工业化的开端:石墨烯有效减少工业管道腐蚀

2018-09-06 10:58:20 墨西科技         人气: 5163

       使用石墨烯薄膜延长石油和天然气工业管道的寿命,这种输送管道一般由内层的聚合物或复合材料和外部加强钢制成。在这些管道内,流体压力非常高,除此之外,管道也常常面临着高温考验。在输送工程中,二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)和水会渗透到管道的保护层下,没有了保护层,作为增强结构的钢可能会被腐蚀,这就导致管道随着时间流逝渐渐失去了强度,这种结果最终就会导致灾难性失效的风险。

  研究人员发现,如果将石墨烯与塑料进行机械混合,或者在内测涂上一层石墨烯,并不会影响管道通过性能。然而,研究小组通过将一层薄的石墨烯纳米层压到聚酰胺11(PA11)上,最终能够生产出阻隔性能特别好的结构,聚酰胺11(PA11)是石油天然气管道衬里中常用的塑料。

  为了验证是否可靠,在60°C和高达400倍大气压下对多层层压结构进行了测试,结果表明,与单独使用PA11相比,多层层压结构的CO2渗透率降低了90%以上,而H2S的渗透率可降低到无法检测的水平。

  石墨烯虽然从合成和证实存在到今天只有短短十几年的时间,但是已成为今年学者研究的热点。石墨烯是一种由碳原子以sp?杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。具有相当好的柔韧性、透明性、而且比铜的导电性更好,此外,石墨烯是众所周知能够阻挡氦的材料,而氦是最难阻挡的气体。随着批量化生产以及大尺寸等难题的逐步突破,石墨烯的产业化应用步伐正在加快。

  仅在美国,石油和天然气行业的腐蚀成本就高达14亿美元。这种石墨烯技术有可能延长水下管道的使用寿命,从而减少维修所需的各类消耗。

  领导曼彻斯特研究团队的教授Peter Budd说:“石墨烯有很多令人惊叹的特性,但是要大规模地利用它们并不是那么容易。我们的工作是将石墨烯带出实验室,让这种先进材料进入现实世界。

  TWI研究部主任Paul Woollin博士说:“这项研究是TWI通过创新网络与世界领先大学有效合作的一个例子,利用我们的内部专家以及尖端测试能力,为各种最具挑战性工业难题找出新颖独特的解决方案。”

  像这样可以大规模投入使用的石墨薄膜有潜力开辟广阔的新市场,并给无数的工业过程带来新革命,如食品包装、水过滤和气体分离等领域。