Како одржлив начин за искористување на водните ресурси, соларното бигор има голем потенцијал во решавањето на проблемот со недоволните ресурси на свежа вода и ублажувањето на недостигот на вода. Сепак, традиционалната технологија за бигор на морска вода често има проблеми како што се висока потрошувачка на енергија, сложена опрема и висока цена.
Во последниве години, новите технологии за обложување со бигор засновани на наноматеријали постепено го привлекуваат вниманието на истражувачите. Графен оксид редуциран графен, како нов дводимензионален материјал, покажа значителен потенцијал во соларното бигор.
Во споредба со традиционалните материјали за обложување на бигор, rGO ги има предностите на одличната спроводливост, висока специфична површина и добра хемиска стабилност, и се очекува да ја подобри ефикасноста на бигор и да ја намали потрошувачката на енергија.
Сепак, самиот rGO има проблеми со агрегација и таложење, што ја намалува неговата активност и стабилност. Затоа, фиксирањето на rGO на пенести материјали за да се формира меламинска пена / rGO композитен слој стана ефикасен начин за подобрување на ефикасноста и стабилноста на десалинизацијата.
Со модификација на површината и зајакнување на својствата на носителот на пена материјалот, ние рамномерно го фиксиравме rGO на површината на пената за да ја зголемиме неговата контактна површина со јоните на сол во водата. Во исто време, структурата и дебелината на облогата rGO се контролираат за да се оптимизира ефикасноста и стабилноста на бигорот.
За да стекнеме подлабоко разбирање за механизмот за бигор, подготвивме и пена со намален графен оксид (rGO). Меламинската пена обложена со графин триоксид има вродена порозна микроструктура и хидрофилност, што ѝ овозможува да има добра влажност и може да привлече вода во областа на испарување, што овозможува водата брзо да се надополнува додека се избегнува талогот на сол.
Системот за меѓусебно испарување на меламинска пена обложена со графен оксид може да постигне ефикасност на испарување во стабилна состојба од 89.6% под 1kW m−2 сончево гориво. Овој меѓуфазен систем за испарување има висока ефикасност на конверзија од сончево во топлина и добра долгорочна стабилност, што покажува потенцијал за комерцијално бигор на морска вода.
Во моментов, глобалната енергетска криза и недостигот на вода станаа главна закана за одржливиот развој на човечкото општество. За да се задоволи растечката побарувачка за енергија, развојот на различни технологии за конверзија на енергија и прочистување на водата со високи перформанси привлече се поголемо внимание.
Технологија за испарување на интерфејс на соларна енергија
Како ветувачки обновлив извор на енергија, сончевата енергија се должи на нејзиниот ултра голем капацитет, универзалноста, чистотата и мултифункционалните способности за конверзија. Тој го покажа потенцијалот да ги замени фосилните горива задржани од фосилните горива.
Покрај соларната фотоволтаична технологија која директно генерира електрична енергија, технологијата за конверзија на сончева-термална енергија, исто така, ја апсорбира сончевата енергија и ја претвора во топлинска енергија, што се смета за едноставен и ефикасен начин за искористување на сончевата енергија.
Топлинската енергија претворена од сончевата енергија може да поттикне важни индустриски процеси како што се соларни термоелектрани, соларно бигор, стерилизација, соларни системи за греење на водата и други апликации поврзани со топлина. Соларното бигорување нуди ефективно решение, особено за областите на кои им недостасува инфраструктура, бидејќи може да извлече свежа вода од морската вода без дополнителен внес на енергија.
Во последниве години, технологијата за испарување на интерфејсите управувана од Сонцето го лоцира процесот на конверзија на сончевата топлина на интерфејсот течност-пареа и стана нова технологија за искористување на сончевата енергија. Во споредба со традиционалното интегрално греење, системите за меѓуфабрично испарување покажуваат поголема ефикасност на испарување и побрз термички одговор и се потенцијална алтернатива за бигор од морската вода.
Досега се спроведени многу студии за подобрување на термичките перформанси на системите за испарување меѓу површината. Типичен систем за испарување на интерфејсите управуван од Сонцето се состои од три важни делови:
Сончев апсорбер со висока сончева апсорпција и ефикасно го претвора сончевото зрачење во топлинска енергија; изолатор кој ја пренесува конвертираната топлина во најголемиот дел од водата; и патека за водоснабдување која континуирано ја црпи водата од најголемиот дел од водата до површината на сончевиот апсорбер.
Во претходните студии, голем број истражувачи се посветија на подобрување на целокупната ефикасност на конверзија од сончева светлина во пареа преку синтетизирање на материјали за апсорпција на широкопојасен интернет и сончева енергија, оптимизирање на дизајнот на нови патеки за водоснабдување и подобрување на конструкциите за топлинска изолација.
Досега, системи за испарување на интерфејсите управувани од Сонце се користеа во многу индустриски процеси, индуцирана соларна дестилација, соларна стерилизација, соларна бигор и производство на соларна енергија. За да се постигнат високи перформанси на системот за испарување, важно е да се истражи апсорпцијата на широкопојасниот опсег низ сончевиот спектар на материјали што апсорбираат сончева светлина.
Материјалите за апсорпција на сончевата енергија развиени и истражени во системите за испарување меѓу површината, управувани од Сонцето, главно вклучуваат јаглеродни материјали, плазмонски честички и спектрално селективни апсорбирачки материјали. Меѓу нив, природните црни и јаглеродните материјали имаат силни способности за конверзија на сончевата топлина и се погодни за широкопојасни и сончеви апсорбери со висок интензитет.
Поради нивната висока стапка на апсорпција на сонцето, ниската цена и добрата стабилност, многу соларни апсорбери базирани на јаглерод се проучувани, вклучувајќи јаглеродни наноцевки, графит и намален графен оксид. По години на развој, ефикасноста на конверзија на сончево во пареа на системот под дневна светлина достигна повеќе од 90%.
Иако има големи подобрувања во развојот на материјали за апсорпција на сончевата енергија и дизајнирање на структури за испарување меѓу површината, повеќето претходно пријавени уреди за соларна бигор се должат на акумулацијата на сол на горната површина на испарувачот за време на процесот на бигор. Акумулираната сол ја блокира апсорпцијата на Сонцето и го блокира порозниот испарувач, што резултира со ниска ефикасност на конверзија од сончево во топлина и слаби перформанси на испарување.
Традиционалните физички методи како ултразвучни бранови и потопување во вода обично се користат за отстранување на акумулираните соли, но овие методи лесно може да предизвикаат оштетување на структурата на испарување на интерфејсот.
За да се намали акумулацијата на сол во системите за меѓуфабричко испарување, многу студии се фокусираа на развој на хидрофобно испарување. Сепак, хидрофобните испарувачи го ограничуваат снабдувањето со вода до горната површина, со што се намалуваат испарувачките перформанси на системот. Друг начин да се реши овој проблем е да се користи хидрофилен испарувач, кој го придвижува вишокот сол од горната површина до масовната вода.
Досега, многу студии се фокусираа на дизајнирање на хидрофилни испарувачи, како што се мембрани за ткаенина од хидрофилна целулоза, хидрофилни мембрани базирани на хартија и испарувачи инспирирани од био. Но, развојот на долгорочен стабилен и високо ефикасен систем за испарување меѓу површината, управуван од Сонцето, останува значаен предизвик.
Во оваа студија, ние демонстрираме отпорна на сол, високо ефикасна соларна апсорпција и брзо термички одговорна пена со намален графен оксид (rGO) за интерфајсна бигор од соларна енергија под сончево осветлување со ниска флуоресценција.
Во новата порозна структура, како основа е избрана хидрофилна меламинска пена (MF) , која не само што ја проширува површината за апсорпција на сончева светлина, туку и го подобрува повеќекратното расејување.
Хидрофилноста и порозноста на редуцираната меламинска пена обложена со графин оксид обезбедуваат доволно навлажнување и фузија на зоната за конверзија на сончевата топлина, како и брзо надополнување на вода, притоа избегнувајќи акумулација на соли.
Искористувајќи ги предностите на високите перформанси на редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид, интерфејс-системот со соларна енергија е способен за стапка на конверзија од сончево во пареа од 89.6%.
Понатаму, со интегрирање на редуцирана меламинска пена обложена со графен оксид во комерцијалната сончева енергија, дизајниравме и фабрикувавме уред за меѓуфабрична бигор морска вода управуван од соларна енергија со ефикасност на конверзија од сончева во вода од 56.4% при дневна светлина. Поради соларното бигор, собраната чиста вода бара квалитет за пиење.
Со супериорни перформанси на испарување и приспособливост на материјалите за конверзија од сончева во топлинска енергија, овој систем за интерфајсна бигорна морска вода управувана од соларна енергија претставува широки можности за примена во практичната примена на бигорот на морската вода.
Приспособливост на материјалите за пренос на топлина за соларна бигор
Систем за меѓуфабрично испарување базиран на редуцирана меламинска пена обложена со графен оксид. Меламинската пена обложена со терграфен оксид е во средината и е обвиткана со слој полиетиленска пена (PE) однадвор за да се конструира систем за испарување на интерфејс со меурчиња.
Меламинската пена обложена со графен оксид редуциран со телуриум се користи за брзо апсорбирање на сончевото зрачење, претворање на сончевата енергија во топлина и генерирање на движечка сила за испарување меѓу површината. Од друга страна, хидрофилната меламинска пена обложена со редуциран графен оксид може постојано да црпи саламура во зоната на испарување.
Порозната структура на меламинската пена обложена со графен триоксид овозможува генерираната пареа да избега во околината, промовирајќи го зафаќањето на сончевата светлина и на тој начин ја зголемува ефикасноста на конверзијата од сончево во топлина. Редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид е порозна и хидрофилна, што ѝ овозможува да вовлекува вода во структурата на испарување опишана погоре, додека истовремено ги разложува концентрираните соли назад во најголемиот дел од морската вода.
За време на процесот на испарување, концентрацијата на сол во пената е поголема од концентрацијата на морската вода на дното. Промените во концентрацијата предизвикуваат солта да се разгради во водата. Покрај тоа, околната полиетиленска пена не само што ја намалува меламинската пена обложена со графен оксид , туку и природно се собира на површината на водата, спречувајќи го губењето на топлина предизвикано од околната солена вода.
Системите за испарување на интерфејсот можат да работат континуирано и ефикасно на водните површини без потреба од сложени конструктивни дизајни. Понатаму, бидејќи испарувањето се случува на интерфејсот гас-течност, системот за меѓуфабричко испарување може да се движи автономно кога интерфејсот се повлекува.
Меламин пената обложена со графен оксид редуцирана со телуриум е клучна компонента на системот за меѓусебно испарување. Меламинската пена беше потопена во колоидна суспензија од графен оксид за да се подготви меламинска пена обложена со редуциран графен оксид, а потоа графен оксидот беше редуциран во редуциран графамин оксид користејќи хидротермална метода.
Редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид со дијаметар од 3.5 cm и дебелина од 1.6 cm лесно се изработува и нејзината боја е длабока црна.
Грубоста на површината на редуцираниот материјал од меламинска пена обложена со графен оксид, забележана со помош на тридимензионален оптички микроскоп покажа висинска варијација од повеќе од 300 μm. Грубата површинска структура на композитите за сончева топлинска конверзија главно се припишува на порозната структура на меламинската пена, а модифицираниот редуциран графен оксид исто така ја зголемува грубоста на површината.
Грубоста на површината ја засилува површината на апсорпционата сончева површина додека го зголемува повеќекратното расејување на упадната сончева светлина, со што се подобрува ефикасноста на конверзија од сончево во топлина на системот. Микроструктура на подготвената меламинска пена при различни зголемувања. Површината на меламинска пена обложена со графен оксид покажува збрчкана и меѓусебно поврзана мрежна структура.
Големината на порите на меламинската пена обложена со rGO е помеѓу 20 и 40 μm. Структурата со отворена пора и збрчканата површина го олеснуваат таложењето на графен оксид. Редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид има добра влажност на вода поради хидрофилноста на порозната меламинска пена.
Откако капка вода ќе ја допре површината на редуцираната меламинска пена обложена со графин оксид, таа целосно се апсорбира во рок од 0.5 секунди. Хидрофилната површина на композитите со редуциран графен оксид може брзо да води дренажа во порозната структура. Порозноста на редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид беше одредена со споредување на промените на масата пред и по апсорпцијата на вода.
Порозноста на меламинската пена обложена со графен оксид може да достигне 85.55%. Апсорпцијата на сончевата енергија со намалена меламинска пена обложена со графен оксид директно влијае на ефикасноста на конверзија од сончево во топлина на системот. За да се оцени отпорноста на сол, редуцираната меламинска пена обложена со графен оксид беше ставена во раствор на натриум хлорид (3.5 wt%).
Потоа на горната површина беа ставени 3 g цврст натриум хлорид, а меламинската пена обложена со Tergo беше поставена со сончева густина од 1 kW m−2. Количината на цврста сол постепено се раствора по 120 минути.
Кога сончевата светлина ќе ја осветли горната површина на меламинската пена обложена со rGO , температурата на меламинската пена обложена со rGO брзо се зголемува за неколку минути и останува на 35°C во текот на целиот процес на испарување. Бидејќи растворливоста на солта зависи од температурата, колку е повисока температурата, толку побрзо солта се раствора и затоа солта од железо може повторно да се раствори во површинската вода.
Во меламин пена обложена со редуциран графен оксид, која има бројни пори со висок капацитет за апсорпција на вода што може да обезбеди континуирано снабдување со вода до горната површина, солите може да се движат од горната површина до подслојот на водата. Температурните промени доведуваат до промени на соленоста помеѓу горната испарувачка површина и телото.
Со цел да се добие широкопојасен интернет и ефикасна апсорпција на сончевата енергија, меламинската пена е модифицирана со порозна хидрофилна меламинска пена, со што се зголемува површината на апсорпција на сончевата површина и се зголемува повеќекратното расејување.
Сончевиот меѓуфазен систем за испарување базиран на меламинска пена обложена со rGO покажува брз термички одговор при густина на сончева енергија од 1 kW m−2, постигнувајќи ефикасност на соларна топлинска конверзија во стабилна состојба од 89.6%.
Конечно, интегриравме испарувач на меламинска пена обложена со редуциран графен оксид во соларна подпора, која може да произведе 56.4% вода за пиење со акумулација на сол на 1 kW m−2.
Претпоставуваме дека овој уред за меѓуфабрично бигор на соларна енергија може да се користи на изолирани острови или во океанот за собирање на вода за пиење од обилната морска вода или други ресурси на солена вода.
Заклучок
Меламин пена обложена со rGO, како иновативна и ефикасна технологија за соларна бигор, има голем потенцијал и изгледи за примена. Тоа не само што може да обезбеди сигурни ресурси на свежа вода за области со недостиг на вода, туку и да ја намали зависноста од традиционалната енергија, да ја намали потрошувачката на енергија и загадувањето на животната средина.
Резултатите од ова истражување ќе дадат важен придонес во решавањето на глобалниот проблем со недостигот на слатководни ресурси и ќе го промовираат остварувањето на одржливиот развој.
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.