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編輯推薦

適讀人群 ：本書對從事清洗研究和應用的科技人員和相關工程技術人員有很好的參考價值。
本書的重要內容集中到錶麵汙染物的清洗方法和清潔度檢驗技術，依次介紹瞭離子液體清潔技術、微乳液清潔技術、雙流體噴霧技術和微生物清潔技術，還介紹瞭清潔度檢驗方法。本書英文版的作者是相關領域的國際知名科學傢。它們緊跟時代的發展，嚮讀者展示瞭清洗領域新的發展成就。其中一些清洗技術因高新技術如航空航天、半導體和芯片技術、納米技術的發展應運而生，另一些技術則基於當前蓬勃發展的新技術如離子液體和生物技術。可以說本書是一本創新成果的匯編，對從事清洗研究和應用的科技人員和相關工程技術人員有重要的參考價值。
離子液體和DES已被建議應用於清洗領域，應用範圍包括刷洗去除微小汙染物，清洗半導體晶片和集成電路，精密清洗航空航天部件，清除金屬錶麵氧化垢，金屬的電拋光，去除微生物，清潔藝術品，清洗油氣開采過程中的井筒，土壤清汙以及清洗各種消費品等。微乳液已在工業清洗和傢用清洗中獲得應用。一些應用包括傢庭和工業洗衣，廢水處理，清洗受到汙染的土壤、縴維和紡織品、壁畫、繪畫、紀念碑和建築物等，以及在石油和天然氣工業中的各種應用。

內容簡介

本書皆由不同國際知名學者撰寫，分五個專題，詳細闡述瞭一係列新的清洗技術，主要涉及特種行業的特種清洗技術，與傳統的洗滌劑清洗完全不同，國內相關的齣版物很少。涉及的內容包括離子液體、微乳液、針高壓清潔、微生物清潔等進行闡述，每個專題都對錶麵汙染物的影響、錶徵與移除進行瞭詳細的論述。另外，隨著科技的發展，對錶麵清潔度的要求越來越高，所以書中還介紹瞭大錶麵的清潔度檢驗方法。

作者簡介

Rajiv Kohli 是美國航空航天公司在汙染物顆粒行為、錶麵清潔和汙染物控製方麵的首席專傢。在美國國傢航空航天局休斯頓約翰遜航天中心，他為地麵、載人航天飛船及無人駕駛飛船的硬件設備提供有關汙染物控製方麵的技術支持。研究方嚮包括顆粒的行為、精密清洗、溶液和錶麵化學、先進材料和化學熱力學等。參與開發瞭用於核工業的溶劑型清洗技術，以及廣泛用於精密清洗和微處理過程的新型微摩擦係統。
Kashmiri Lal Mittal 在錶麵汙染與清洗及粘附科學與技術領域從事教學和谘詢工作。為瞭錶彰他在膠體與界麵化學領域的廣泛工作和突齣貢獻，2002年設立瞭以他的名字命名的“Kash Mittal 奬”。譯者崔正剛，江南大學化學與材料工程學院教授，博士生導師。研究方嚮為膠體和錶麵活性劑，感興趣的研究領域包括錶麵活性劑相互作用，三次采油用錶麵活性劑，乳狀液和微乳液，納米顆粒錶麵活性劑等。

內頁插圖

目錄

第1章 用離子液體去除錶麵汙染物 001
1.1 引言 002
1.2 錶麵清潔度等級 003
1.3 離子液體 004
1.3.1 背景 004
1.3.2 縮寫和術語 006
1.3.3 基本特性 008
1.3.4 熱力學性質 012
1.3.5 揮發性 015
1.3.6 影響溶解性的因素 015
1.3.7 熱力學性質的建模和預測 016
1.3.8 黏度 017
1.3.9 電導率和高真空分析應用 020
1.3.10 毒性問題 021
1.3.11 數據匯編 023
1.3.12 深共熔溶劑 024
1.4 用離子液體進行清洗的原理 026
1.4.1 基本原理 026
1.4.2 成本因素 027
1.5 離子液體清洗的優缺點 028
1.5.1 優點 029
1.5.2 缺點 029
1.6 應用 030
1.6.1 半導體的清洗 030
1.6.2 刷洗 031
1.6.3 機器零件的清洗 032
1.6.4 電拋光 034
1.6.5 使用離子液體和超臨界氣體的清洗 034
1.6.6 含油沙粒和顆粒類物質的清洗 035
1.6.7 有害物質的淨化 035
1.6.8 微生物汙染 035
1.6.9 原位清洗 036
1.6.10 藝術品的清洗 036
1.6.11 工業應用 037
1.6.12 消費品方麵的應用 039
1.7 小結 040
參考文獻 040
第2章 微乳液清潔法 063
2.1 引言 064
2.2 微乳液的類型、配方和性質 064
2.2.1 配方 064
2.2.2 微乳液的性能 071
2.2.2.1 增溶 071
2.2.2.2 界麵張力 072
2.2.2.3 接觸角和潤濕性 073
2.3 錶麵清潔的基本過程及原理 074
2.4 用微乳液清潔錶麵和去除汙染物 077
2.5 微乳液清潔劑的設計和評價方法 078
2.6 微乳液清潔的應用 079
2.6.1 清洗油汙染的鑽屑 080
2.6.2 油基鑽井液轉換成水基鑽井液時鑽井孔的清潔 082
2.6.3 油氣井井筒附近的清洗 084
2.6.3.1 裸眼完井中去除油基流體濾餅 085
2.6.3.2 套管井完井中消除地層損害 088
2.6.4 其它清洗方麵的應用 089
2.6.4.1 廢水的清潔和微乳液泡沫浮選 089
2.6.4.2 微乳液清洗受汙染的土壤和地下水 090
2.6.4.3 微乳液清潔紡織用品 091
2.6.4.4 使用非水溶劑的微乳液清洗 092
2.6.4.5 微乳液清洗建築物外部 092
2.6.4.6 微乳液清洗壁畫和藝術品 092
2.6.4.7 微乳液清洗原油油藏 093
2.6.4.8 微乳液清洗頁岩和其它岩層中的壓裂凝膠 094
2.7 總結與展望 094
參考文獻 095
第3章 雙流體噴霧技術清除固體微粒 101
3.1 引言 102
3.2 顆粒與黏附力 103
3.3 清洗工藝窗口 103
3.3.1 理論預測 104
3.3.2 實驗研究 107
3.4 顆粒去除技術概況 109
3.5 雙流體噴霧清洗 110
3.5.1 係統描述 110
3.5.2 液滴衝擊能量 111
3.5.2.1 衝擊固體錶麵 111
3.5.2.2 皇冠的形成 112
3.5.2.3 衝擊液體膜 113
3.6 雙流體噴霧進展 115
3.7 先進噴霧技術開發 120
3.7.1 噴頭的開發 120
3.7.2 液滴能量密度 121
3.7.3 緻損閾值 122
3.8 總結和展望 126
參考文獻 127
第4章 利用微生物清除錶麵汙染物 133
4.1 引言 134
4.2 錶麵汙染和清潔度等級 134
4.3 背景 134
4.4 微生物清洗原理 136
4.5 清洗係統 137
4.5.1 零件清洗機 137
4.5.2 清洗溶液和微生物成分 138
4.5.3 微生物的應用 139
4.5.4 汙染物的種類 139
4.5.5 基質的種類 140
4.5.6 零件清洗 140
4.5.7 成本 142
4.6 微生物清洗的優點和缺點 143
4.6.1 優點 143
4.6.2 缺點 144
4.7 應用 144
4.7.1 零件清洗 145
4.7.2 去除油脂 145
4.7.3 油田硫酸鹽還原菌 146
4.7.4 細菌的錶徵和錶麵清潔度的監測 146
4.7.5 汞的生物去除 147
4.7.6 傷口清創 147
4.7.7 消毒和清洗 147
4.7.8 曆史藝術品與建築物的清洗 148
4.7.9 傢庭和機構應用 149
4.8 小結 150
參考文獻 150
第5章 大型錶麵清潔度檢驗——確立對接觸角技術的信心 157
5.1 背景 158
5.1.1 範圍 158
5.1.2 錶麵清潔度和錶麵能 158
5.2 方法介紹 161
5.2.1 傳統和新型數字化接觸角技術 161
5.2.1.1 側麵方法（半角、液滴形狀分析和蛇形法） 162
5.2.1.2 一種新型的數字化自上而下法 164
5.2.1.3 反射角法 165
5.2.2 文獻或工業領域建議的標準參照物 166
5.2.3 標準參照物材料 167
5.3 優點和缺點 168
5.3.1 人員培訓 168
5.3.2 方法比較 169
5.4 結果 169
5.4.1 成像選擇舉例 169
5.4.2 性能比較舉例 170
5.4.3 人員培訓舉例 170
5.4.4 方法比較舉例 170
5.5 應用 172
5.6 未來發展 172
參考文獻 173
索引 177

精彩書摘

4．用微乳液清潔錶麵和去除汙染物
微乳液用於錶麵清潔是一個復雜的過程，該過程與幾個因素相關，包括清洗液的濃度和成分、溫度、機械能以及待清潔底物的性質[59]。
底物既可以是疏水性錶麵(油潤濕)，如與水的接觸角在90?-100?範圍的聚丙烯、聚乙烯和聚苯乙烯，也可以是親水性(水潤濕)錶麵，如與水的接觸角為20?-30?左右的玻璃錶麵。非均質岩層錶麵具有混閤潤濕性。錶麵的汙染物可能是液體或固體顆粒，並可以不同程度地黏附到錶麵，取決於它們的組成和性質。
決定汙垢和底物之間的黏附力降低的關鍵因素是顆粒和/或液體-底物之間、清潔劑-汙染物之間以及清潔劑-底物之間的相互作用。另一些因素是機械能和流體動力學，它們在清潔過程中也發揮瞭重要作用。
微乳液清潔過程中涉及的主要機理是油性物質被增溶進膠束的內核中，形成溶脹膠束。另一種觀察到的機理是汙垢的捲離和油性物質的微乳化[52]。油性材料和洗滌液或清洗液之間的IFT在清洗過程中起著重要作用。那些在Winsor III型區域顯示超低IFT，在錶麵活性劑-汙垢-水體係的洗滌條件下能達到最低IFT值的微乳液體係，可能是優異的清潔劑。

5．微乳液清潔劑的設計和評價方法
微乳液的設計準則取決於具體的應用要求。一些決定微乳液設計的先決條件包括清洗時間、油汙的增溶和從錶麵的去除，以及錶麵的最終潤濕性。根據這些要求，最終的設計可能是最佳配方微乳液、Winsor III型或Winsor IV型微乳液，以及靠近Winsor III型邊界的Winsor I型微乳液。最後一個體係可被設計成在清洗過程中就地形成微乳液。
具有這些期望特徵的微乳液配方需要適當地選擇錶麵活性劑混閤物並加入其它添加劑，如助錶麵活性劑和連接劑，以便形成恰當的流體混閤物，可以在廣泛的條件範圍內(待清潔的油性物的類型，鹽度，O/W比值，溫度等)發揮最高效率。通過研究配方獲得最好的清潔用微乳液包括確定溶劑或者與汙染物具有類似EACN的油，確定使用淡水或鹽水(NaCl，CaCl2，NaBr，CaBr2)，以及確定適用於使用溫度範圍的錶麵活性劑混閤物。短鏈醇和連接劑在配方中屬於可選添加劑。
微乳液體係的物理化學錶徵包括研究相穩定性、相行為，以及分子間相互作用[60]。膠束增溶的機理和微乳液的特性可以通過核磁共振(NMR)、超離心、X射綫衍射、小角中子散射，和微分掃描量熱等方法來研究[60-63]。核磁共振在相行為和微觀結構研究中是一種非常有用的技術。配方掃描是一種研究錶麵活性劑-水-油微乳液體係相行為的非常實用的方法。除瞭配方掃描，IFT、潤濕性以及適用於特定應用場閤的實驗室研究方法也被用來評價微乳液體係的有效性。
液體之間的IFT可通過多種方法進行測定[64]。對於理解涉及多相體係的工業操作如微乳液清洗中的界麵過程，動態IFT的測量被公認為是很重要的[65]。在涉及液體-流體界麵的工業操作中，流體在界麵處的組成是不斷被更新的並且不能達到平衡。
動態IFT的測量技術包括最大氣泡壓力法，液滴(氣泡)增長法，振蕩射流和脈動氣泡法。如果被測體係的IFT達到超低，例如用於從岩石和金屬錶麵去除鑽井液的微乳液(低於10-2 mN/m)，最閤適的方法是鏇轉液滴法和錶麵散射法[64-66]。
氣泡最大壓力法對於測量具有相似密度的流體間IFT是非常有用的。在這種條件下用於測量IFT的常規方法一般無效，因為它們要求兩相之間要有顯著的密度差。該方法的一個應用實例是測量密度差極小的瀝青/水(<0.001 g/cm3)之間的IFT [67]。

6．微乳液清潔的應用
微乳液的獨特性質(對油的高增溶能力、低IFT以及能自發形成)使其在各種清洗應用中非常有吸引力。微乳液已被廣泛用於工業和傢用清洗。其中一些應用包括傢庭和工業洗衣，廢水淨化，汙染土壤的清洗以及在石油和天然氣工業的各種應用。
在下列每一個微乳液洗滌應用實例中，都是烴類或油性材料增溶到膠束的內核，形成溶脹膠束，結果導緻膠束的錶麵麯率降低，從而使相行為發生變化，如圖2.8所示。相變可能由溫度或成分的變化觸發，取決於應用條件。在一些應用中，洗滌液被設計成相行為處在Winsor I和Winsor III邊界的微乳液，這樣的話當溶液接觸油性汙染物時，油性物質通過擴散增溶到膠束中，使體係轉變成Winsor III型微乳液。在其它應用中，洗滌液可以被設計成Winsor II型油基微乳液，其相行為處於靠近Winsor III型體係的邊界。當溶液處於Winsor III (或最佳配方)條件下，IFT急劇下降到接近於零，這有利於油或水摻進兩親結構中。
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3.7先進噴霧技術開發
3.7.1噴頭的開發
2010年齣現瞭一種新的噴頭，這種噴頭可以將液滴直徑和速度的控製分開，從而能夠提供最優化的液滴能量[59, 60]。這個被稱為納米噴霧?的新的特彆設計的噴頭使用瞭一種壓電元件，從而可以從噴頭中的許多排放孔中釋放齣大小均勻的液滴。這一改進提高瞭清洗效率，並且降低瞭由於液滴尺寸和速度的變化導緻的潛在結構損害風險。
每個液滴的大小和速度都已用液滴測量係統進行瞭測量，該係統包括激光、高速攝像機和圖像處理器[61]。
圖3.17顯示瞭被測量係統捕獲的液滴[62]。藉助於納米噴霧?的噴頭，所形成的液滴尺寸和速度可以控製在±5%(3σ)的範圍內。與用納米噴霧2的噴頭産生的液滴相比，改進之處如圖3.17(直觀的照片)和圖3.18(圖錶格式)所示。此外，納米噴霧?的最大優點是液滴尺寸和速度可以獨立改變，同時又都保持瞭均一性。


圖3.17納米噴霧2(a)和納米噴霧?(b)兩種不同噴頭産生的液滴的高速攝像圖

圖3.18納米噴霧2和納米噴霧?噴頭産生的液滴的尺寸(a)和速度分布(b)

3.7.2液滴能量密度
在驗證瞭液滴尺寸和速度的均勻性之後，又研究瞭對樣品損害方麵的影響[63]。一個納米噴霧?被安裝在一個單晶片清潔工具上，采用22 ?m和40 ?m液滴噴霧工藝，之後再進行鏇轉乾燥。帶有光刻膠結構的300 mm晶片(寬度=250 nm，高度=560 nm)被用作損害測試樣品，其機械強度相當於納米多晶矽柵結構的3倍。隨著液滴速度的增加(圖3.19)，超過某個起始閾值後，損害數量急劇增加。
對尺寸為40 ?m的大液滴，測得的導緻更多損害的閾值速度較小。圖中所示的損害點的數量和速度之間的綫性關係發生改變被歸因於測量過程的不規範，即測量工具將群體損害當作單一損害點來處理。通過用光學顯微鏡觀察可以發現，那些被標記為一個損害事件的部位實際上包含大量的損害點。
所觀察到的液滴尺寸對損害事件的影響可以通過檢查液滴在初始衝擊區的動能來

前言/序言

《錶麵汙染與清洗進展》“Developments in Surface Contamination and Cleaning”叢書設定瞭如下目標，即為人們瞭解膜狀和顆粒狀錶麵汙染物的行為連續提供最前沿的關鍵視角。前五捲分彆在2008年、2010年、2011年、2012年和2013年齣版，專門論述瞭汙染物的基本性質、汙染物的測試與錶徵方法以及去除汙染物的技術等。本書是該叢書的第六捲。
在本書的各個章節中，相關主題方麵的專傢提供瞭有關清洗和清洗錶徵方麵的最新綜述。
離子液體（IL）和低共熔溶劑（DES）是一類新型的低熔點材料，因具有獨特的性能使它們在清洗領域很有吸引力。Rajiv Kohli在其撰寫的第1章中討論瞭這些溶劑的特性，包括這些溶劑對很多汙染物的高溶解度、熱穩定性、化學穩定性、低熔點（甚至低於273 K）、非常低的揮發性以及高電導率等。離子液體溶劑確實也存在不少缺點，例如成本高、閤成復雜、重復利用時需要純化以及許多配方具有高毒性和難以生物降解等。目前已經開發齣一些能夠剋服其中部分缺陷的DES配方。最近，離子液體和DES已被建議應用於清洗領域，並且已經被證明有效，盡管許多結果仍屬於實驗室階段。應用範圍包括刷洗去除微小汙染物，清洗半導體晶片和集成電路，精密清洗航空航天部件，清除金屬錶麵氧化垢，金屬的電拋光，去除微生物，清潔藝術品，清洗油氣開采過程中的井筒，土壤清汙以及清洗各種消費品等。
Lirio Quintero和Norman F. Carnahan 概述瞭微乳液在清洗領域的應用。微乳液的獨特性質（對油的高增溶性、低界麵張力和自發形成）使它們在各種各樣的清洗應用中錶現齣吸引力。微乳液已在工業清洗和傢用清洗中獲得應用。這些應用包括傢庭和工業洗衣廢水處理，受到汙染的土壤、縴維和紡織品、壁畫、繪畫、紀念碑和建築物等的清洗，以及在石油和天然氣工業中的各種應用。
隨著設備結構的減小、新材料和具有三維結構特徵設備的齣現，清洗工藝正在受到不斷的挑戰。在清除“殺手”顆粒瑕疵時，必須保證不破壞脆弱的材料結構、清洗所緻的材料損失基本為零以及不使錶麵粗糙化。由James T. Snow, Masanobu Sato 和Takayoshi Tanaka 共同撰寫的第3章討論瞭雙流體噴霧清洗技術，這一技術在清除不同錶麵上的顆粒汙染物方麵極具應用價值。利用雙流體噴霧中液滴的衝擊力清除顆粒汙染物，被證明是一種高效而損害的半導體晶片清洗技術。噴嘴分彆可以控製液滴的直徑和速度，以提供最佳的液滴能量。這一方式不僅提高瞭清洗效率，而且降低瞭由於液滴尺寸和速度的變化而導緻被清洗部件損壞的可能性。
由Rajiv Kohli撰寫的另一章（第4章）是有關微生物清洗的綜述，即利用自然生成的微生物從不同類型的錶麵去除各種各樣的汙染物。與傳統的溶劑清洗法相比，微生物清洗已經被證明是一種有效的替代方法。這種方法是基於微生物對烴類化閤物具有親和性，能夠消解這類化閤物，並將其分解成害的二氧化碳、水和可溶性脂肪酸。這些微生物是非緻病性的，處理和處置時是安全的。這一工藝是環境友好的，比溶劑清洗更經濟，但不適用於高精密度的清洗。典型的應用包括：零部件清洗，從混凝土和地闆錶麵清除油和油脂，從生産設備、醫院、餐廳、食品加工廠以及一些類似場所的排水溝和隔油池中清除油脂，文物和建築物的清洗，衛生設施的清洗和殺菌，傷口清創，油田控製硫酸鹽還原菌，汞的生物迴收，以及傢庭和公共機構的 錶麵清洗新技術 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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