Ин таҳқиқот кафки бисёрвазифаи меламиниро таҳия кардааст, ки нафти хоми дорои часпакии баландро дар рӯи об бо энергияи офтобӣ ба таври маҳаллӣ гарм ва моеътар карда, сипас онро ба дохили сохтори ковокаш мекашад. Кафки тиҷоратии меламин аввал бо қабати часпаки полидопамин, сипас бо нанозарраҳои нуқрае, ки нурро ба гармӣ табдил медиҳанд, ва дар охир бо перфтородеканетиол, ки энергияи сатҳро паст мекунад, пӯшонида шудааст. Кафки ҳосилшудаи MF/Ag/PFDT дар рӯи худ қабати тунуки ҳаво, яъне пластрони ҳавоиро нигоҳ доштааст, ки тамоси мустақим бо обро кам мекунад. Дар зери шуоъдиҳии як офтоб сатҳи болоии кафк, ки бо нафт тамос дошт, ба 84,3 °C расида, қисми поёнӣ дар 41,5 °C боқӣ монд. Кафк дар равғанҳо ва моеъҳои органикии гуногун тақрибан 65–140 баробари массаи худ моеъ ҷаббида; дар озмоишҳои ҷудокунии равған/об бо қувваи ҷозиба самаранокии зиёда аз %98 ва flux то сатҳи 16.000 L·m⁻²·соат⁻¹ таъмин кардааст. Тақрибан %85-и иқтидори ҷаббиши нафти хом пас аз 20 давраи ҷаббиш-фишурдан нигоҳ дошта шудааст.

Навоварии асосии таҳқиқот на танҳо сохтани кафке мебошад, ки нури офтобро ҷаббида мекунад, балки кӯшиши нигоҳ доштани гармии ҳосилшуда дар интерфейсе мебошад, ки нафт дар он ҳаракат мекунад. Ҳангоме ки нанозарраҳои нуқра ва полидопамин нурро ба гармӣ табдил медиҳанд, пластрони ҳавоӣ, ки кафк дар зери об нигоҳ медорад, интиқоли гармиро ба оби атроф маҳдуд мекунад. Ҳамин тавр, ба ҷойи гарм кардани тамоми массаи об минтақаи тамоси нафт-кафк гарм карда мешавад, муқовимати ҷараёни нафти часпак кам мегардад ва моеъ бо қувваҳои капиллярӣ ба ковокҳои кушодаи кафк интиқол меёбад. Қатраи нафти хом, ки бе нури офтоб чор дақиқа асосан дар рӯи сатҳ монда буд, дар зери шуоъдиҳии як офтоб дар ҳамин муддат ба кафк ворид шуд. Дар озмоиши пайваста бо насоси перисталтикӣ flux-и нормализатсияшуда тақрибан собит монд ва дар 120 дақиқа 1,0 литр нафт ҷамъоварӣ шуд.

Аз нигоҳи Туркия: Равиш барои таҳқиқот дар корхонаҳои коркарди нафт ва нафту химия, бандарҳо, корхонаҳои киштисозӣ, майдонҳои нигоҳдории сӯзишворӣ, қубурҳо, обҳои партови равғании саноатӣ ва резиши нафт дар соҳилҳои Туркия аҳамият дорад. Барои мутобиқсозӣ ба Туркия бояд дар шароити гуногуни шӯрӣ, ҳарорат, мавҷ, моддаҳои сахти овезон ва ифлосшавии биологии Баҳри Сиёҳ, Мармара, Эгей ва Миёназамин озмоишҳои саҳроӣ гузаронида шаванд. Муносибати часпакӣ-ҳарорат бо нафтҳои хоми маҳаллӣ, fuel oil, равғанҳои минералии партов ва ҷараёнҳои корхонаҳои коркарди нафт чен карда шавад; ихроҷи ҷузъҳои сатҳии нуқра ва фтордор, рафтори сӯхтории мавод, ҷудокунии нафт баъд аз ҷамъоварӣ, безараргардонии кафк ва арзиши воқеӣ арзёбӣ шаванд. Аз ин таҳқиқот наметавон хулоса кард, ки мавод метавонад танҳо худаш резиши бузурги нафтро дар соҳилҳои Туркия тоза кунад, оби равғании эмулсияшударо бо ҳамон самаранокӣ ҷудо намояд, аз ҷиҳати экологӣ безарар ё дар миқёси саноатӣ иқтисодӣ бошад.

Чаро нафти часпак бо ҷаббандаҳои анъанавӣ душвор ҷамъоварӣ мешавад?

Ҷаббандаҳои ковоке, ки дар резиши нафт истифода мешаванд, метавонанд бо он ки сатҳи онҳо равғанро интихобан тар мекунад ва обро тела медиҳад, фазҳои моеъро ҷудо кунанд. Аммо нафти хоми дорои часпакии баланд дар шароити сард оҳиста ҷорӣ мешавад, даромадҳои ковокҳоро мебандад ва интиқоли капилляриро дар дохили ҷаббанда маҳдуд мекунад. Ҳатто агар мавод бо равған аз ҷиҳати химиявӣ мувофиқ бошад, вақте нафт ба ковокҳо бо суръати кофӣ ворид шуда наметавонад, раванди ҷаббиш камсамар мегардад.

Гарм кардани нафт аз берун метавонад часпакиро кам кунад; аммо об бинобар иқтидори баланди гармӣ ва гармигузаронӣ қабулкунандаи пурқуввати гармӣ мебошад. Вақте гармии ҳосилкардаи маводи фототермалӣ зуд ба оби атроф паҳн мешавад, болоравии ҳарорат дар интерфейси нафт-кафк маҳдуд мемонад. Аз ин рӯ, муҳаққиқон мушкилро на танҳо ҳамчун ҷаббиши қавитари нур, балки ҳамчун масъалаи нигоҳ доштани гармии ҳосилшуда дар минтақаи дуруст муайян карданд.

Пластрони ҳавоӣ чист?

Пластрони ҳавоӣ қабати тунуки ҳаво мебошад, ки ҳангоми ба об ғӯтондани сатҳи супергидрофобӣ дар дохили сохтори микроскопӣ ва ковоки сатҳ нигоҳ дошта мешавад. Об ба ҷойи тамос бо тамоми ҷисми сахт танҳо бо қуллаҳои ноҳамворӣ тамоси маҳдуд мекунад; дар фосилаҳо ҳаво боқӣ мемонад. Ин ҳолат ҳамчун режими таршавии Cassie–Baxter шарҳ дода мешавад.

Тарҳи таҳқиқот аз рафтори тортанаки diving bell, ки дар зери об қабати ҳаво мебарад, илҳом гирифтааст. Ҳаво дар сатҳи кафк ду вазифа дорад:

• Ворид шудани об ба ковокҳо ва тар шудани кафкро маҳдуд мекунад.
• Азбаски гармигузаронии ҳаво аз об хеле паст аст, ҳамчун изолятсия бар зидди гузаштани гармӣ ба фазаи обии поёнӣ хизмат мекунад.

Муҳаққиқон гармигузаронии ҳаворо тақрибан 0,026 W·m⁻¹·K⁻¹ ва гармигузаронии обро тақрибан 0,6 W·m⁻¹·K⁻¹ истифода кардаанд. Тибқи ҳисоб дар матн, қабати ҳавои ғафсиаш 100 μm метавонад муқовимати гармии монанд ба қабати тақрибан 2,5 mm об диҳад. Аммо дар таҳқиқот шарҳ дода нашудааст, ки ғафсии воқеии пластрон мустақиман чӣ гуна чен шудааст; арзиши 100 μm бояд ҳамчун ғафсии намунавӣ барои ҳисоби механизм арзёбӣ шавад.

Кафк чӣ гуна истеҳсол шудааст?

Маводи ибтидоӣ кафки тиҷоратии меламин мебошад, ки аз ковокҳои кушода ва бо ҳам пайваст иборат аст. Истеҳсол аз се марҳилаи асосии тағйирдиҳии сатҳ иборат мебошад:

1. Пӯшиши полидопамин: Допамин дар муҳити каме ишқорӣ рӯи скелети меламин полимеризатсия шуда, қабати миёнарави часпаки полидопаминро ба вуҷуд овардааст.
2. Нишондани нанозарраҳои нуқра: Сатҳи бо полидопамин пӯшонидашуда ба маҳлули нуқра-аммиак гузошта шуда ва дар натиҷаи барқароркунӣ бо глюкоза зарраҳои нуқраи металлӣ рӯи скелети кафк нишонда шудаанд.
3. Функсионализатсияи PFDT: Кафки бо нуқра пӯшонидашуда ба маҳлули 10 mmol·L⁻¹ PFDT дар этанол гузошта шудааст. Гурӯҳҳои тиол бо нуқра пайвандҳои Ag–S сохта, занҷирҳои фтордор энергияи сатҳро кам кардаанд.

Полидопамин ба пайвастани зарраҳои нуқра ба скелети кафк мусоидат мекунад. Нанозарраҳои нуқра ҷузъи фототермалӣ мебошанд, ки нури офтобро ҷаббида ба гармии маҳаллӣ табдил медиҳанд. PFDT бошад қабати ниҳоии энергияи сатҳаш пастро ташкил медиҳад, ки паҳн шудани обро рӯи сатҳ бозмедорад.

Оё сохтори ковок пас аз пӯшиш нигоҳ дошта шуд?

Дар тасвирҳои SEM дида мешавад, ки кафки меламинии пӯшишнадошта шабакаи ҳуҷайравии сеандозаи сатҳаш ҳамвор ва бо ҳам пайвастро ташкил медиҳад. Пас аз нишондани нуқра скелети кафк бо зарраҳои зичи микро- ва наноандоза пӯшонида шудааст, аммо роҳҳои ковоки кушода асосан нигоҳ дошта шудаанд. Истифодаи PFDT низ сохтори макроскопии ковокро набастааст.

Тасвирҳои калонкунии баланд нишон медиҳанд, ки сатҳи скелет, ки аввал ҳамвор буд, пас аз пӯшиши нуқра ба таври назаррас ноҳамвор шудааст. Дар харитаҳои EDS сигналҳои карбон, фтор, нуқра ва сулфур дар тӯли скелети кафк паҳн шудаанд. Сигнали якхелаи нуқра пӯшиши металлиро, сигналҳои ҳамзамони фтор ва сулфур бошад пайвастани PFDT ба сатҳро дастгирӣ мекунанд.

Дар матн, бо такя ба додаҳои иловагии AFM, гуфта мешавад, ки ноҳамвории миёнаи сатҳ дар кафки пӯшишнадошта 0,12 μm, дар кафки бо нуқра пӯшонидашуда 0,48 μm ва дар маҳсулоти ниҳоии PFDT-дор 0,52 μm мебошад. Бо вуҷуди ин, Шакл S3, ки ин арзишҳоро дорад, дар файли асосии таҳқиқот мавҷуд нест.

Сохтори химиявӣ бо кадом таҳлилҳо тасдиқ шудааст?

Дар намунаи XRD пас аз пӯшиши нуқра қуллаҳои дар мавқеъҳои 2θ = 37,8°, 44,1°, 64,2°, 77,2° ва 81,6° пайдо шуда мутаносибан бо ҳамвориҳои (111), (200), (220), (311) ва (222)-и нуқраи кубии рӯймарказдор алоқаманд карда шудаанд. Қуллаи иловагӣ барои фазаи Ag⁺ ё Ag₂O гузориш нашудааст. Истифодаи PFDT намунаи кристаллии нуқраи металлиро тағйир надодааст.

Дар спектри FTIR ларзишҳои триазин ва C–N дар диапазони 1000–1600 cm⁻¹ ва бандҳои N–H/O–H дар минтақаи тақрибан 3300 cm⁻¹ барои кафки меламинии пӯшишнадошта дида шудаанд. Пас аз пӯшиши нуқра ин сигналҳо бо таъсири пардапӯшии қабати металлӣ суст шуда; баъд аз PFDT дар диапазони 1100–1300 cm⁻¹ ларзишҳои C–F пайдо шудаанд.

Дар натиҷаҳои XPS барои MF/Ag қуллаҳои Ag 3d_5/2 ва Ag 3d_3/2 дар 368,7 ва 374,7 eV чен шуда ва бо Ag⁰-и металлӣ мувофиқ карда шудаанд. Пас аз истифодаи PFDT, ҷойивазкунии манфии энергия дар қуллаҳо ҳамчун ташаккули пайванди Ag–S шарҳ дода шудааст. Ҷузъҳои 161,4 ва 162,7 eV-и сигнали S 2p ба намудҳои тиолати ба нуқра пайваст алоқаманд карда шудаанд. Қуллаи 688,9 eV дар спектри F 1s ва ҷузъҳои CF₂ ва CF₃ дар 291,6 ва 293,8 eV дар спектри C 1s мавҷудияти қабати фтордорро дастгирӣ мекунанд.

Кафк об ва равғанро чӣ гуна ҷудо мекунад?

Сатҳи MF/Ag/PFDT дар ҳаво обро сахт тела медиҳад. Қатраи оби се микролитрӣ дар сатҳ шакли қариб курашаклашро нигоҳ дошта, ҳангоми фишурда ва бозпас кашида шудан бе боқимонда аз сатҳ ҷудо шудааст. Кунҷи лағжиши қатраи об камтар аз 5° чен шудааст.

Қатраи равған ҳангоми тамос бо сатҳ зуд паҳн шуда ва кунҷи намоёни тамос қариб ба сифр паст шудааст. Ин рафтор нишон медиҳад, ки кафк суперолеофил аст ва равған метавонад бо қувваҳои капиллярӣ ба ковокҳо кашида шавад.

Қатраи равғане, ки дар зери об татбиқ шуд, боз ҳам рӯи сатҳ паҳн шудааст. Ҳангоми нигоҳ доштани кафк дар равған, қатраи оби рӯи сатҳ гузошташуда бо кунҷи тамоси зиёда аз 150° курашакл мондааст. Бо назардошти ин чор рафтор, кафк:

• Дар ҳаво супергидрофобӣ ва суперолеофилӣ мебошад.
• Дар зери об равғанро интихобан тар мекунад.
• Дар муҳити равған обро сахт тела медиҳад.

Ҳангоми маҷбуран ба об ғӯтондани кафк тасвири дурахшони оинаи нуқрагин дар сатҳ ҳамчун далели визуалии боқӣ мондани ҳаво байни об ва ҷисми сахт пешниҳод шудааст. Аммо ин тасвир ғафсии қабати ҳаво, ҳиссаи сатҳи пӯшидашуда ё суръати ҳал шудани онро дар тӯли соатҳо ва рӯзҳо ба таври миқдорӣ нишон намедиҳад.

Оё мавод аз ҷиҳати механикӣ устувор аст?

Кафк баъд аз фишурдан, қат кардан ва печонидан бо даст шакли макроскопии худро барқарор кардааст. Дар озмоишҳои фишурдашавӣ каҷи J-шакли stress-strain, ки ба кафкҳои ҳуҷайравӣ хос аст, дида шуд; минтақаи эластикӣ дар strain-и пастро минтақаҳои plateau ва densification пайравӣ карданд. Намуна пас аз то %80 фишурда шудан бе фурӯравии доимии намоён баргаштааст.

Озмоиши fatigue бо 50 давраи load-unload дар strain-и фишурдашавии %60 анҷом дода шудааст. Дар давраҳои аввал каме stress softening мушоҳида шуда, давраҳои баъдӣ каҷҳои ба ҳам наздик ҳосил кардаанд. Ин натиҷа нишон медиҳад, ки кафк барои истифодаи такрорӣ, ки нафти ҷаббидашуда бо фишурдани механикӣ хориҷ карда мешавад, устувории асосии эластикӣ дорад. Аммо истифодаи дарозмуддати садҳо ё ҳазорҳо давра омӯзонида нашудааст.

Натиҷаҳои устувории химиявӣ ва муҳитӣ

Кафк баъд аз 24 соат нигоҳ доштан дар маҳлулҳои туршӣ, нейтралӣ ва ишқорӣ; ҳалкунандаҳои гуногуни органикӣ ва маҳлули намакдор кунҷи тамоси обро зиёда аз 150° нигоҳ дошт. Дар шакл диапазони pH 0–14 бо оби баҳрии симулятсияшуда, hexane, ethanol, acetone, toluene, chloroform ва dimethylformamide муқоиса шудааст.

Дар озмоиши abrasion бо sandpaper сатҳи кафк дар зери бори 50 грамм дар ҳар давра 10 cm ҳаракат дода шуд ва пас аз даҳ давра рафтори супергидрофобӣ нигоҳ дошта шуд. Пас аз бисту чор соат шуоъдиҳии UV бо қувваи 20 W ва дарозии мавҷи 254 nm кунҷи тамоси об боз ҳам зиёда аз 150° мондааст. Баъд аз нигоҳдории 12-моҳа дар ҳавои муҳит кунҷи тамоси об тақрибан 157° гузориш шудааст.

Дар намоишҳо бо маҳлули methylene blue ва cola, кафк ҳангоми аз моеъ баровардан доғи намоён надошт. Хокаҳои CuSO₄ ва FeSO₄ бо қатраҳои обе, ки рӯи сатҳ ғелиданд, дур карда шуданд. Ин натиҷаҳо рафтори худтозакунии сатҳи Cassie–Baxter-и камчаспандаро дастгирӣ мекунанд; аммо ифлосшавии дарозмуддат бо biofilm, oil emulsion, clay, organic matter ва surfactant дар обҳои партови воқеӣ санҷида нашудааст.

Иқтидори ҷаббиши равған ва моеъҳои органикӣ

Кафк бо моеъҳо ба монанди n-hexane, n-hexadecane, chloroform, 1,2-dichloroethane, petroleum ether, нафти хом, бензин, дизел, равғани арахис ва lubricating oil санҷида шудааст. Иқтидори ҷаббиши асосёфта ба масса бо муодилаи зерин ҳисоб карда шудааст:

\[ Q_m=\frac{m_1-m_0}{m_0} \]

Дар ин ҷо m₀ массаи кафки хушк ва m₁ массаи кафк баъд аз saturation мебошад. Натиҷаҳо вобаста ба моеъ тақрибан дар диапазони 65–140 g·g⁻¹ мебошанд. Афзоиши қариб хаттии иқтидори ҷаббиш бо зичии моеъ нишон медиҳад, ки ҳаҷми нигоҳдоштаи кафк монанд мемонад ва моеъҳои зичтар дар ҳамон ҳаҷми ковок массаи бештар медиҳанд.

Дар давраи ҷаббиш-фишурдан бо нафти хом иқтидор пас аз истифодаҳои аввал кам шуда, сипас ба сатҳи устувортар наздик шудааст. Дар охири давраи бистум тақрибан %85-и иқтидори ибтидоӣ нигоҳ дошта шудааст. Барои талафи иқтидор тавозуни муфассали масса ё таҳлили химияи сатҳ пешниҳод нашудааст; саҳмҳои ҷудогонаи нафти дар ковокҳо монда, талафи пӯшиш ва деформатсияи механикӣ муайян нашудаанд.

Самаранокии ҷудокунии равған/об бо қувваи ҷозиба

Кафк ҳам n-hexadecane-и аз об сабуктар ва ҳам dichloromethane-и аз об вазнинро интихобан гирифтааст. Дар дастгоҳи filtration фазаи равған аз шабакаи ковоки суперолеофилӣ гузашта, фазаи об дар болои монеаи супергидрофобӣ нигоҳ дошта шудааст.

Дар ҳамаи омехтаҳои санҷидашуда самаранокии ҷудокунӣ зиёда аз %98 гузориш шудааст. Дар моеъҳои камчаспак ба монанди chloroform flux тақрибан ба 16.000 L·m⁻²·соат⁻¹ расидааст; дар дизели часпактар тақрибан 8500 L·m⁻²·соат⁻¹ чен шудааст. Дар озмоиши даҳдавраӣ бо омехтаи dichloromethane/об flux тақрибан дар 15.000 L·m⁻²·соат⁻¹ ва самаранокии ҷудокунӣ аз %98 боло мондааст.

Ин натиҷаҳо барои фазаҳои озоди равған/об, ки бо ҳам омехта намешаванд, дурустанд. Таҳқиқот барои emulsion-ҳои устувори равған-об бо қатраҳои micrometer ё nanometer, ҷараёнҳои дорои surfactant ё hydrocarbons-и ҳалшуда додаҳои ҷудокунӣ пешниҳод намекунад. Қиматҳои баланди flux набояд ҳамчун performance-и emulsion filtration тафсир шаванд.

Нури офтоб кафкро то чӣ андоза гарм кард?

Кафки меламинии пӯшишнадошта дар қисми зиёди спектри офтоб ҷаббиши паст нишон дод. Полидопамин ҷаббиши нурро дар минтақаи намоён зиёд кард, дар ҳоле ки нанозарраҳои нуқра ва scattering-и сеандоза ба MF/Ag/PFDT имкон доданд, ки нурро дар диапазони васеътари дарозии мавҷ ҷамъ кунад.

Дар зери як офтоб, яъне тақрибан 1,0 kW·m⁻² шуоъдиҳӣ:

• Кафки пӯшишнадошта тақрибан дар 30 °C монд.
• MF/PDA тақрибан ба 60–63 °C расид.
• MF/Ag/PFDT тақрибан дар 50 сония ба ҳарорати тавозунии тақрибан 82 °C расид.

Дар тасвири infrared сатҳи болоии MF/Ag/PFDT 84,3 °C чен шуд, дар минтақаи поёнӣ бошад арзишҳои 60,5 ва 41,5 °C дида шуданд. Қисмҳои боло ва поёни кафки пӯшишнадошта тақрибан дар 24 °C монданд; дар кафки полидопаминдор сатҳи боло ба 62,8 °C ва қисми аз ҳама поён ба 35,8 °C расид. Фарқи калонтари ҳарорати амудӣ дар MF/Ag/PFDT дастгирӣ мекунад, ки гармӣ дар интерфейси болоӣ қавитар нигоҳ дошта мешавад.

Матн мегӯяд, ки дар 1,5 офтоб ҳарорати максималӣ тақрибан ба 125 °C расидааст. Аммо дар тавзеҳи Шакл 7 диапазони шуоъдиҳӣ “0,5–2,0 офтоб” навишта шудааст, дар ҳоле ки legend-и намоёни график шароити 0, 0,5, 1,0 ва 1,5 офтобро нишон медиҳад. Аз ин рӯ, дода барои шароити 2,0 офтоб дар манбаъ равшан нест.

Дар даҳ давраи пайдарпайи фурӯзон-хомӯш кардани нур ҳароратҳои қулла асосан нигоҳ дошта шуданд. Ин озмоиш устувории кӯтоҳмуддати фототермалиро нишон медиҳад; таъсири офтоб барои моҳҳо, оксидшавии ҳавои кушод ё пиршавии морфологии нанозарраҳои нуқра омӯхта нашудаанд.

Гармкунӣ ҷаббиши нафти часпакро чӣ гуна тағйир дод?

Ҳангоми хомӯш будани нур қатраи нафти хом, ки рӯи MF/Ag/PFDT гузошта шуд, чор дақиқа асосан дар сатҳ монд. Вақте шуоъдиҳии як офтоб фурӯзон шуд, қатраи нафт тадриҷан паҳн шуда ва дар давоми чор дақиқа ба кафк ворид гардид. Кафки меламинии пӯшишнадошта бошад, дар ҳамон нур нафтро ба таври намоён ҷаббида натавонист.

Муҳаққиқон пешниҳод мекунанд, ки гармкунӣ таъсири нисбии ҳамкории van der Waals ва π–π байни ҷузъҳои вазнини нафт, монанди асфалтен ва resin-ро кам карда, соиши дохилӣ ва часпакиро паст мекунад. Нафти моеъшуда сипас бо қувваҳои капиллярӣ ба ковокҳо кашида мешавад.

Гарчанде дар таҳқиқот истифодаи viscometer-и даврзананда зикр шудааст, арзишҳои часпакии нафти хом дар ҳароратҳои гуногун, shear rate, каҷи реологӣ ё коҳиши миқдории часпакӣ дар 84 °C дар натиҷаҳои асосӣ дода нашудаанд. Аз ин рӯ, натиҷаи “часпакӣ кам шуд” бо мушоҳидаҳои ҷаббиш ва механизми гармӣ дастгирӣ мешавад, аммо бо маҷмӯаи пурраи додаҳои ҳарорат-часпакӣ миқдоран нишон дода нашудааст.

Низоми пайвастаи ҷамъоварии нафт

Барои гузаштан аз озмоиши ҷаббиши статикӣ ба коркарди пайваста, кафк ба насоси перисталтикӣ пайваст карда шуд. Кафк нафти рӯи обро интихобан гирифт ва нафти гармшудаву моеъшуда бо насос ба зарфи ҷамъоварӣ интиқол ёфт.

Дар шароити торик интиқоли пайвастаи нафти хунук ва часпак номуваффақ ё хеле маҳдуд монд, дар ҳоле ки дар зери як офтоб ҷараёни мунтазам оғоз шуд. Дар тӯли озмоиши дусоата flux-и нормализатсияшудаи J/J₀ тақрибан дар диапазони 0,95–1,0 монд ва ҳаҷми ҷамъшудаи нафт тақрибан хаттӣ то 1,0 литр расид.

Ин setup нишон медиҳад, ки гармии офтоб нафтро моеътар мекунад ва кафк метавонад ҳамчун унсури вуруди низоми ҷамъоварии насосӣ истифода шавад. Бо вуҷуди ин, низом комилан беэнергия нест; барои интиқоли пайваста насоси перисталтикии барқӣ истифода шудааст. Дар таҳқиқот қувваи насос, истеъмоли умумии энергия ё ниёзи энергия барои ҳар миқдори нафти ҷамъшуда ҳисоб нашудааст.

Механизми якҷояи кори пешниҳодшуда

Функсияи мавод ба рӯй додани ҳамзамони чор марҳила асос ёфтааст:

1. Табдили фототермалӣ: Полидопамин ва нанозарраҳои нуқра нури офтобро ба гармии маҳаллӣ табдил медиҳанд.
2. Локализатсияи гармӣ: Пластрони ҳавоӣ интиқоли гармиро ба оби поёнӣ маҳдуд карда, ҳароратро дар интерфейси нафт-кафк нигоҳ медорад.
3. Коҳиши часпакӣ ва муқовимати интиқол: Нафти хоми гармшуда моеътар мегардад ва аз даромадҳои ковок осонтар мегузарад.
4. Интиқоли капиллярӣ: Ковокҳои суперолеофилӣ ва бо ҳам пайваст нафтро ба дохили кафк ва ба тарафи вуруди насос мебаранд.

Танҳо яке аз ин ҷузъҳо кофӣ нест. Кафки пӯшишнадошта, гарчанде ковок буд, дар зери офтоб нафтро ҷаббида натавонист; MF/Ag/PFDT бошад, ҳангоми хомӯш будани нур бинобар часпакии баланд суст монд. Озмоишҳои назоратӣ дастгирӣ мекунанд, ки гармкунии фототермалӣ ва интиқоли капиллярии oleophilic якҷоя заруранд. Гарчанде саҳми пластрони ҳавоӣ бо фарқи ҳарорати амудӣ ва тасвири оинаи нуқрагин алоқаманд карда шудааст, муқоисаи муфассали гармии маводи назоратии бе пластрон, вале бо ҳамон таркиби химиявӣ ва оптикӣ дода нашудааст.

Натиҷаҳое, ки таҳқиқот дастгирӣ мекунад

• Пӯшишҳои полидопамин, нуқраи металлӣ ва PFDT бе пурра бастани скелети кушодаи ковоки меламин татбиқ карда шудаанд.
• Сатҳи ниҳоӣ обро сахт тела дода, равғанро дар ҳаво ва зери об интихобан тар кардааст.
• Ҳангоми ба об ғӯтондан кафк тасвири оинаи нуқрагини мувофиқ бо пластрони ҳавоиро нишон додааст.
• Дар як офтоб сатҳи боло тақрибан ба 84 °C расида, поён тақрибан дар 42 °C мондааст.
• MF/Ag/PFDT-и бо офтоб гармшуда қатраи нафти часпакро дар чор дақиқа ҷаббидааст.
• Дар равғанҳо ва моеъҳои органикии гуногун иқтидори ҷаббиши 65–140 g·g⁻¹ ба даст омадааст.
• Дар омехтаҳои равған/об, ки бо ҳам омехта намешаванд, самаранокии ҷудокунӣ зиёда аз %98 ва flux то 16.000 L·m⁻²·соат⁻¹ гузориш шудааст.
• Тақрибан %85-и иқтидори ҷаббиши нафти хом пас аз 20 давраи ҷаббиш-фишурдан нигоҳ дошта шудааст.
• Дар setup-и насосии перисталтикӣ ва офтобӣ дар тӯли ду соат бо flux-и тақрибан собит як литр нафт ҷамъоварӣ шудааст.

Таҳқиқот чиро нишон намедиҳад?

• Нишон дода нашудааст, ки мавод дар резиши воқеии баҳрӣ ё хушкӣ кор мекунад.
• Мавҷ, ҷараён, борон, шамол, ҳарорати пасти ҳаво ва шуоъдиҳии тағйирёбандаи офтоб санҷида нашудаанд.
• Эмулсияҳои устувори равған-об, обҳои партови дорои surfactant ва hydrocarbons-и ҳалшуда омӯхта нашудаанд.
• Устувории пластрони ҳавоӣ дар зери об дар тӯли рӯзҳо ё ҳафтаҳо чен нашудааст.
• Ихроҷи нанозарраҳои нуқра, қабати фтордори PFDT ё қисмҳои пӯшиш ба об таҳлил нашудааст.
• Озмоиши toxicity барои организмҳои обӣ, микроорганизмҳо ё саломатии инсон гузаронида нашудааст.
• То чӣ андоза нафти ҷамъшуда аз кафк тоза ва иқтисодӣ ҷудо мешавад, муфассал арзёбӣ нашудааст.
• Сӯхтанпазирии мавод, бехатарии оташ дар назди нафти гарм ва вайроншавии гармӣ дар шуоъдиҳии баланд омӯхта нашудааст.
• Самаранокии табдили офтоб ба гармӣ, истеъмоли энергия аз насос, carbon footprint ва life cycle ҳисоб нашудаанд.
• Исбот нашудааст, ки истеҳсоли лабораторӣ ба миқёси square meter бароварда мешавад ё аз ҷиҳати арзиш аз ҷаббандаҳои тиҷоратӣ беҳтар аст.

Ҷиҳатҳои қавӣ ва маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот

Ҷиҳати қавии таҳқиқот якҷоя кардани химияи сатҳ, сохтори ковок, таршавӣ, табдили фототермалӣ, барқароршавии механикӣ ва интиқоли пайвастаи нафт дар як низоми таҷрибавӣ мебошад. Истифодаи ҳамзамони SEM, EDS, XRD, FTIR ва XPS марҳилаҳои истеҳсолро дастгирӣ мекунад. Назоратҳои нур фурӯзон-хомӯш, муқоиса бо кафки пӯшишнадошта, харитаҳои ҳарорати infrared ва озмоиши pumping-и пайваста нисбат ба танҳо нишон додани кунҷи тамоси статикӣ тасдиқи васеътари функсионалӣ медиҳанд.

Бо ин вуҷуд, дар бисёр озмоишҳои performance шумораи намунаҳои мустақил, standard deviation, маънои error bar ва statistical analysis шарҳ дода нашудаанд. Гуфта шудааст, ки кунҷҳои тамос миёнаи ченкуниҳо аз се нуқтаи ҷудогонаи сатҳ мебошанд, аммо variability-и истеҳсол байни кафкҳо дода нашудааст. Манбаъ, таркиб, часпакии ибтидоӣ ва реологияи вобаста ба ҳарорати нафти хом шарҳ дода нашудаанд.

Гарчанде таҳқиқот ба Шакл S1–S3, Ҷадвал S1 ва Филм S1–S7 ишора мекунад, ин маводи иловагӣ дар файли баррасишуда мавҷуд нестанд. Аз ин рӯ, холгузории radar graph-и муқоисавии адабиёт, ноҳамвории AFM, додаҳои иловагии XPS/EDS ва ҳамаи dynamic experiments санҷида нашудаанд.

Аз ҷиҳати даъвои истифодаи муҳитӣ, камбудии муҳимтарин сарнавишти муҳитии пӯшиш мебошад. Пас аз фишурдани такрорӣ, abrasion, UV ва chemical exposure тағйир ёфтани миқдори нуқра ва PFDT чен нашудааст. Самаранокии баланди ҷудокунӣ ва reutilization худ ба худ нишон намедиҳад, ки мавод аз ҷиҳати экологӣ бехатар аст.

Усул ва натиҷаҳои таҳқиқот

Маводҳо

Протоколи истеҳсол

Дастгоҳҳои characterization

Озмоишҳои таршавӣ ва устуворӣ

• Кунҷҳои тамос дар ҳарорати муҳит бо қатраҳои 3 μL ва дар се мавқеи ҷудогонаи сатҳ чен шудаанд.
• Рафтори об-ҳаво, равған-ҳаво, равған зери об ва об зери равған алоҳида омӯхта шудааст.
• Дар озмоиши sandpaper бори 50 g ва ҳаракати 10 cm барои ҳар давра татбиқ шудааст.
• Барои устувории химиявӣ намунаҳо дар acid, base, salt ва organic solvents 24 соат нигоҳ дошта шудаанд.
• Устувории UV дар зери шуоъдиҳии 20 W, 254 nm барои 24 соат арзёбӣ шудааст.
• Fatigue-и фишурдашавӣ дар strain-и %60 бо 50 давра санҷида шудааст.
• Арзёбии нигоҳдории дарозмуддат таъсири 12-моҳаи ҳавои муҳитро дар бар гирифтааст.

Озмоишҳои ҷаббиши равған ва ҷудокунӣ

Натиҷаҳои фототермалӣ ва ҷамъоварии пайваста

Бозтавлидпазирӣ ва камбудиҳои методӣ

Шарҳ дода шудааст, ки натиҷаҳои кунҷи тамос миёнаи се нуқтаи сатҳ мебошанд. Ғайр аз ин, шумораи такрорҳои истеҳсол, намунаҳои мустақили кафк, такрорҳо дар озмоишҳои ҷаббиши равған ва озмоишҳои ҷамъоварии пайваста равшан нишон дода нашудаанд. Гарчанде дар баъзе графикҳо error bar дида мешаванд, навишта нашудааст, ки онҳо standard deviation, standard error ё ченаки дигари номуайянӣ мебошанд.

Миқдори глюкоза, андозаҳои кафк дар баъзе озмоишҳо, effective surface area-и setup-и ҷудокунӣ, feed oil/water ratio, ҳарорат, манбаи химиявии нафт ва хусусиятҳои реологӣ нопурраанд. Муодилаҳои рақамие, ки барои flux ва separation efficiency истифода шудаанд, дар матни асосӣ равшан навишта нашудаанд.

Ғафсии воқеии пластрони ҳавоӣ, ҳиссаи сатҳи пӯшидашуда, устуворӣ ба hydrostatic pressure ва ҳалшавӣ бо вақт чен нашудаанд. Silver-mirror effect далели сифатӣ медиҳад, аммо устувории дарозмуддати пластронро миқдоран тасдиқ намекунад.

Таҳқиқот барои муқоисаи performance ба Ҷадвал S1, барои ноҳамвории сатҳ ба Шакл S3 ва барои озмоишҳои гуногун ба Филм S1–S7 ишора мекунад. Азбаски ин supporting files дар матни асосии баррасишуда мавҷуд нестанд, баъзе қисмҳои method ва comparison claims нопурра мемонанд.

Ёддошт оид ба манбаъ ва усул

Номи пурраи аслии таҳқиқот: Air-plastron-enabled superhydrophobic foam for solar-driven viscous-oil recovery and oil/water separation via interfacial thermal localization

Муаллифон ва тартиб: Sudong Yang, Hongyi Li, Xueting Yuan, Yixuan Kuang, Mei Zhu, Zhiying He, Junjie Zheng, Xinyue Li, Zixin Gao, Fan Yang, Siyu Zhang, Qing Xu, Qian Zhang, Lin Chen.

Саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал: Дар таҳқиқот изҳороти саҳми баробар ё ҳаммуаллифи аввал мавҷуд нест.

Муаллифони масъул: Sudong Yang ва Lin Chen. Суроғаҳои email мутаносибан yangsudong@cdu.edu.cn ва chenlin0306@cdu.edu.cn дода шудаанд. Дар саҳифаи сабти SSRN Sudong Yang инчунин ҳамчун contact author нишон дода шудааст.

Муассисаҳо: College of Food and Biological Engineering, School of Chemistry and Chemical Engineering, Chengdu University; School of Architecture and Civil Engineering, Chengdu University; School of Mechanical Engineering, Chengdu University; Institute for Advanced Study, Chengdu University, Chengdu, Чин.

DOI: 10.2139/ssrn.7197205. Ин DOI ба версияи preprint дар SSRN тааллуқ дорад ва DOI-и мақолаи маҷаллаи peer-reviewed нест.

Маҷалла ё конференсия: Барои версияи баррасишуда нашри тасдиқшудаи маҷалла ё конференсияи peer-reviewed мавҷуд нест.

Платформаи нашр: SSRN.

Ношири аслӣ: Барои таҳқиқот ношири ниҳоии маҷаллаи тасдиқшуда вуҷуд надорад. SSRN платформаи паҳнкунии preprint мебошад.

Соли нашр: 2026.

Навъи манбаъ: Preprint-и таҳқиқоти муҳандисии химияи муҳитӣ, сатҳи функсионалӣ, маводи фототермалӣ ва ҷудокунии равған/об.

Вазъи ҳамтоёнӣ: Таҳқиқот аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст. Дар ҳар саҳифа огоҳии “This preprint research paper has not been peer reviewed” мавҷуд аст.

Пайвандҳои расмӣ:Саҳифаи расмии сабти SSRN ва Пайванди DOI.

Маблағгузорӣ: National Natural Science Foundation of China, 22378031; Tianfu Emei Project of Sichuan Province, 20242938; Chengdu Talent Immigration Program, 1285 ва 1392.

Дастгирии characterization: Муаллифон барои дастгирӣ дар characterization-и мавод ба Shiyanjia Lab ташаккур гуфтаанд.

Бархӯрди манфиатҳо: Муаллифон изҳор кардаанд, ки манфиати маълуми молиявӣ ё муносибати шахсие, ки метавонад ба таҳқиқот таъсир расонад, вуҷуд надорад.

Дастрасӣ ба дода: Дар матни асосӣ изҳороти ҷудогонаи data-access вуҷуд надорад. Raw measurement files, numeric source data ва production data мубодила нашудаанд.

Ҳолати supporting information: Матн ба Шакл S1, Шакл S2, Шакл S3, Ҷадвал S1 ва Филм S1–S7 ишора мекунад. Ин supporting content дар таҳқиқоти асосии 25-саҳифае, ки баррасӣ шудааст, мавҷуд нест.

Саҳми муаллифон: Sudong Yang — supervision, method, funding ва first draft; Hongyi Li — method, data curation ва visualization; Xueting Yuan — method, validation ва data curation; Yixuan Kuang — method, validation ва visualization; Mei Zhu ва Zhiying He — method ва validation; Junjie Zheng — validation ва visualization; Xinyue Li — validation; Zixin Gao ва Siyu Zhang — visualization; Fan Yang — data curation; Qing Xu — conceptualization ва formal analysis; Qian Zhang — validation ва visualization; Lin Chen — formal analysis, method, conceptualization, review ва editing.

Ин мақолаи тоҷикӣ дар асоси матни асосӣ, протоколҳои истеҳсол, формула, ҳашт шакли асосӣ, додаҳои microscopy ва spectroscopy, озмоишҳои contact angle, ченкунии устуворӣ, натиҷаҳои oil absorption ва separation, infrared thermal images ва continuous collection experiments-и таҳқиқоти боршуда омода шудааст. Ягон натиҷаи таҷрибавии нав ё finding-и илмӣ аз манбаи беруна, ки дар таҳқиқот нест, илова нашудааст. Истифодаи манбаъҳои беруна танҳо ба тасдиқи библиографии сабти SSRN, DOI, нақши contact author ва publication status маҳдуд шудааст.

Маҳдудиятҳои асосии таҳқиқот инҳоянд: аз арзёбии ҳамтоён нагузаштааст, supporting files дар матни асосӣ нестанд, барои бисёр озмоишҳо independent replicate ва statistics нопурраанд, long-term quantitative stability-и air plastron чен нашудааст, rheological properties-и нафти хом муфассал дода нашудаанд, leakage-и нуқра ва PFDT омӯхта нашудааст, emulsion ва field tests гузаронида нашудаанд ва energy, cost, life-cycle ва ecotoxicity analysis мавҷуд нестанд.

Натиҷаҳо потенсиали кафки MF/Ag/PFDT-ро дар шароити лабораторӣ барои solar-assisted viscous-oil absorption ва ҷудокунии фазҳои равған/об, ки бо ҳам омехта намешаванд, нишон медиҳанд. Ин finding-ҳо далели cleaning capacity-и тасдиқшуда дар real marine spills, environmental safety, industrial economic superiority ё long-term field durability нестанд.