Тонкий однослойный графеновый материал толщиной всего 1 атом может снизить скорость коррозии металлических труб в 100 раз, считает Говинд Чилкур, научный сотрудник Школы горного дела и технологии Южной Дакоты. Эти новые кристаллические 2D-материалы могут дать большую экономию для промышленности.

Согласно исследованию Федеральной администрации автомобильных дорог США, проведенному в 2002 году, коррозия обходится сфере водоснабжения и канализации США в 36 миллиардов долларов в год, или 3,1% от валового внутреннего продукта страны. Эти ежегодные потери в настоящее время возросли до 58,5 млрд долл. США. Однако сегодня есть надежная антикоррозийная защита для резервуаров, трубопроводов, металлоконструкций — что узнать больше, лучше перейти на сайт.

«Все трубопроводы и оборудование, используемые для очистки воды и сточных вод, могут быть подвержены коррозии», — пояснил Чилкоор. Он разработал и протестировал 2D-материалы в рамках своей докторской работы в штате Южная Дакота, под руководством ассистента профессора гражданского и экологического инженера Венкаты Гадхамшетти, который получил награду Национального научного фонда CAREER за поддержку исследования 2D-материалов для исследования микробной коррозии.

В рамках этого проекта Чилкоор изучил, могут ли 2D-материалы снизить воздействие сульфатвосстанавливающих бактерий, одного из главных виновников коррозии в отрасли водоснабжения и водоотведения. «Сталь, подверженная воздействию химических веществ, подвержена коррозии со скоростью 1,3 миллидюйма (тысячные дюйма) в год, но в присутствии сульфатвосстанавливающих организмов она будет корродировать до 24 миллидюймов в год», — сказал он.

По мере того, как сточные воды протекают через металлическую трубу, сульфатвосстанавливающие бактерии начинают колонизировать внутреннюю поверхность и образуют слизистую пленку в течение 10 дней. Бактерии выделяют липкое полимерное вещество и, по мере накопления микроорганизмов, образуют биопленку. «Если вы поместите биопленку под сканирующим электронным микроскопом, вы увидите много живых бактерий», — пояснил он.

По словам Чилкура, сульфатвосстанавливающие бактерии разъедают металл несколькими способами. Во-первых, бактерии вытягивают электроны со стальной поверхности. Во-вторых, бактерии поглощают органические вещества в сточных водах, производя сероводород, который затем разрушает чугун и нержавеющую сталь.

«Используя 2D-материалы, мы можем создавать тонкие покрытия толщиной менее 1 нанометра», — пояснил он. Когда Чилкоор нанес двумерный графен на металл и подверг его воздействию сульфатвосстанавливающих бактерий в так называемой ячейке коррозии, микробы не прикреплялись к поверхности.

«Графен может быть очень антимикробным. Это может вызвать окислительный стресс, и бактерии погибнут», — сказал он. Кроме того, графен обладает высокой проводимостью и будет хорошо переносить тепло в теплообменнике.

«Что интересно в 2D-графене, тем он тоньше, чем он сильнее», — сказал он. «Один лист очень прочный с точки зрения свойств на растяжение и модуля Юнга».

В то время как полимерные покрытия используют наполнитель для повышения прочности и уменьшения пористости, 2D-материалы могут использовать от 1% до 2% материала и получить те же свойства, что и полимер с 60% наполнителя, пояснил Чилкоор.

Кроме того, он разработал 2D материал с использованием гексагонального нитрида бора. Чилкоор объяснил, что его свойства, известные как белый графен, аналогичны свойствам графена. «Один слой бора защищает металл, но он является электроизоляционным».

Ученые продолжают свою работу через новейший государственный исследовательский центр, который стремится создавать нанопокрытия для предотвращения коррозии, а также для сельского хозяйства и других применений. Гадхамшетти является одним из ведущих исследователей центра, занимающихся 2D-материалами и коррозией металлов.