkcja wody pitnej z wody morskiej jest kosztowna. Wszystko zależy od tego, jakie ilości chcemy osiągnąć i z jakiej technologii skorzystać. Kraje leżące w Zatoce Perskiej stosowały metody termiczne, to były jedne z pierwszych metod do produkcji wody pitnej z morskiej, w których woda morska jest wielokrotnie odparowywana i skraplana. Potrzeba do tego dużo ciepła, ale te państwa miały czym grzać, więc grzały. Później, na początku lat 60. ubiegłego wieku wyprodukowano pierwsze membrany i chwile później zaczęto je wykorzystywać do filtracji. Trzeba też pamiętać, że jeżeli brakuje nam wody pitnej, to zapłacimy każdą cenę, żeby ją mieć – podsumowuje prof. Kujawski.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dr Bartosz Kiersztyn z Uniwersytetu Warszawskiego zajmuje się badaniem biofilmów bakteryjnych powstających na różnych powierzchniach w środowisku wodnym. Naukowiec zwrócił uwagę na fakt, że choć [...] w naturalnym środowisku wodnym tworzą się [one] bardzo szybko, to nie powstają wydajnie na powierzchni żywych glonów jednokomórkowych. Eksperymenty wykazały, że jedną z przyczyn tego zjawiska jest substancja wydzielana przez glony podczas fotooddychania. To bardzo istotne odkrycie, gdyż w biofilmach często występują patogenne bakterie, a wiele ich gatunków wytwarza i uwalnia toksyny.
      O ile w wodzie bakterie są w stanie szybko zasiedlić praktycznie każdą powierzchnię, na glonach jednokomórkowych kolonizacja prawie nie występuje. Bakterie niejako powstrzymują się przed kolonizacją żywych mikroskopijnych glonów – nie osadzają się na nich intensywnie i nie namnażają na ich powierzchniach. Obserwacje mikroskopowe oraz biochemiczne i molekularne jednoznacznie na to wskazują.
      Badania pokazały, że gradient mikrostężeń tej substancji wystarczy, by w środowisku wodnym bakterie nie osadzały się intensywnie na danej powierzchni.
      W pewnym momencie pojawił się pomysł, by opracować preparat, który zabezpieczy powierzchnie, w tym odzież i akcesoria wchodzące w kontakt z wodą (np. do uprawiania sportów wodnych), przed powstawaniem biofilmów.
      Takie rozwiązanie ma kilka plusów. Po pierwsze, wytwarzana przez glony naturalna substancja jest tania w produkcji przemysłowej. Możliwość zastosowania jej w mikrostężeniach dodatkowo sprawia, że sam preparat byłby tani w produkcji. Po drugie, naukowcy wskazują, że działanie preparatu wiązałoby się z "odstraszaniem" bakterii, a nie z ich eliminowaniem (eliminowanie groziłoby uwalnianiem z nich toksyn).
      Prowadzone dotychczas eksperymenty na materiałach, z których produkowane są m.in. pianki nurkowe i obuwie do uprawiania sportów wodnych, jednoznacznie potwierdzają, że na odzieży sportowej spryskanej roztworem z odkrytą substancją bakterie wodne osadzają się w minimalnym stopniu. Eksperymenty prowadzono m.in. w naturalnym środowisku w jeziorze Śniardwy, w specjalnie wyselekcjonowanym miejscu obfitującym w wiele szczepów bakteryjnych.
      Marta Majewska, brokerka technologii z Uniwersyteckiego Ośrodka Transferu Technologii przy Uniwersytecie Warszawskim, podkreśla, że odkrycie zostało już objęte ochroną patentową na terenie Polski. Obecnie trwają poszukiwania inwestora/partnera branżowego, który skomercjalizowałby preparat pod własną marką.
      W krajach południowych, gdzie przez większą część roku występują słoneczne i upalne dni, problemy związane z suszeniem oraz konserwacją odzieży i akcesoriów wykorzystywanych w sportach wodnych są znikome. Inaczej jest w naszych szerokościach geograficznych, gdzie nawet latem bywają pochmurne, chłodne i deszczowe dni. Powszechnym wyzwaniem związanym z mokrymi materiałami jest ich higiena oraz impregnacja – bakterie wodne, często posiadające potencjał patogenny, przyczepiają się do materiału, tworząc grube, trudne do usunięcia biofilmy. Odkryty na UW wynalazek pozwala ograniczyć to zjawisko i zabezpieczyć tkaniny.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Przechłodzona woda to tak naprawdę dwie ciecze w jednej – wykazali naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Wykonali oni szczegółowe badania wody, która zachowuje stan ciekły znacznie poniżej temperatury zamarzania. Okazało się, że w wodzie takiej istnieją dwie różne struktury.
      Odkrycie pozwala wyjaśnić niektóre dziwne właściwości, jakie wykazuje woda w niezwykle niskich temperaturach, jakie panują w przestrzeni kosmicznej czy na krawędziach atmosfery. Dotychczas istniały różne teorie na ten temat, a naukowcy spierali się co do niezwykłych właściwości przechłodzonej wody. Teraz otrzymali pierwsze eksperymentalnie potwierdzone dane odnośnie jej struktury. Nie są to spory czysto akademickie, gdyż zrozumienie wody, która pokrywa 71% powierzchni Ziemi, jest kluczowe dla zrozumienia, w jaki sposób reguluje ono środowisko naturalne, nasze organizmy i jak wpływa na samo życie.
      Wykazaliśmy, że ciekła woda w ekstremalnie niskich temperaturach jest nie tylko dość stabilna, ale istnie też w dwóch stanach strukturalnych. Odkrycie to pozwala na rozstrzygnięcie sporu dotyczącego tego, czy mocno przechłodzona woda zawsze krystalizuje przed osiągnięciem stanu równowagi. Odpowiedź brzmi: nie, mówi Greg Kimmel z PNNL. Dotychczas naukowcy sprzeczali się np. o to, czy woda schłodzona do temperatury -83 stopni Celsjusza rzeczywiście może istnieć w stanie ciekłym i czy jej dziwne właściwości nie wynikają ze zmian zachodzących przed krzepnięciem.
      Woda, pomimo swojej prostej budowy, jest bardzo skomplikowaną cieczą. Na przykład bardzo trudno jest zamrozić wodę w temperaturze nieco poniżej temperatury topnienia. Woda opiera się zamarznięciu. Potrzebuje ośrodka, wokół którego zamarznie, jak np. fragment ciała stałego. Woda rozszerza się podczas zamarzania, co jest zadziwiającym zachowaniem w porównaniu z innymi cieczami. Jenak to dzięki temu na Ziemi może istnieć życie w znanej nam postaci. Gdyby woda kurczyła się zamarzając i opadała na dno lub gdyby para wodna w atmosferze nie zatrzymywała ciepła, powstanie takiego życia jak obecnie byłoby niemożliwe.
      Bruce Kay i Greg Kimmel z PNNL od 25 lat badają niezwykłe właściwości wody. Teraz, przy pomocy Loni Kringle i Wyatta Thornleya dokonali przełomowych badań, które lepiej pozwalają zrozumieć zachowanie molekuł wody.
      Wykazały one, że w mocno przechłodzonej wodzie dochodzi do kondensacji w gęstą podobną do płynu strukturę. Istnieje ona równocześnie z mniej gęstą strukturą, w której wiązania bardziej przypominają te spotykane w wodzie. Proporcja gęstej struktury gwałtownie obniża się wraz ze spadkiem temperatury z -28 do -83 stopni Celsjusza. Naukowcy wykorzystali spektroskopię w podczerwieni do obserwowania molekuł wody i wykonania obrazowania na różnych etapach badań. Kluczowy jest fakt, że wszystkie te zmiany strukturalne były odwracalne i powtarzalne, mówi Kringle.
      Badania pozwalają lepiej zrozumieć zjawisko krupy śnieżnej, która czasem opada na ziemię. Tworzy się ona gdy płatki śniegu stykają się w górnych partiach atmosfery z przechłodzoną wodą. Ciekła woda a górnych partiach atmosfery jest silnie przechłodzona. Gdy dochodzi do jej kontaktu z płatkiem śniegu, gwałtownie zamarza i w odpowiednich warunkach opada na ziemię. To jedyny raz, gdy większość ludzi ma do czynienia z przechłodzoną wodą, mówi Bruce Kay.
      Dzięki pracy amerykańskich uczonych można będzie lepiej zrozumieć, jak ciekła woda może istnieć na bardzo zimnych planetach. Pomoże też w badaniu warkoczy komet, w które w znacznej mierze składają się z przechłodzonej wody.
      Praca Kaya i Kimmela znajdzie też praktyczne zastosowanie. Pomaga ona bowiem lepiej zrozumieć np. zachowanie molekuł wody otaczających proteiny, co pomoże w pracach nad nowymi lekami. Woda otaczająca indywidualne proteiny nie ma zbyt dużo miejsca. Nasze badania mogą pomóc w zrozumieniu, jak woda zachowuje się w tak ciasnych środowiskach, mówi Kringle. Thornley dodaje zaś, że podczas przyszłych badań możemy wykorzystać opracowaną przez nas technikę do śledzenia zmian zachodzących podczas różnych reakcji chemicznych.
      Więcej o badaniach można przeczytać w artykule Reversible structural transformations in supercooled liquid water from 135 to 245 K.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Zwykle w zamarzającej wodzie pojawiają się kryształy lodu, które rozrastają się, zamieniając płyn w ciało stałe. Zwykle, bo nie zawsze. Okazuje się, że kropla po opadnięciu na zimną powierzchnię zamarza w inny sposób.
      Naukowcy z Uniwersytetu Twente i Centrum Dynamiki Płynów im. Maxa Plancka zauważyli, że gdy kropla spadnie na zimną powierzchnię, w jej centrum pojawia się rodzaj zimnych frontów rozszerzających się ku krawędziom. Wciąż rozprzestrzeniająca się kropla zaczyna zamarzać, w miarę, jak przesuwają się przez nią kolejne fronty. To wyjaśnia, dlaczego gdy na bardzo zimą drogę spada deszcz, błyskawicznie robi się ona niezwykle śliska.
      Naukowcy badali sposób zamarzania opadających kropli filmując od dołu krople heksadekanu. Używali przy tym lasera, którego światło odbijało się od płynu oraz super szybkiej kamery. Temperatura topnienia heksadekanu wynosi 18 stopni Celsjusza. Uczeni zaobserwowali, że wspomniane zimne fronty pojawiały się, gdy kropla tego związku spadała na powierzchnię, której temperatura była o 11 stopni Celsjusza niższa od temperatury topnienia.
      Wykazali przy tym, że kropla jest najzimniejsza w punkcie, w którym uderzyła w powierzchnię, czyli na środku. Formują się tam kryształy, ale jednocześnie ruch płynu wypycha je ku krawędziom. Proces ten powtarza się do czasu, aż kropla zamarza. Okazało się też, że temperatura powierzchni zmienia siłę przywierania doń zamarzniętej kropli.
      Badania takie nie tylko pozwalają odkryć mechanizmy zamarzania, ale umożliwią też opracowanie np. powłok zapobiegających pokrywaniu się lodem skrzydeł samolotów. Mogą również przyczynić się do udoskonalenia technik druku 3D, w których wykorzystywany jest płynny wosk. W końcu przyczynią się do udoskonalenia procesu produkcji procesorów za pomocą technologii litografii w ekstremalnie dalekim ultrafiolecie (EUV).

      « powrót do artykułu
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...