Инженерно-ячеистая магматическая

Инженерно-ячеистая магматическая

Инженерно-ячеистые магматические материалы: будущее промышленности и экологии

В мире современных материалов и технологий инженерно-ячеистые магматические материалы (ECM) занимают особое место. Эти синтетические камни, созданные из стекла и керамики, представляют собой настоящий прорыв в науке и промышленности. Они не только копируют редкие природные вулканические материалы, но и превосходят их по своим структурным и химическим свойствам. Министерство энергетики США признало ECM передовым материалом, активно финансируя исследования в этой области через программы ARPA-E и Национальную лабораторию Саванна-Ривер.

Что такое инженерно-ячеистые магматические материалы?

ECM — это искусственно созданные материалы, которые имитируют структуру и свойства природных магматических пород. Они обладают уникальной пористостью, которая может варьироваться от закрытых до открытых ячеек, напоминая пемзу или пористую керамику. Размер пор может быть разным — от миллиметров до нанометров, что делает ECM универсальными для множества применений.

Эти материалы содержат как аморфные, так и кристаллические структуры, что позволяет им быть химически активными. Например, ECM с открытыми ячейками имеют огромную площадь поверхности, что усиливает их способность к ионному обмену. Это делает их идеальными для фильтрации, очистки и даже восстановления цементных конструкций.

Ключевые характеристики ECM

ECM обладают рядом уникальных свойств, которые делают их незаменимыми в различных отраслях:

1. Пористость и структура. В зависимости от задачи, ECM могут быть спроектированы с закрытой или открытой ячеистой структурой. Это позволяет контролировать их плотность, прочность и химическую активность.

2. Химическая реактивность. ECM могут включать различные виды силикатов, что делает их пригодными для ионного обмена, фильтрации и химических реакций.

3. Прочность и долговечность. Благодаря своей структуре, ECM обладают высокой механической прочностью, что позволяет использовать их в строительстве и промышленности.

4. Экологичность. ECM могут изготавливаться из переработанных материалов, таких как стекло, зола от мусоросжигательных заводов и отходы горнодобывающей промышленности. Это снижает выбросы углерода и экономит ресурсы.

Применение ECM в промышленности и экологии

ECM находят применение в самых разных областях, от фильтрации до строительства. Вот несколько примеров их использования:

1. Фильтрация воздуха и воды. Благодаря своей пористой структуре, ECM отлично подходят для очистки воздуха и воды от загрязнений.

2. Биологическая и химическая очистка. ECM могут использоваться как среда для микробов, что делает их полезными в биореакторах и системах очистки сточных вод.

3. Строительство. ECM соответствуют и даже превосходят стандарты ASTM для легких заполнителей в бетоне. Их также используют в качестве добавок для улучшения свойства цемента.

4. Сельское хозяйство. ECM могут применяться как субстрат для растений, особенно на зеленых крышах и в гидропонике.

5. Химическая промышленность. ECM используются в производстве цеолитов и в реакторах химического разделения.

История создания ECM

ECM имеют общую историю с пеностеклом, но были разработаны для более специфических задач. Термин «инженерно-ячеистый магматический материал» был введен в конце 2019 года изобретателем Робертом Хастом. Вместе с другими учеными, такими как Джин Рэмси, Кори Трайвелпис, Герт Нильсен и Филипп Галланд, он создал материал, который сочетает в себе лучшие свойства природных и синтетических материалов.

Процесс производства ECM

Производство ECM — это сложный, но эффективный процесс, который включает несколько этапов:

1. Подготовка сырья. В качестве сырья используются минералы с высоким содержанием кремния, а также переработанные материалы, такие как стекло, зола и отходы горнодобывающей промышленности.

2. Измельчение. Сырье измельчается до состояния порошка.

3. Обжиг. Материал обжигается при температурах от 500 до 2000 °C в длинных печах, длина которых может достигать 36 метров (120 футов).

4. Формирование. После обжига материал приобретает пористую структуру, которая может быть адаптирована под конкретные задачи.

Использование переработанных материалов делает производство ECM экономически выгодным и экологически чистым.

Преимущества ECM

1. Универсальность. ECM могут использоваться в самых разных областях, от строительства до экологии.

2. Экологичность. Использование переработанных материалов снижает нагрузку на окружающую среду.