纳米TiO2传热表面的液相沉积法制备及其池沸腾防垢研究

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目前,换热设备在运行中都存在污垢的问题。采用传统的机械除垢或化学剂清除污垢,普遍存在着成本高和二次污染的问题。因此,迫切需要开发一种方便可行的防除污垢的方法。文献研究表明,通过表面处理技术对换热表面进行处理,降低传热表面的表面能,能够减少污垢的形成。鉴于液相沉积法(LPD法)在产业化方面存在的潜力,本文开展了液相沉积法制备TiO2薄膜的研究。实验中系统地讨论了[TiF6]2-的浓度、反应物中(NH4)2TiF6和H3BO3的摩尔比、沉积时间、反应温度以及基底表面情况对沉积薄膜的影响。在紫铜基底上用液相沉积法得到纳米TiO2薄膜,并对所获得的纳米薄膜表面的表面能、接触角、薄膜厚度进行了测量和表征。得到了薄膜厚度和表面能的关系。结果表明当薄膜厚度小于100纳米时,表面能降低至45 mJ.m-2左右。在池沸腾装置中,应用自行开发的数据微机自动测试采集系统,对沉积不同厚度的纳米TiO2薄膜基底的强化传热效果和抗垢性能进行了研究。研究结果表明,在蒸馏水实验中,沉积纳米薄膜的基底的传热效果明显好于未处理基底,同未处理基底相比,沉积厚度为46.7nm薄膜的基底的池沸腾传热系数提高至130%,厚度为76.8nm的薄膜基底提高至150%,厚度为108nm的薄膜基底提高至113%;在污垢实验中,未处理基底和抛光基底的结垢诱导期很短,分别为400min和700min,同未处理基底相比,沉积厚度为46.7nm的薄膜基底的结垢时间延长了10倍,沉积厚度为76.8nm的薄膜基底的结垢时间延长了9倍,故沉积纳米TiO2薄膜的基底具有一定的防垢性能。
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