Как увеличить клиренс на УАЗе?
UAZ r
УАЗ 469. К этому автомобилю невозможно остаться равнодушным, реакция окружающих — прямое этому подтверждение. Полицейские при виде него улыбаются, байкеры приветствуют или понимающе цокают.
Лифтовать 469-й не так уж и сложно
За этими автомобилями, к сожалению, закрепилась репутация не очень надежных автомобилей. Зато цена запасных частей относительно невысока. Сама конструкция автомобиля изначально была скопирована с одной из моделей Land Rover. Конечно, внешний облик давно устарел, но, благодаря этому, ремонт не сложен, и его по силам сделать своими руками. Плюс УАЗа в том, что в условиях бездорожья он может дать фору почти любому иностранному внедорожнику. Это притом, что качество резины на колесах оставляет желать лучшего, а как известно, на проходимость автомобиля влияют именно его колеса.
Следуя простой логике, если УАЗу установить импортные хорошие колеса, то проходимость автомобиля улучшится в разы. Другой вопрос в том, как это сделать, ибо для этого нужно поднять кузов машины над рамой, другими словами «отлифтовать». Как это сделать? Разберемся вместе.
Блок: 1/5 | Кол-во символов: 1093
Источник: https://autoexpert.today/obzory/lift-kuzova-uaz-469-svoimi-rukami.html
Общие характеристики
Несмотря на то, что многие вездеходы, изготавливаемые известными американскими, немецкими, азиатскими и другими зарубежными автопроизводителями, проигрывают УАЗ по показателям проходимости, даже отечественная «буханка» может застрять в условиях серьезного бездорожья. В связи с этим многие автолюбители стремятся наделить своего «железного коня» всеми лучшими качествами внедорожника. Одним из многих вариантов является лифт подвески УАЗ «буханка» своими руками.
Поскольку УАЗ довольно прост в техническом исполнении, он предоставляет мн
Тюнинг бензинового двигателя в УАЗ — улучшаем проходимость
Владельцы уазиков с бензиновыми двигателями зачастую преодолевают бездорожье не в натяг, а ходом — тяга современного двигателя ЗМЗ на низах оставляет желать лучшего. При этом нередки случаи выхода из строя полуосей. Особенно велик риск поломки, если на автомобиле стоят блокировки и колеса увеличенного диаметра. Многие мечтают об установке тяговитых импортных дизелей, но это удовольствие не из дешевых. Есть куда более бюджетный путь решения проблемы. Увеличив передаточное число понижающей передачи в раздаточной коробке и сравнив выходной момент с нее с моментом после штатной раздатки, мы заметим, что он сравним с тем, что выдает двигатель с высоким моментом
В данных комплектах используется другой угол наклона зубьев шестерен, что вкупе с методом абразивного (алмазного) выглаживания их до закалки и после с последу-щей прикаткой сопряженных пар привело к тому, что модернизированная раздатка намного менее шумная, чем заводская.
ТОП-6 способов повысить проходимость авто по бездорожью / Сибирский охотник
Владельцы как легковых автомобилей, так и внедорожников могут столкнуться с потребностью повышения проходимости машины по бездорожью. Для любителей охоты эта проблема наиболее актуальна, ведь они чаще остальных водителей сталкиваются с самыми экстремальными условиями вождения.
Эксперты Avto.pro рассказывают, как повысить внедорожные свойства автомобиля.
Как повысить проходимость автомобиля?
1. Повысить проходимость помогут цепи противоскольжения. Комплект цепей можно поместить в багажник, впоследствии просто использовать при необходимости. Конечно, установка и демонтаж займут определенное количество времени, но с ней способен справится каждый автолюбитель. К тому же, цепи помогут не только проехать тяжелые участки дороги, но и станут полезными в зимний период времени.
Эксперты советуют устанавливать их только на передней оси, а также не приобретать цепи с крупными звеньями. Помните, что при езде на твердой поверхности они быстро изнашивают покрышки.
2. Любители охоты всегда должны иметь в запасе динамическую стропу. В случае, когда вы застряли и не можете продвигаться дальше, но рядом есть автомобилисты, способные вам помочь, то самым легким способом будет вытащить вас с помощью стропы. Динамическая стропа имеет множество преимуществ, так как она гасит силу рывка, а также имеет лучшие характеристики растяжения.
3. Для повышения проходимости машины некоторые автолюбители устанавливают внедорожные бамперы, ведь обычные, установленные в серийных авто, в первую очередь предназначены для безопасности пешеходов и улучшенной аэродинамики. Если вы окажетесь с таким бампером на бездорожье, он останется в ужасном состоянии.
4. В случае, если у вашего авто внедорожные обвесы и достаточно высокая подвеска, то можно заменить стандартные колеса транспортного средства на колеса с большим радиусом. Чем больше размер колес, тем лучше будет проходимость транспортного средства. Следует помнить, что идеальным вариантом станут 31-дюймовые колеса, если устанавливать больший диаметр, то ухудшится управляемость, на асфальте поездка будет сопровождаться лишним шумом и повышенным расходом топлива.
5. Когда вы используете свой автомобиль и в повседневной жизни, и для охоты, то можете установить винтовую блокировку, которая при необходимости будет автоматически включаться без сопутствующего дискомфорта. Винтовая блокировка срабатывает, когда одно колесо начинает опережать другое. Она отличается сравнительно низким уровнем износа и использованием обычного трансмиссионного масла.
При этом, можно также установить принудительную блокировку, она надежнее и срабатывает при нажатии кнопки, но такой вариант будет в раз пять дороже предыдущего. Стоит отметить, что такая блокировка не повлияет отрицательно на управляемость машины в обычных условиях, и обеспечит отличную работу всех колес во включенном режиме.
С помощью блокировки автомобиль может преодолевать тяжелые участки дороги, но это не помешает передвижению в повседневной жизни.
6. Самым радикальным способом повышения проходимости автомобиля принято считать лифт автомобиля. Чтобы поднять машину обычно используют два варианта: suspension-lift и body-lift. Последний вид лифта является самым простым и менее дорогостоящим способом увеличить дорожный просвет.
Стоит отметить, что даже самые дорогие и совершенные внедорожные автомобили не способны преодолеть абсолютно все сложности, поэтому у каждого автолюбителя может возникнуть потребность модернизации транспортного средства. Проходимость машины, а также дальнейший способ повышения внедорожных качеств зависят от множества факторов: шин, геометрии проходимости, типа трансмиссии и класса авто. Поэтому каждый автолюбитель должен выбрать именно тот способ, который лучшим образом будет соответствовать его личным запросам, а также подойдет под индивидуальным характеристики автомобиля.
Как увеличить клиренс на УАЗе?
Если проходимость стандартного УАЗа вас не устраивает, вы всегда можете модернизировать его характеристики – в частности, увеличить дорожный просвет. Делается это двумя способами: лифтом кузова или подвески.
УАЗ Хантер «Маэстро» 2015-2016
Лифтинг кузова это, в первую очередь, установка специальных проставок между кузовом и рамой автомобиля. Предпочтение стоит отдать алюминиевым проставкам, как имеющим оптимальное соотношение цены и качества. В зависимости от типа изделия автомобиль может прибавить в «росте» от 40 до 80 мм. После установки проставок следующим шагом будет подрезка крыльев и арок колес. В порезанные арки можно установить колеса большего диаметра, что в сумме с проставками дает уже солидные 150 мм.
Также можно поднять УАЗ при помощи модернизации подвески. Недостаток у этого пути только один – изменение центра тяжести. Внедорожником с высоким центром тяжести следует управлять более аккуратно. При тюнинге подвески обратите внимание на углы работы карданов. Здесь важно учесть баланс между высотой лифтинга и их работоспособностью. Карданы можно заменить на удлиненные – в противном случае, длительная работа под критическим углом выведет «родные» карданы из строя.
Чтобы избавить автомобиль от опрокидывания, которое провоцирует высокий центр тяжести, можно установить колесные проставки, расширяющие колею, либо диски с отрицательным вылетом и широкую резину. Можно пойти и более радикальным путем и заменить мосты на редукторные «Барс» или «Спайсер» — они несколько шире.
Способ лифтовки подвески выбирайте в зависимости от того, какую высоту на выходе вы хотите получить. Если вам достаточно небольшой высоты, то просто добавьте листы рессоры или замените их другими, с большим количеством листов.
При модернизации автомобиля обратите внимание на то, чтобы у подвески был достаточно большой ход. Это позволит обеспечивать непрерывный контакт с землей во время преодоления участков бездорожья.
Чтобы поднять переднюю подвеску, можно установить прокладки между пружинами и опорными чашками. Можно ограничиться монтажом удлиненных пружин. Однако после установки более длинных пружин изменятся углы рычагов, а это повлияет на управляемость УАЗа и на прочность деталей. Решение проблемы в переносе кронштейнов крепления рычагов.
Как повысить проходимость автомобиля? Решение есть — и не одно!
Перечисляем достоинства и недостатки цепей, браслетов и прочих приспособлений для езды по бездорожью.
Нашего человека бездорожьем или снегом не испугать. Уговаривать переобуться на зимнюю резину сегодня тоже не приходится — постоянно доносится цоканье шипов по расчищенному городскому асфальту. Да вот только не везде он есть, этот самый асфальт. Куда лучше городской слякоти настоящая зима — с сугробами, загородными вояжами, горнолыжными базами и так далее. Но без подготовки на такие дороги выезжать и глупо, и опасно. В ряде случаев одной только зимней резиной не обойдешься — а в некоторые места вас просто не пустят! Нужно кое-что еще…
ТРАКИ
Сэнд-траки, они же антипробуксовочные ленты, они же «трапики»… Суть одна: они позволяют колесам зацепиться за твердую поверхность и покинуть сложный участок дороги. Самые доступные — пластиковые, попрочнее — композитные, а еще есть алюминиевые. Последние можно использовать для организации опоры для чего-либо полезного.Сэнд-траки, они же антипробуксовочные ленты, они же «трапики»… Суть одна: они позволяют колесам зацепиться за твердую поверхность и покинуть сложный участок дороги. Самые доступные — пластиковые, попрочнее — композитные, а еще есть алюминиевые. Последние можно использовать для организации опоры для чего-либо полезного.
Средства повышения проходимости
Сэнд-траки (противобуксовочная лента)
Когда колеса утонули в снегу (или в любом другом мягком грунте), давить на газ уже бесполезно. Сядете на брюхо, спалите сцепление — в общем, станет совсем плохо. Раньше я в таких ситуациях подкладывал под колеса все, что подвернется под руку, — доски, ветки и остальное. Но когда застреваешь в чистом поле и в багажнике автомобиля ничего «спасательного» нет, да и негде искать ветки и доски, то на помощь придут автомобильные траки, они же антибуксы! Иногда их называют сэнд-траками, но суть от этого не меняется. Речь идет о профилированных пластинах из алюминия, стали или пластика — вариантов исполнения полным-полно. Более тяжелые металлические траки при деформации можно выправить — в отличие от легких и ярких пластиковых, которые «ошибаются только один раз».
Пользоваться траками не очень сложно: достаточно подпихнуть изделие под закопавшееся ведущее колесо по направлению движения машины. Кстати, в ряде случаев удается использовать трак в качестве подставки под домкрат. Те, кому приходилось менять колесо на заснеженной дороге, поймут сразу. Кстати, такие изделия не привязаны к марке автомобиля…
ЦЕПИ
Цепи противоскольжения
Цепь — это как раз такой «прибамбас», без которого на некоторые европейские дороги вас просто не пропустят.
Автомобильные цепи противоскольжения — это что-то вроде чехла на сиденье автомобиля. Цепи состоят из продольных тросов, соединяемых между собой звеньями, общий рисунок напоминает соту, именно благодаря такому рисунку достигается плавность хода и появляется возможность удерживать авто на уклонах. Срок эксплуатации цепей априори выше, чем, скажем, у ремней или браслетов. Сразу напомним, что цепи не универсальны — их надо подбирать именно под ваш автомобиль. И если вы поменяете машину, то вполне возможно, что и с цепями придется попрощаться. Кстати, если у вас стоит совсем уж низкопрофильная резина, то цепей под нее мож
Грузовики, тракторы и вилочные погрузчики PDF Руководство
Некоторые из руководств по эксплуатации грузовых автомобилей УАЗ PDF показаны выше — Патриот, 451, 3741, 3303 .
Уже в начале 1942 года были выпущены первые изделия. В цехе освоено производство авиационных боеприпасов.
К началу мая 1942 года завод выпустил первые пять ЗИС-5 . В феврале этого года завод приступил к сборке стендов автомобилей для армии.К июлю месяца увеличился темп сборка. С конвейера сошло до 30 машин в сутки.
В настоящее время УлЗИС (Ульяновский филиал №4 ВМС) официально становится головным предприятием по производству ЗИС-5 . На фронт были отправлены десятки грузовиков. В Осенью 1942 года завод приступил к выпуску малолитражного двигателя П3 / 2 для армии. По состоянию на конец года в компании работало уже около 4000 человек.
22 июня 1943 года было принято решение — построить автомобильный завод в Ульяновске.Под промышленное и жилое строительство выделено 200 га земли за рекой Свияга. Впоследствии здесь вырос один из самых больших районов города.
В начале мая 1943 года на заводе был изготовлен первый опытный образец грузовика УлЗИС-253, работающий на дизельном топливе. Это был его первый автомобиль, выпущенный заводом. По динамике По качествам и экономическим показателям он не уступал знаменитому американскому «Студебеккеру ».
Специалисты высоко оценили машину. В конце 1944 года производство ЗИС-5 было перенесено на Урал в город Миасс. Ульяновский завод начал развиваться и становиться производство автомобилей ГАЗ-АА Первый такой грузовик был выпущен 26 октября 1947 года.
13 марта 1949 года завод выпустил 10 000 грузовиков. На этот раз за две смены было произведено 140 автомобилей. На праздничной демонстрации 7 ноября 1947 г. прошел опытный образец монохромного грузовика. УАЗ-300 .В 1950 году были проведены дорожные испытания, на которых этот грузовик гордо стоял. Но производство этого грузовика так и не началось.
В 1954 году завод был организован Управлением главного конструктора. Сначала это была довольно небольшая группа во главе с И.А. Давыдовым. Группа сняла документацию с газа, после приобретения и оформление передачи в технологический отдел.
Когда на завод пришли новые специалисты, приступили к разработке новых автомобилей УАЗ .К концу года было изготовлено сдаточная партия ГАЗ-69 .
В 1955 году был издан приказ министра. Согласно этому приказу УАЗ должен был освоить выпуск легковых автомобилей повышенной проходимости ГАЗ-69 и . ГАЗ-69А , а также прицепы. С этого времени специализацией УАЗ было производство легковых автомобилей, но с высокой проходимостью. В 1955 году завод был заряжен — как только Возможна разработка нескольких типов транспортных средств, включая фургоны, грузовики, сантехники и фургон.
Изменилась общая компоновка машин. Кабину начали ставить на двигатель. До этого времени такое устройство для автомобилей с высокой проходимостью не использовалось ни в одном мире. Это будет значительно увеличить объем кузова без изменения длины автомобиля.
В 1956 году на экспорт начали поступать автомобилей УАЗ . Уже в 1959 году производство вездеходов УАЗ появилось в 22 странах мира. УАЗ ценится во всем мире. Они были очень надежными и простыми в эксплуатации. Ходовые качества были лучше, чем у аналогичных моделей зарубежного производства. УАЗ машин заработано уважение во всем мире.
В 1960 году группой конструкторов УАЗ было выдано авторское свидетельство на изобретение новой ступени конвейера. Изобретение оказалось очень эффективным.
В начале 1961 года было принято решение о разработке и выпуске автомобилей новых марок.В конце года в серию пошли фургон УАЗ-451 и грузовик УАЗ-451Д с бортовой платформой. При этом первые автомобили сошли с конвейера 12 декабря 1961 года. А в наше время завод выпускает модификации этих автомобилей.
В начале 1965 года завод отметил выпуск 250-тысячного автомобиля. Это был ГАЗ-69 . В этом же году завершена разработка легкового автомобиля УАЗ-69 , который было поменять ГАЗ-69 на .Конструктор очень тщательно проработал подвесные мосты и кабину. После этого прошел контрольные испытания. После успешного оформления документации на Автомобиль был передан в отдел опытно-производственной подготовки.
В мае 1966 года в Москве прошла выставка сельскохозяйственной техники. В нем приняли участие представители двадцати стран мира. Грузовик УАЗ-452Д на этой выставке был награжден золотой медалью. Машина была очень неприхотливой, обладала большей маневренностью и хорошей проходимостью.В сельской местности он стал просто незаменим. 20 августа 1966 г., Советское правительство. Награжден орденом Трудового Красного Знамени УАЗ .
В январе 1967 года завод получил техническое задание, утвержденное Госпланом СССР и Министерством автомобильной промышленности. В соответствии с этим необходимо было провести инструкции по расширению и обновлению компании. Планируется выпуск новых моделей и увеличение производства на 3.5 раз.
2 ноября 1971 года на заводе состоялся технический совет. Было решено перевести разбирательство в режим нон-стоп с автомобилем ГАЗ-69 и ГАЗ-69А на г. УАЗ-469 и УАЗ-469Б .
В 1972 году правительство успешно провело испытания УАЗ-469. В этом же году была запущена грузовая линия и завершено расширение главного конвейера. Пусконаладочная партия УАЗ-69 . выпущен 15 декабря 1972 г.
18 февраля 1974 года состоялся 1-миллионный автозавод — УАЗ-452 (фургон). К тому времени эта машина стала очень популярной. Три таких автомобиля в августе 1974 г. поднялись по серпантину на гору. Эльбрус на высоту почти 4000 метров над уровнем моря. Эту высоту удалось преодолеть всего за 38 минут.
16 февраля 1976 года завод награжден государственной наградой — вторым орденом Красного Знамени.
27 декабря того же года двигателю УАЗ-451М присвоен Знак качества.
В ноябре 1977 г. награжден Знаком качества УАЗ-452 (фургон).
В 1983 году группа конструкторов завода была награждена правительственными наградами за изобретение автомобиля «Ягуар», умеющего плавать. Этот автомобиль создавался для армии. Во всем мире до сих пор нет у этого авто уникальный. Он может развивать в воде скорость до 10 километров в час.
В 1989 году организаторы телепрограммы «Клуб путешественников» УАЗ приглашают представителя принять участие в производстве автомобилей УАЗ УАЗ участие в экспедиции г. международный проект «Великий шелковый путь».Эта экспедиция проводилась под эгидой ЮНЕСКО.
Рабочие завода согласились участвовать. Было пройдено около 10 000 километров по пескам и горам Казахстана и Средней Азии. Что касается проходимости и скорости УАЗ автомобили не уступят всемирно известной компании « Mercedes-Benz «. На тех же горных подъемах ку наша машина была преимущество.
В 1993 году завод начал выпуск автомобилей УАЗ-31514 .Это была модификация УАЗ-469. Он отличается от своего предшественника тем, что в нем установлены новые дверные замки, регулируемые. сиденья и металлическая крыша. Кроме того, предусмотрена установка рессорной передней подвески и более производительного двигателя.
nd интеграция в мировую экономику.
Первой моделью, освоившей это производство, стал УАЗ-3153 . В отличие от УАЗ-31514 он имел длинную базу.5 августа 1997 года был выпущен первый Опытная партия УАЗ-3160 . Этот автомобиль лег в основу моделей УАЗ-Симбир 3163 и .
В июне 1998 года завод начал выпуск УАЗ-31604 с двигателем на дизельном топливе. В дальнейшем предполагалось появление ряда автомобилей на базе нового грузового шасси — новая версия автомобиля для фесмеров, грузовиков и современных автобусов. 14 сентября 1999 года был выпущен тысячный УАЗ-3160.
В марте 2003 года компания открыла сборочный завод во Вьетнаме. Автомобиль УАЗ Симбир 26 марта того же года стал одним из победителей национальной программы-конкурса «Сотня лучших». товары России ». Он получил право на два года ношения серебряного нагрудного знака.
В Шанхае на международной выставке в апреле 2003 года был продемонстрирован УАЗ Симбир , на который установлен двигатель ЗМЗ-409.В том же году 20 ноября был освобожден последний УАЗ-31512 , который являлся модификацией УАЗ-469 . Вскоре был выпущен первый УАЗ Хантер .
Еще в 2003 году сборочно-производственная компания по производству кузовов была сертифицирована на соответствие требованиям системы менеджмента компании ISO 9001: 2000. Сертификат получил компания 16 января 2004 года представители немецкой компании «TUV Management Service.»
4 марта 2004 года был выпущен первый грузовик на базе 3160 — УАЗ-2360 . В том же году с 17 апреля по 30 мая состоялось ралли УАЗ-2360, , Симбир и УАЗ Хантер из Красноярска в Санкт-Петербург. По дороге в большинстве крупных городов проводятся тест-драйвы новых автомобилей под девизом «All Terrain Output» и соревнований внедорожников.
.Исследование влияния ограничивающего давления на механическую проницаемость аргиллита при трехосном сжатии
Закачка CO 2 в коллектор нарушает поле геонапряжений, что приводит к вариациям проницаемости покрывающих пород и влияет на их герметичность. В этой статье были экспериментально изучены характеристики эволюции проницаемости аргиллита Инчэн во время девиаторного сжатия при различных ограничивающих давлениях. По мере увеличения ограничивающего давления прочность аргиллита увеличивалась билинейно, угол между разломом и максимальным главным напряжением увеличивался, а разлом становился более плоским.Во время сжатия проницаемость аргиллита сначала уменьшалась, а затем увеличивалась, и точка поворота проницаемости находилась между началом дилатансии и точкой поворота объемной деформации; когда образовался разлом, проницаемость резко увеличилась, а прирост, вызванный разломом, экспоненциально уменьшился с увеличением ограничивающего давления. Кроме того, аргиллит перешел в режим вязкого разрушения, когда эффективное ограничивающее давление было больше 35 МПа, что означает, что проницаемость не увеличилась при небольшой деформации.Наконец, была предложена практическая основанная на деформации модель эволюции проницаемости, которая отдельно рассматривает уплотнение и дилатансию, и прогнозируемые значения проницаемости хорошо согласуются с экспериментальными результатами. Это исследование выявило влияние ограничивающего давления на эволюцию проницаемости во время сжатия и может помочь оценить герметизирующую способность аргиллитов покрывающих пород.
1. Введение
Аргиллит, наиболее распространенный материал в осадочных бассейнах, имеет чрезвычайно низкую проницаемость и высокое давление на входе в капилляры [1], что означает, что геофлюидам требуется очень много времени для насыщения и прохождения через пласт аргиллитов [2] .Следовательно, образования аргиллитов являются эффективным барьером для накопления геофлюидов и играют важную роль в нефтяных системах, а также в глубинных захоронениях энергии и отходов. Хотя это и не всегда так, проницаемость аргиллитов в хорошо уплотненном и ненарушенном состоянии составляет менее 1 мкм D (≈10 -18 м 2 ) на основе лабораторных измерений неповрежденных образцов аргиллитов [3-9 ]; Причина этого результата в том, что аргиллиты богаты мелкозернистыми и глинистыми отложениями и обычно имеют средний радиус пор менее 100 нм [4, 10, 11], что более чем на несколько порядков меньше, чем у более крупных -зернистые породы, такие как песчаник, удерживающий геофлюиды [12, 13].Поскольку глинистые зерна имеют пластинчатую форму, аргиллиты имеют более высокую сжимаемость, чем другие осадочные породы, и его проницаемость, связанная с пористостью, значительно уменьшается с увеличением глубины диагенеза или давления консолидации [14–18]. Поэтому многие исследователи проводили эксперименты по влиянию эффективного гидростатического давления или давления консолидации на проницаемость аргиллитов, чтобы понять чувствительность к напряжению проницаемости аргиллитов [2, 19–21].
В проектах по улавливанию и хранению CO 2 (CCS) аргиллит обычно служит пластом покрывающей породы, который надежно удерживает CO 2 в коре в течение длительного времени [22-25]; следовательно, его проницаемость является важным фактором, влияющим на его герметичность.Однако, когда CO 2 закачивается в глубокие соленые водоносные горизонты или истощенные месторождения углеводородов, давление жидкости в коллекторах неизбежно изменится, что влияет на поле напряжений в покрышке. Изменения напряжений во время закачки могут вызвать деформацию и повреждение покрывающего камня и даже привести к разрушению покрывающего камня, когда напряженное состояние приближается к области разрушения [9]. Поскольку поровая структура покрывающего камня может быть изменена из-за такого поведения, его проницаемость также изменится во время закачки CO 2 , что может повлиять на герметичность покрова.Следовательно, всестороннее понимание реакции проницаемости аргиллитов на напряжение имеет решающее значение при оценке риска утечки на площадках CCS. Однако сообщений об эволюции проницаемости аргиллитов при общих вариациях напряжения, таких как обычное трехосное сжатие (СТС) при постоянном ограничивающем давлении, очень мало.
Гидростатическое или ограниченное сжатие обычно делает аргиллиты более компактными и менее проницаемыми. Однако многие испытания CTC на песчанике [26–33], граните [34–36], известняке [33, 37, 38] и т. Д.выявили, что проницаемость образца постепенно увеличивается до разрушения после начального снижения во время сжатия, а образование разломов приводит к скачку величины проницаемости; изменение проницаемости аргиллитов показывает ту же тенденцию во время сжатия с относительно низким эффективным ограничивающим давлением [28, 39, 40]. Для проектов CCS исследуемый покровный порода обычно находится на глубине более 1 км под землей, а литостатическое давление превышает 25 МПа [19]. Однако существует серьезная нехватка данных об изменении проницаемости в аргиллите, соответствующем сжатию под высоким ограничивающим давлением, что является целью данного исследования.Что еще более важно, чтобы лучше понять взаимосвязь между проницаемостью и деформацией аргиллита, были проведены эксперименты по измерению изменений проницаемости во время девиаторного сжатия с различными ограничивающими давлениями. Таким образом, результаты этой статьи очень полезны при оценке риска утечки из мест закачки CO 2 .
2. Образец, аппаратура и методика эксперимента
Керны бурого аргиллита для исследования были пробурены в палеогеновой формации на глубине 30-40 м от Инчэна, Китай.Аргиллиты относятся к нижней части палеогеновой гипсово-солевой формации прогиба Юньин на северо-востоке впадины Цзянхань и имеют глубину диагенеза более 1500 м. Следовательно, давление предварительного уплотнения должно быть больше 30 МПа. Аргиллит состоит из 14% полевого шпата, 23% кварца, 15% кальцита, 3% гематита, 6% доломита, 9,75% иллита, 5,85% хлорита и 23,4% монтмориллонита. Каркасные частицы аргиллита состояли в основном из кварца, кальцита и полевого шпата, а частицы были цементированы глинистыми минералами.Большая часть состава аргиллитов, за исключением глинистых минералов, состояла из частиц алевролита. Распределение пор по радиусу аргиллита было одномодальным, с максимумом примерно на 16 нм, а поры с радиусом менее 100 нм составляли более 95%. Кроме того, пористость аргиллита достигает 21,83%.
Мы уже использовали те же самые керны для изучения влияния промежуточного главного напряжения () на эволюцию проницаемости во время истинного трехосного сжатия [41].Хотя в этой статье подчеркивается влияние ограничивающего давления () на деформационно-проницаемость аргиллита, которое можно проверить с помощью обычного трехосного прибора с цилиндрическим образцом, истинно трехосный прибор для горных пород [41–45] в Институте горных пород и Механика грунтов Китайской академии наук, которая может оказывать три напряжения независимо, все еще использовалась в этом исследовании, потому что образец обычно разрушался с относительно плоским разломом, параллельным [42, 46–48]; течение в направлении еще можно рассматривать как одномерное течение.Напротив, неисправность образца в КТК не только очень грубая, но и наклонная по отношению к направлению потока [40, 49], и поток жидкости внутри образца вблизи или после разрушения не может быть аппроксимирован как одномерный поток; поэтому керны в этом исследовании также были переработаны в кубические образцы размером 5 см на 10 см (рис. 1), а проницаемость в этом направлении контролировалась во время девиаторной нагрузки. Проницаемость аргиллита измерялась методом импульсных переходных процессов (TPM) [50–53] с азотом в качестве текучей среды.Устройство и его надежность, принципы TPM и экспериментальная процедура были подробно описаны в Shi et al. [41].
Шесть образцов (от P4 до P9) были сжаты при ограничивающем давлении 8, 15, 22, 30, 40 и 50 МПа для изучения влияния ограничивающего давления на эволюцию проницаемости и соответствующее механическое поведение аргиллита во время сжатия. . Девиаторное напряжение в направлении для всех образцов составляло 2 МПа, что является минимальным значением для нормальной работы истинно трехосного аппарата.Кроме того, поддерживали поровое давление 5 МПа. Конкретный процесс нагружения был следующим: во-первых, давление 4 МПа и 2 МПа было обеспечено для зажима сборки образца в максимальном главном напряжении () и направлениях, соответственно; затем ограничивающее давление было увеличено до заданного значения; систему измерения проницаемости откачивали, и последовательно прикладывали поровое давление 5 МПа; наконец, реализовано девиаторное сжатие в направлении. В процессе нагружения проницаемость каждого образца измерялась примерно 9 раз при различных напряженно-деформированных состояниях.Аргиллиты имеют очевидные характеристики ползучести, и образец подвергается значительной деформации во время измерения проницаемости, которое занимает более получаса; поэтому при измерении проницаемости не изменялись напряжения, а не напряжения. Обратите внимание, что увеличение согласуется с одновременным увеличением минимального главного напряжения () и; следовательно, эффект не эквивалентен влиянию.
3. Результаты испытаний и интерпретация
Основные результаты испытаний, касающиеся проницаемости и деформационного поведения каждого образца, сведены в Таблицу 1.Механизмы деформирования горных пород при гидростатическом сжатии и девиаторном сжатии существенно различаются. Кроме того, образец нельзя рассматривать как однородное тело из-за образования разломов, что резко влияет на характеристики деформации и проницаемость. Следовательно, влияние ограничивающего давления на проницаемость и механическое поведение будет описано в трех разделах, посвященных гидростатическому сжатию и девиаторному сжатию до и после пика.
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| — модуль разгрузки; это сила; остаточная прочность; и — деформации на пиках в направлениях и соответственно; степень пластичности; , и — начальное, минимальное и максимальное значения проницаемости соответственно в направлении при девиаторном нагружении. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.1. Гидростатическое сжатие
Мы не тестировали проницаемость при различных гидростатических давлениях на одном образце, но влияние ограничивающего давления на проницаемость в этом сечении все еще можно проиллюстрировать с помощью начальной проницаемости () до девиаторного нагружения различных образцов.В общем, проницаемость аргиллита нелинейно уменьшается с ограничивающим давлением во время гидростатического сжатия, и степенная функция [54] или экспоненциальная функция [21, 55] обычно использовалась для соответствия соотношению между эффективным ограничивающим давлением () и проницаемостью, где верхний индекс представляет собой эффективный стресс. Результаты подбора отношения с использованием экспоненциальной функции показаны на рисунке 2; здесь и являются двумя параметрами, используемыми для представления проницаемости и чувствительности изменения проницаемости к ограничивающему давлению.-Квадратное значение экспоненциальной функции с использованием и для соответствия значениям всех шести образцов составило 0,877. Когда образец P5, который был больше, чем образец P4 при более высоком ограничивающем давлении, был удален, точность посадки повысилась до 0,991; однако параметры подгонки варьировались очень мало, т. е. и.
По сравнению с зарегистрированной проницаемостью аргиллитов [2, 21, 40, 54], проницаемость при гидростатическом сжатии имеет две характеристики: (1) проницаемость низкая и (2) проницаемость менее чувствительна к изменениям в удерживании. давление.Проницаемость аргиллита при определенном гидростатическом давлении тесно связана с давлением предварительного уплотнения аргиллита; эксперименты показали, что проницаемость аргиллита на ступенях с повышенным давлением значительно выше, чем на ступенях без давления [2, 21, 40], что связано с тем, что закрытие микротрещин и порового канала и перестройка пластинчатых зерен глины необратимы. Таким образом, относительно невысокое значение может иметь две причины. Во-первых, давление предварительного уплотнения высокое, и вскрытие приповерхностного керна без значительного снятия напряжения не привело к образованию микротрещин и повреждений в образцах.Во-вторых, ограничивающее давление применялось до порового давления, что означает, что эффективное гидростатическое давление сначала увеличивалось, а затем уменьшалось; таким образом, изменение проницаемости в нижней части, где проницаемость резко падает с увеличением, не может быть зафиксировано. Более того, при увеличении с 3 МПа (P4) до 45 МПа (P9) проницаемость снизилась только примерно в 5 раз, а чувствительность проницаемости аргиллитов до сравнима с чувствительностью аргиллитов, о которых сообщали McKernan et al.[2], Zeng et al. [21], и Zhang [40] с пониженным давлением.
3.2. Девиаторное сжатие до пика
После приложения ограничивающего давления образцы аргиллита подвергались девиаторной нагрузке, в то время как проницаемость контролировалась. На рисунках 3–5 показана зависимость напряжения от деформации аргиллита Инчэн при различных ограничивающих давлениях в направлениях, , и соответственно. Здесь,, и представляют собой деформации в направлениях, и соответственно. Деформации на стадии девиаторного нагружения начинаются с нуля, а деформации, вызванные гидростатическим сжатием, не учитывались.По кривым «напряжение-деформация» можно четко определить точки измерения проницаемости, в которых происходит значительная релаксация напряжений. Обратите внимание, что напряжение остается постоянным во время первых трех измерений проницаемости образца P4.
.
Проницаемость
Проницаемость — это способность поддерживать образование магнитных полей в материале.
Проницаемость измеряется в Гн / м (генри / м) или ньютонов на ампер 2 (Н / Д 2 ) .
Проницаемость свободного пространства
Проницаемость свободного пространства µ 0 (постоянная проницаемости или магнитная постоянная) составляет
µ 0 = 4π 10 −7 (Г / м)
≈ 1.257 10 −6 (H / m, N / A 2 )
Относительная проницаемость
Относительная проницаемость — это отношение проницаемости определенной среды к проницаемости свободного пространства µ 0
µ r = µ / µ 0 (1)
где
µ r 3 9000 9000 9000 9000 9000 9000 9000 µ = проницаемость среды (H / м)
Наименьшая относительная магнитная проницаемость парамагнитного материала равна 1.0 — и магнитный отклик материала такой же, как «свободное пространство» или полный вакуум.
| Среда | Проницаемость — µ — (H / m) | Относительная проницаемость — μ / μ 0 — | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Воздух 1,25663753 10 −6 | 1.00000037 | ||||
| Алюминий | 1,256665 10 −6 | 1.000022 | |||
| Аустенитная нержавеющая сталь 1) | 1,260 10 −6 — 8,8 10 −6 | 1,003 — 7 | |||
| Висмут | 1,25643 | ||||
| Углеродистая сталь | 1,26 10 −4 | 100 | |||
| Кобальт-железо (материал полосы с высокой проницаемостью) | 2,3 10 −2 | 18000 | |||
| 1 | Медь256629 10 −6 | 0,999994 | |||
| Феррит (никель-цинк) | 2,0 10 −5 -8,0 10 −4 | 16-640 | |||
| Ферритная нержавеющая сталь | (отожженная) 1,26 10 −3 — 2,26 10 −31000-1800 | ||||
| Водород | 1,2566371 10 −6 | 1 | |||
Железо (чистота 99,8%) | — 6,3 3 | 5000 | | |||
| Железо (99.Fe, отожженный на 95% в H) | 2,5 10 −1 | 200000 | |||
| Мартенситная нержавеющая сталь (отожженная) | 9,42 10 −4 — 1,19 10 −3 | 750 — 950 | |||
| Мартенситная нержавеющая сталь (закаленная) | 5,0 10 −5 — 1,2 10 −4 | 40-95 | |||
| Nanoperm | 1.0 10 −1 | 80000 | 80000 | магнит1.32 10 −6 | 1.05 |
| Никель | 1,26 10 −4 — 7,54 10 −4 | 100-600 | |||
| Пермаллой | 1.0 1019 −2 | ||||
| Платина | 1,256970 10 −6 | 1.000265 | |||
| Сапфир | 1,2566368 10 −6 | 0,99999976 | 0,99999976 | 9011 9011 9011 9011 9011SuperSuper | 1.2567 10 −61 |
| Вакуум (µ 0 ) | 4π 10 −7 | 1 | 1 | 908114 9005 9005 60,999992 | |
| Дерево | 1,25663760 10 −6 | 1.00000043 |
1) Проницаемость аустенитных нержавеющих сталей, мартенситных нержавеющих сталей не похожа на ферритные.Аустенитная сталь может быть классифицирована как парамагнитная с относительной проницаемостью, приближающейся к 1,0 в полностью аустенитном состоянии. Низкая проницаемость позволяет использовать аустенитную сталь там, где требуется немагнитный материал.
.Как гидрофильность пор влияет на водопроницаемость?
Мембранное разделение играет все более важную роль в обеспечении чистой водой. Моделирование предсказывает, что поры мембраны с сильной гидрофобностью обеспечивают сверхвысокую водопроницаемость в результате низкого трения. Однако эксперименты показывают, что гидрофильные поры способствуют более высокой проницаемости. Здесь мы моделируем перемещение молекул воды через прослойки двумерных нанолистов с различной гидрофильностью, используя неравновесную молекулярную динамику.Выявлено, что существует пороговое падение давления (Δ), при превышении которого появляется устойчивая водопроницаемость. Сильно гидрофобные поры демонстрируют чрезвычайно высокую Δ, что препятствует достижению сверхвысокой водопроницаемости при экспериментально доступных давлениях. Под давлением <Δ вода течет в гидрофобных порах в режиме остановки из-за альтернативного смачивания и отсутствия смачивания, что приводит к значительному снижению проницаемости. Мы обнаружили, что гидрофильная модификация одной поверхности нанолиста может заметно снизить Δ на> 99%, что указывает на многообещающую стратегию экспериментальной реализации сверхбыстрых мембран.
1. Введение
Мембранное разделение играет ключевую роль в обеспечении питьевой водой повседневной жизни людей и промышленности [1]. На характеристики разделения в значительной степени влияет гидрофильность пор мембраны. Однако существуют противоречивые наблюдения между экспериментальными и модельными исследованиями влияния гидрофильности мембран на водопроницаемость. Экспериментально общепризнано, что мембраны для различных применений, от микрофильтрации до обратного осмоса (RO), должны обладать высокой гидрофильностью для обеспечения адекватной водопроницаемости [2–4].Напротив, моделирование молекулярной динамики (МД) демонстрирует, что гидрофобные поры способствуют увеличению потока воды [5–8]. Когда вода ограничена субнанометровыми порами, например, в нанофильтрационных (NF) или обратных мембранах [9], внутри пор будет только один или два слоя воды; , т.е. , все молекулы воды входят в пограничный слой. Следовательно, взаимодействие между молекулами воды и стенками пор может значительно влиять на перенос воды. Гидрофильность увеличивает взаимодействие между молекулами воды и стенками пор и влияет на водопроницаемость мембраны с двух противоположных сторон.С одной стороны, положительная сторона, гидрофильное взаимодействие может увеличить капиллярную силу инфильтрации, помогая мембране поглощать молекулы воды и увеличивая смачиваемость мембраны. Капиллярная сила инфильтрации резко возрастает с уменьшением размеров пор. Когда размер пор сужается до субнанометрового масштаба, молекулы воды внутри мембраны с большей вероятностью образуют сети с водородными связями, которые играют важную роль в транспортировке воды в замкнутой среде [10].С другой стороны, отрицательная сторона, более сильное взаимодействие между молекулами воды и стенками поры приводит к увеличению трения и, как следствие, к снижению скорости потока [11]. Большая часть молекул воды будет взаимодействовать со стенкой поры по мере уменьшения размера поры, и, таким образом, эффект трения становится более выраженным. Следовательно, необходимо и целесообразно исследовать комбинированное влияние этих двух сторон на водопроницаемость.
В частности, недавно появившиеся ламинированные мембраны, созданные из двумерных (2D) материалов, имеют субнанометровые межслоевые зазоры, которые создают щелевидные поры для переноса воды [12-17].При исследовании этих мембран также существует противоречие между экспериментальными наблюдениями и результатами моделирования того, как гидрофильность пор влияет на проницаемость. В экспериментах Sun et al. [17] сообщил о ламинарной мембране MoS 2 , демонстрирующей в 3-5 раз больший поток воды, чем мембрана из оксида графена (GO). Они объяснили улучшение потока воздействием на гидрофильные атомы серы однослойных листов MoS 2 . Ren et al. [18] изготовили мембраны для разделения ионов из нанолистов MXene, и они полагали, что усиленный поток воды был вызван гидрофильной природой. Напротив, по результатам моделирования методом МД Wei et al. [19] обнаружил, что скорость потока между графеновыми слоями значительно увеличивалась, но это увеличение прервалось, когда графеновые листы были модифицированы гидрофильными группами. Более того, Chen et al. [20] моделировал перенос воды через прослойки GO с различными концентрациями гидрофильных гидроксильных групп и обнаружил, что объемный поток отрицательно связан с концентрациями гидроксила, что означает, что более высокая гидрофильность неблагоприятна для переноса воды.Это противоречие между результатами экспериментов и моделирования сбивает представление о влиянии гидрофильности пор на водопроницаемость. Таким образом, определение причины этого противоречия имеет большое значение не только для более глубокого понимания роли гидрофильности материалов в водном транспорте, но и для проектирования и изготовления сверхбыстрых мембран.
В этой работе мы моделируем перенос воды через поры, построенные из двумерных нанолистов с различной гидрофильностью, с использованием неравновесной молекулярной динамики (NEMD).Мы обнаружили, что сильная гидрофобность приводит к высокой водопроницаемости, но также и к высокому пороговому падению давления (Δ), и только приложенное падение давления превышает Δ; может возникнуть высокая проницаемость. Для гидрофобных мембран Δ обычно составляет несколько сотен МПа, что намного больше, чем экспериментально доступные перепады давления. Это объясняет, почему мы редко экспериментально наблюдаем сверхвысокую водопроницаемость гидрофобных мембран, предсказанную моделированием. Основываясь на этом понимании, мы разрабатываем новую стратегию — гидрофильную модификацию внешней поверхности пор — для эффективного уменьшения Δ гидрофобных мембран до экспериментально доступного масштаба при небольшом ущербе потери проницаемости, что позволяет экспериментально реализовать сверхбыстрые мембраны.
2. Результаты
2.1. Кажущийся поток и проницаемость
Мы рассчитываем водный поток мембран с различной гидрофильностью при перепадах давления (Δ P s) в диапазоне от 100 до 600 МПа, подбирая наклон кривой потока (Рисунок S1). Как показано на Фигуре 1 (а), поток каждой мембраны пропорционален Δ P , несмотря на меняющуюся гидрофильность. Однако для достижения непрерывного расхода воды Δ P s должно быть выше определенного значения, за пределами которого действует пропорциональная зависимость между потоком и Δ P .Для гидрофильных мембран (краевые углы, CAs <95 °) пропорциональное соотношение действует от 100 МПа. Для мембраны с CA = 120 ° поток воды не может быть получен при Δ P s <200 МПа. Для наиболее гидрофобной мембраны (CA = 138 °) Δ P следует увеличить почти до 400 МПа, чтобы получить непрерывный поток воды. По-видимому, эти Δ P s намного больше, чем применяемые в экспериментах. Поэтому мы обозначаем поток воды или проницаемость при таком высоком Δ P s как кажущийся поток или кажущуюся проницаемость, поскольку они вряд ли будут получены в экспериментах.На рисунке 1 (b) представлены кажущиеся проницаемости каждой мембраны, которые получены путем непосредственного подбора значений потока на рисунке 1 (а). Очевидно, что гидрофильность мембран играет ключевую роль в регулировании водопроницаемости. Проницаемость монотонно увеличивается с увеличением гидрофобности. Другие работы по моделированию дают аналогичные результаты независимо от того, как они настраивают гидрофильность мембраны, например, масштабирование силы взаимодействий vdW [21], применение искусственных схем частичного заряда поверхности [5], регулировка плотности гидроксильных групп [20], или с использованием различных веществ [6].То есть все работы по моделированию демонстрируют отрицательную корреляцию между потоком воды и гидрофильностью.
2.2. Перенос воды в гидрофобных мембранах
Как упоминалось выше, для гидрофобных мембран (CAs> 120 °) никакая молекула воды не могла пройти через поры, и, следовательно, поток не измерялся при Δ P , равном 100 МПа. Это означает, что пропорциональная зависимость между потоком и Δ P не может распространяться на область более низких значений Δ P с.Для наиболее гидрофобной мембраны с CA 138 ° пропорциональное соотношение начинается около 400 МПа. Однако это не обязательно означает, что он не дает потока при Δ P s ниже 400 МПа. Далее мы смоделировали его поток при меньшем Δ P с с меньшими интервалами давления, чтобы выявить взаимосвязь в более широком диапазоне Δ P с. Как показано на рисунке 1 (c), очевидно, что поток воды гидрофобной мембраны (CA = 138 °) не пропорционален Δ P , а вместо этого существует три стадии в диапазоне Δ P s от 100 до 600 МПа.На первом этапе, когда Δ P <220 МПа, явного потока воды не наблюдается. Обнаружено, что внутри мембраны нет молекулы воды, что свидетельствует о несмачивающем состоянии мембраны. На втором этапе, когда Δ P составляет от 220 до 350 МПа, поток воды быстро возрастает. На последнем этапе поток воды пропорционален Δ P s. Напротив, для гидрофильной мембраны с CA 29 ° поток воды всегда пропорционален Δ P во всем диапазоне Δ P , подразумевая, что при высоком Δ P s гидрофобные поры демонстрируют состояние смачивания, подобное к гидрофильным порам.
Чтобы выяснить трехступенчатую взаимосвязь между потоком воды и Δ P для мембраны с CA 138 °, мы исследовали микроскопические детали молекул воды внутри этой гидрофобной мембраны при различных Δ P s. Мы записали количество молекул воды на стороне пермеата как функцию времени моделирования, что показано на Рисунке 1 (d). Со стороны подачи было подано достаточное количество молекул воды, чтобы моделирование могло продолжаться в течение достаточного времени.Эволюция количества проникающих молекул воды показывает, что скорость потока воды через мембрану постоянна ниже 400 МПа (на третьей стадии), что также похоже на воду, проходящую через мембрану с CA 29 °, показанной на рисунке. S1. Однако на кривой потока появляется много ступенек в случае 250 МПа (на втором этапе), что подразумевает прерывистый поток воды. Фактически, это режим работы с остановкой, включающий альтернативные состояния «работа» и «остановка».
Чтобы количественно исследовать этот «непрерывный» поток воды, мы отслеживали количество молекул воды внутри мембраны () в течение всего процесса потока и выявили тенденцию его изменений.На рисунке 2 (а) показано распределение вероятностей для четырех различных Δ P s, охватывающих от второго до третьего этапа. В случае 400 МПа распределяется около 250, что указывает на то, что количество молекул воды остается ~ 250 во время моделирования. Тем не менее, когда Δ P уменьшается с 400 МПа до 250 МПа, он распределяется во все более широком диапазоне, указывая на то, что поры не полностью заполнены водой в течение всего времени моделирования. Как ярко показано на снимках на Рисунке 2 (b), потоки воды внутри пор под этими Δ P s прерываются во время процесса протекания.Это приводит к тому, что водный транспорт находится в режиме остановки.
Когда система достигает устойчивого состояния, движущая сила и сопротивление уравновешиваются, что приводит к непрерывному потоку воды и стабильному потоку. Напротив, транспорт «бег-остановка» представляет собой метастабильное состояние с попеременно повторяющимися состояниями смачивания и несмачивания, а не стабильный непрерывный поток. Сеть с водородными связями, которая простиралась от входа до выхода поры, как сообщается, ответственна за быстрый транспорт в мембранах, сделанных из 2D графема [12].Более того, водородная сеть должна реформироваться, когда молекулы воды входят в сильно ограниченные поры [22, 23]. Основываясь на этом понимании, мы понимаем, что на втором этапе смачивающее поведение молекул воды циклически меняется между смачивающим и несмачивающим состояниями. В состоянии смачивания сеть с водородными связями полностью формируется, поэтому достигается рабочее состояние и возникает поток. Однако в несмачиваемом состоянии поток воды отключается, поскольку водородная сеть разрывается, прекращая поток воды (состояние остановки).На рисунке 2 (а) показаны распределения в более широких диапазонах с уменьшением Δ P s, что указывает на то, что рабочее состояние длится короче, а состояние остановки — дольше. Следовательно, более низкая водопроницаемость получается при уменьшении Δ P s. Когда Δ P уменьшается до значения ниже 220 МПа, преобладают состояния остановки (несмачивание), и, следовательно, поток не может наблюдаться. Точно так же транспортный режим превратится в постоянное рабочее состояние (смачивание), когда Δ P поднимется до определенного значения, за пределами которого поток воды всегда становится пропорциональным Δ P с.
2.3. Пороговое падение давления
Мы называем это критическим значением Δ P , выше которого поры находятся в состоянии смачивания, а поток воды достигает постоянного рабочего состояния, пороговое падение давления Δ. Δ’s для мембран с различными CA показаны на рисунке 3. Для гидрофильных мембран (CA = 29 °, 50 ° или 70 °) Δs почти равны нулю, потому что эти гидрофильные мембраны могут постоянно смачиваться и не требуется внешнее давление. Для гидрофобных мембран Δ появляется и быстро возрастает с увеличением СА.Теперь мы понимаем, что более высокая гидрофобность приводит к большей водопроницаемости, но к более высоким Δ’s. Δ Ps , используемое в экспериментальных работах, обычно превышает Δ’s гидрофильных мембран, поэтому можно легко получить непрерывный поток. Для гидрофобных мембран Δ’s намного выше, чем экспериментальное давление, и трудно смачивать поры при экспериментально используемом Δ P s, что приводит к непроницаемости для воды. Напротив, при моделировании используемые Δ P s обычно находятся в масштабе нескольких сотен МПа, обычно превышая Δ’s как гидрофобных, так и гидрофильных мембран, и обе мембраны могут достичь состояния смачивания.После смачивания гидрофобные мембраны демонстрируют более высокую водопроницаемость, чем гидрофильные, из-за низкого трения первых, как показано на рисунке 1 (b). Это объясняет противоречивые результаты между экспериментами и моделированием в отношении влияния гидрофильности пор на водопроницаемость.
2.4. Стратегии модификации для снижения порогового падения давления
Гидрофобные мембраны демонстрируют сверхвысокую водопроницаемость, но только при чрезвычайно высоких давлениях из-за их высоких значений Δ.Следовательно, чтобы экспериментально реализовать сверхвысокую проницаемость, необходимо значительно уменьшить Δ’s гидрофобных мембран до масштаба, близкого к экспериментально используемому Δ P s. Δ’s зависят от состояния смачивания мембраны. Следовательно, соответствующее изменение смачиваемости мембран путем гидрофильной модификации может снизить Δ’s без или за небольшой ущерб проницаемости для воды. В дополнение к полной гидрофильной модификации стенок пор, которая полностью устраняет изначальную гидрофобность пор и, как следствие, сверхвысокую проницаемость, появилось несколько других стратегий для выполнения гидрофильной модификации в селективных положениях 2D-нанолистов, то есть гидрофильная модификация для вход в поры [24] и региональная гидрофильная модификация внутри пор [12, 25].Затем мы исследуем их эффективность в снижении Δ’s.
В первой стратегии гидрофильная модификация применялась только к входной области, в то время как внутренняя пора все еще сохраняла свою изначальную гидрофобность (с CA 95 °, 120 ° или 138 °). Входная область была определена как 5 Å от входа в поры и модифицирована атомами, чтобы получить CA 29 °. Мы исследовали поведение смачивания и проницаемость как при низком, так и при высоком Δ P s. Как показано на рисунке 4 (а), молекулы воды могут занимать только модифицированную часть во входной области при низком Δ P s (≤1 МПа), предполагая, что Δ существует не только во всей входной области, но и во всем внутренняя гидрофобная зона.В результате мы не наблюдали прохождения молекул воды через мембраны. При высоких Δ P s (сотни МПа) поток воды также испытывает трехступенчатый поток, как описано выше. Более того, не наблюдается явного изменения Δ для этих мембран с различными КА. Файл ∆
.