Меѓуфазното испарување (SIE) управувано од сончева енергија се смета за една од најперспективните технологии за ублажување на недостигот од слатка вода поради нејзината способност ефикасно да ја користи сончевата енергија за производство на слатка вода. Покрај тоа, соларните испарувачи имаат единствени предности во третманот на концентрирана солена отпадна вода . Процесот на испарување произведува само кристали од сол како нуспроизвод, со што се постигнува нула испуштање на течност. Сепак, акумулацијата на сол во испарувачот ќе го попречи апсорбирањето на светлината и ќе влијае на излегувањето на пареата, што на крајот ќе доведе до намалување на перформансите на испарување на испарувачот или дури и до дефект.
За да се олесни овој проблем, некои истражувачи предложија стратегија за „циркулација на сол“. Односно, циркулациона патека е дизајнирана за растворот да им овозможи на јоните на сол да течат назад во саламура, со што се спречува солта да кристализира на површината на испарувањето, а со тоа да се постигне континуирано и стабилно испарување. Сепак, овој метод ќе предизвика зголемување на соленоста на растворот, а проблемот со кристализацијата на солта е сè уште неизбежен.
Друго решение е стратегијата „солење“. Односно, структурата е регулирана така што солта е преференцијално кристализирана во областа што не испарува, а со тоа се намалува влијанието на кристализацијата на сол врз перформансите на испарувањето, а со тоа се постигнува истовремено собирање сол и свежа вода. Сепак, стратегијата за „солување“ сè уште се соочува со сериозни предизвици во практичната примена.
Прво, еднодимензионалниот транспорт на саламура го ограничува капацитетот за апсорпција, значително намалувајќи ја вкупната стапка на испарување. Второ, стратегијата за кристализација на сол бара редовно отстранување на кристалите на сол, кои тешко се паѓаат автоматски од површината на испарувачот поради нивната силна адхезија. Ако наталожената сол не се отстрани навреме, перформансите на испарување неизбежно ќе се намалат. Покрај тоа, многу високоефикасни соларни испарувачи бараат опасни или долготрајни процеси на подготовка, како што се термички третмани со висок притисок, низок вакуум или висока температура.
Затоа, развојот на издржлив соларен испарувач за да се постигне долгорочно, ефикасно и стабилно испарување на водата и собирање на сол преку едноставен процес на подготовка за бигор од нула течност е неостварена научна цел.
Врз основа на горенаведените предизвици, истражувачкиот тим на Првиот медицински универзитет Шандонг подготви тродимензионален испарувач на спирален аергел од графин со градиент, кој може да постигне ефикасно соларно испарување на солена вода со висока концентрација и да постигне нула течно празнење.
Со цел да се задоволат строгите барања на соларните испарувачи во смисла на ефикасна апсорпција на сончевата енергија, целосно искористување на енергијата, одлична отпорност на сол и долгорочна стабилност, дизајнот на проектот главно се фокусира на следните четири клучни точки:
Фокусирајте се на структурниот дизајн и подобрување на хемиската стабилност
Испарувачот треба да има силна мрежна структура и хемиска стабилност, што е клучно за постигнување на долгорочна, ефикасна и стабилна сончева десалинизација. Затоа, тие избраа нискобуџетна, суперхидрофилна, високопорозна и високоеластична меламинска пена како потпорен скелет на сончевиот испарувач.
Тие потоа ги проучувале механичките својства на аерогелите од графен со меламинска пена како скелет во повеќе начини, вклучувајќи компресија, свиткување и напнатост, за сеопфатно да ги проценат нивните механички својства.
Со цел дополнително да ја потврди неговата робусност и издржливост под реални услови на примена, истражувачкиот тим спроведе тестови под различни екстремни услови.
Поточно, тие постојано го виткале примерокот 20 пати во воздух и вода, го натопувале во кисели и алкални раствори и го ставале во сурови средини како што се висока температура и ултразвучно мешање.
По овие ригорозни тестови, тие не открија значителни промени во изгледот и микроструктурата на примерокот, што целосно ја покажа неговата одлична издржливост и структурна стабилност.
Фокусирајте се на поедноставување и економско подобрување на производните процеси
За да се постигне едноставност и економичност во процесот на производство на испарувачи и да се избегне употребата на скапа опрема, тие ги дизајнираа следните чекори за подготовка:
Првиот чекор е топло пресување
Користејќи ја технологијата на топло пресување, истражувачкиот тим компресираше меламин пени со различни дебелини за да се добие претходно цедена меламинска фолија со дебелина од 1mm.
За време на овој процес, како што се зголемува односот на оригиналната дебелина на примерокот кон конечната компресирана дебелина, големината на порите на претходно пресуваниот меламински филм е фино регулирана од 150 μ m до 20 μ m , формирајќи уникатна тридимензионална градиентна мрежна структура.
Вториот чекор е површинско прскање
Користете шише со распрскувач за рамномерно испрскајте ја суспензијата од графен оксид врз површината на претходно пресуваната меламинска фолија . Постигната е рамномерна распределба на графен оксидот во фолијата, што ги постави темелите за последователна соларна редукција.
Третиот чекор е сушење под атмосферски притисок
По прскањето го ставале филмот директно во воздух за природно сушење на воздух. Овој чекор ги избегнува сложените процеси на подготовка кои одземаат многу време и енергија, како што се сушење со замрзнување, суперкритично сушење и замена на растворувачи.
Четвртиот чекор е намалување на сончевата светлина
Тоа е, користење на лупа за фокусирање на сончевата светлина на примерокот. Под дејство на ултравиолетовите зраци, бојата на површината на примерокот брзо се менува од кафена во црна, што покажува дека графен оксидот е успешно редуциран на редуциран графен оксид.
Овој метод на намалување на сончевата енергија не само што е едноставен за работа и е еколошки, туку исто така не бара употреба на хемиски средства за намалување или процеси на термичко намалување на висока температура, што значително ги намалува трошоците за производство и загадувањето на животната средина.
Фокусирајте се на ефикасна апсорпција на сончевата енергија и минимизирање на загубата на енергија
Соларните испарувачи не само што треба да апсорбираат и претвораат широк опсег на сончева енергија во топлинска енергија, туку и да ги минимизираат загубите на енергија предизвикани од дифузната рефлексија и топлинското зрачење и да доловат дополнителна енергија од околината. Процесот на испарување на сончевиот интерфејс е контролиран од три енергетски текови: влез на сончева енергија, излезна енергија од испарување и енергија што се троши во околината.
За жал, конвенционалните дводимензионални соларни испарувачи се соочуваат со проблеми со дисипација на енергија поради размена на топлина со околната средина, што го отежнува постигнувањето на идеалната 100% ефикасност на конверзија од соларно во пареа. Спротивно на тоа, тродимензионалните соларни испарувачи можат да ја пробијат теоретската граница на ефикасноста на конверзија од сончево во пареа.
За да се намали загубата на енергија предизвикана од дифузна рефлексија и топлинско зрачење на горната површина на тридимензионалниот примерок, тимот дизајнираше тридимензионален спирален конкавен графен аерогел.
Оваа структура не само што има поголема апсорпција и помала рефлексивност, туку и нејзините странични ѕидови се способни да ја апсорбираат амбиенталната топлина и топлината дифузно рефлектирана од дното, со што се овозможува ефективно враќање на енергијата.
Фокусирајте се на оптимизација на толеранција на сол и управување со кристализација на сол
Тоа е; со дизајнирање уникатен транспортен канал, се промовира радијалниот транспорт на саламура, што доведува до насочена кристализација на солта. Овој дизајн не само што ефикасно го спречува таложењето и затнувањето на солта на површината на испарувачот, туку го реализира и ефективно собирање и искористување на солта, со што значително ја подобрува ефикасноста и одржливоста на процесот на бигор.
Поточно, тие дизајнираа и подготвија тродимензионална градиентна графенска мрежа базирана на претходно пресуван меламински порозен филм . Оваа градиентна графенска мрежа, која е ретка одвнатре и густа однадвор, може да формира радијална капиларна разлика во силата, што го поттикнува радијалниот транспорт на саламурата. Како што пареата продолжува да се генерира, радијалниот проток на саламура ја зголемува концентрацијата на саламура во надворешната површина, предизвикувајќи солта да кристализира насочено на надворешната површина, а не на внатрешната површина. Овој дизајн осигурува дека внатрешната површина на испарувачот одржува доволна површина за испарување, со што се постигнува ефикасно и стабилно сончево испарување.
Вреди да се спомене дека испарувачот ја користи целата своја надворешна површина за кристализација на солта, со што површината на кристализација е многу поголема од другите испарувачи за насочена кристализација.
Кристалите на сол главно се составени од лабаво спакувани кристали на сол со изобилство пори, кои се корисни за транспорт на саламура и ослободување на пареа.
Понатаму, поради ефектот на испарување на ладење, температурата на површината на солениот слој е пониска од температурата на околината. Оваа карактеристика му овозможува на испарувачот да апсорбира повеќе енергија од околината, што дополнително ги подобрува перформансите на испарувањето.
Извор на статија: Deep Tech
Истражувачката група: Истражувачка група на тимот на првиот медицински универзитет Шандонг
Статијата е цитирана од: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
За повеќе информации за SINOYQX меламин пена, ве молиме контактирајте не на [email protected] или јавете ни се гласовно: +86-28-8411-1861.
Некои слики и текстови се репродуцираат од Интернет, а авторските права му припаѓаат на оригиналниот автор. Ако има некакво прекршување, ве молиме контактирајте не за да го избришете.