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液化天然氣(LNG)作為公認的最清潔能源之一，對其儲存技術(shù)的研究至關(guān)重要。全混凝土LNG儲罐的內(nèi)外罐均使用預(yù)應(yīng)力混凝土建造，與傳統(tǒng)的LNG儲罐相比，其取代了9%鎳鋼內(nèi)罐金屬材料，大大縮短了建造時間并降低了成本，具有廣闊的應(yīng)用前景。但是，LNG的低表面張力和混凝土的多孔特性會導(dǎo)致LNG直接接觸混凝土?xí)r發(fā)生滲透，帶來安全隱患。因此，設(shè)計制備一種混凝土耐超低溫抗液滲涂層對解決全混凝土LNG儲罐的液密性問題和推進LNG儲存技術(shù)的發(fā)展具有重要意義。

本項研究從全混凝土LNG儲罐存儲液化天然氣的實際工況需求出發(fā)，設(shè)計了表面疏油層和底部抗?jié)B層的復(fù)合涂層結(jié)構(gòu)，制備了一種耐超低溫抗液滲的改性納米二氧化硅-樹脂復(fù)合涂層（圖1）。

圖 1 改性納米二氧化硅-樹脂復(fù)合涂層制備工藝

對涂層進行疏油性、抗?jié)B性及耐超低溫性進行測試。結(jié)果表明，涂層對小分子烷烴油的接觸角＞150°，具有優(yōu)異的疏油性。液氮冷凍處理24h后，接觸角仍保持在150°以上，表現(xiàn)出良好的超低溫穩(wěn)定性（圖2）。

圖 2 （a-c）礦物油在普通試塊表面、涂層試塊表面、超低溫處理涂層試塊表面浸潤狀態(tài)；（d）涂層試塊對礦物油、乙二醇、二碘甲烷、正十六烷、水的接觸角；（e）涂層疏油示意圖；（f）涂層試塊隨液氮冷凍處理時間接觸角的變化

表面疏油層與底部抗?jié)B層的復(fù)合結(jié)構(gòu)對小分子烷烴油具有“雙重抗?jié)B”功能，與未涂覆涂層的試塊相比，涂層試塊對礦物油的吸油率下降幅度超過90%。超低溫處理后，涂層試塊對礦物油的吸油率下降幅度仍可超過80%，表現(xiàn)出優(yōu)異的耐超低溫性能（圖3）。這種復(fù)合涂層有望顯著提高全混凝土LNG存儲罐的液密性，在各種超大型低溫儲液設(shè)備和極端環(huán)境下的建筑結(jié)構(gòu)中具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖 3 （a）普通試塊、涂層試塊、超低溫冷凍處理涂層試塊對礦物油、正十六烷、正庚烷吸油率對比；（b）復(fù)合涂層表面改性納米二氧化硅層抗?jié)B示意圖；（c）復(fù)合涂層底部樹脂層抗?jié)B示意圖

本項研究成果受到國家自然科學(xué)基金、科技部“十四五”重點研發(fā)計劃等項目支持。蔣正武教授可持續(xù)混凝土團隊多年來一直致力低碳先進土木工程材料可持續(xù)化理論與方法的研究主線，近5年累計在Advanced Materials、CCR、CCC、CBM等期刊發(fā)表SCI論文70余篇。

上述研究已發(fā)表在Elsevier出版集團Progress in Organic Coatings雜志，歡迎大家在以下鏈接下載瀏覽：

https://authors.elsevier.com/c/1ji~T14RJzfUnP