Saules enerģijas vadīta starpfāžu iztvaikošana (SIE) tiek uzskatīta par vienu no daudzsološākajām tehnoloģijām saldūdens trūkuma mazināšanai, pateicoties tās spējai efektīvi izmantot saules enerģiju saldūdens ražošanai. Turklāt saules iztvaikotājiem ir unikālas priekšrocības koncentrētu sālsūdens notekūdeņu attīrīšanā . Iztvaikošanas procesā kā blakusprodukts rodas tikai sāls kristāli, tādējādi panākot nulles šķidruma noplūdi. Tomēr sāls uzkrāšanās iztvaikotājā kavēs gaismas absorbciju un ietekmēs tvaika izplūdi, galu galā novedot pie iztvaikošanas veiktspējas samazināšanās vai pat tā atteices.
Lai mazinātu šo problēmu, daži pētnieki ir ierosinājuši "sāls cirkulācijas" stratēģiju. Tas nozīmē, ka šķīdumam tiek izveidots cirkulācijas ceļš, kas ļauj sāls joniem atgriezties sālījumā, tādējādi novēršot sāls kristalizāciju uz iztvaikošanas virsmas un panākot nepārtrauktu un stabilu iztvaikošanu. Tomēr šī metode palielinās šķīduma sāļumu, un sāls kristalizācijas problēma joprojām ir neizbēgama.
Vēl viens risinājums ir “izsālīšanas” stratēģija. Tas nozīmē, ka struktūra tiek regulēta tā, lai sāls galvenokārt kristalizētos neiztvaikošanas zonā, tādējādi samazinot sāls kristalizācijas ietekmi uz iztvaikošanas veiktspēju un panākot vienlaicīgu sāls un saldūdens savākšanu. Tomēr “izsālīšanas” stratēģijas praktiskā pielietošana joprojām rada dažas nopietnas problēmas.
Pirmkārt, viendimensionāla sālsūdens transportēšana ierobežo absorbcijas spēju, ievērojami samazinot kopējo iztvaikošanas ātrumu. Otrkārt, sāls kristalizācijas stratēģija prasa regulāru sāls kristālu noņemšanu, kurus ir grūti automātiski nokrist no iztvaicētāja virsmas to spēcīgās saķeres dēļ. Ja nogulsnētais sāls netiek savlaicīgi noņemts, iztvaikošanas veiktspēja neizbēgami samazināsies. Turklāt daudziem augstas efektivitātes saules iztvaicētājiem ir nepieciešami bīstami vai laikietilpīgi sagatavošanas procesi, piemēram, augstspiediena, zema vakuuma vai augstas temperatūras termiskā apstrāde.
Tāpēc izturīga saules iztvaicētāja izstrāde, lai panāktu ilgtermiņa, efektīvu un stabilu ūdens iztvaikošanu un sāļu savākšanu, izmantojot vienkāršu sagatavošanas procesu nulles šķidruma izplūdes atsāļošanai, ir nesasniegts zinātniskais mērķis.
Balstoties uz iepriekšminētajām problēmām, Šaņdunas Pirmās medicīnas universitātes pētnieku komanda sagatavoja trīsdimensiju gradienta grafēna spirālveida aerogela iztvaicētāju, kas var panākt efektīvu augstas koncentrācijas sālsūdens iztvaikošanu saules staros un nulles šķidruma noplūdi.
Lai izpildītu stingrās saules iztvaicētāju prasības attiecībā uz efektīvu saules enerģijas absorbciju, pilnīgu enerģijas izmantošanu, izcilu sāls izturību un ilgtermiņa stabilitāti, projekta izstrāde galvenokārt koncentrējas uz šādiem četriem galvenajiem punktiem:
Koncentrēšanās uz konstrukcijas dizainu un ķīmiskās stabilitātes uzlabošanu
Iztvaicētājam ir nepieciešama spēcīga tīkla struktūra un ķīmiskā stabilitāte, kas ir ļoti svarīgi, lai panāktu ilgtermiņa, efektīvu un stabilu saules ūdens atsāļošanu. Tāpēc par saules iztvaicētāja atbalsta karkasu viņi izvēlējās lētas, superhidrofilas, augstas porainības un augstas izturības melamīna putas .
Pēc tam viņi pētīja grafēna aerogelu mehāniskās īpašības ar melamīna putām kā skeletu vairākos režīmos, tostarp saspiešanā, liecē un spriegumā, lai vispusīgi novērtētu to mehāniskās īpašības.
Lai vēl vairāk pārbaudītu tā izturību un ilgmūžību reālos lietošanas apstākļos, pētnieku komanda veica testus dažādos ekstremālos apstākļos.
Konkrēti, viņi atkārtoti 20 reizes salieca paraugu gaisā un ūdenī, iemērcēja to skābos un sārmainos šķīdumos un novietoja skarbos apstākļos, piemēram, augstā temperatūrā un ultraskaņas maisījumā.
Pēc šiem stingrajiem testiem viņi neatrada būtiskas izmaiņas parauga izskatā un mikrostruktūrā, kas pilnībā apliecināja tā izcilo izturību un strukturālo stabilitāti.
Koncentrēšanās uz ražošanas procesu vienkāršošanu un ekonomisko uzlabošanu
Lai panāktu vienkāršību un ekonomiju iztvaicētāja ražošanas procesā un izvairītos no dārga aprīkojuma izmantošanas, viņi izstrādāja šādus sagatavošanas soļus:
Pirmais solis ir karstā presēšana
Izmantojot karstās presēšanas tehnoloģiju, pētnieku komanda saspieda dažāda biezuma melamīna putas, lai iegūtu iepriekš presētu melamīna plēvi ar 1 mm biezumu.
Šī procesa laikā, palielinoties parauga sākotnējā biezuma attiecībai pret galīgo saspiestā materiāla biezumu, iepriekš presētās melamīna plēves poru izmērs tiek smalki regulēts no 150 μm līdz 20 μm , veidojot unikālu trīsdimensiju gradienta tīkla struktūru.
Otrais solis ir virsmas izsmidzināšana
Izmantojiet smidzināšanas pudeli, lai vienmērīgi izsmidzinātu grafēna oksīda suspensiju uz iepriekš presētās melamīna plēves virsmas . Tika panākts vienmērīgs grafēna oksīda sadalījums plēvē, kas lika pamatu sekojošai saules enerģijas redukcijai.
Trešais posms ir žāvēšana atmosfēras spiedienā.
Pēc izsmidzināšanas plēvi novietoja tieši gaisā, lai tā dabiski žūtu gaisā. Šis solis ļauj izvairīties no sarežģītiem, laikietilpīgiem un enerģiju patērējošiem sagatavošanas procesiem, piemēram, saldžāvēšanas, superkritiskās žāvēšanas un šķīdinātāja nomaiņas.
Ceturtais solis ir saules gaismas samazināšana
Tas ir, izmantojot palielināmo stiklu, lai fokusētu saules gaismu uz paraugu. Ultravioleto staru iedarbībā parauga virsmas krāsa ātri mainās no brūnas uz melnu, norādot, ka grafēna oksīds ir veiksmīgi reducēts līdz reducētam grafēna oksīdam.
Šī saules enerģijas samazināšanas metode ir ne tikai vienkārši lietojama un videi draudzīga, bet arī neprasa ķīmisko reducētāju vai augstas temperatūras termiskās reducēšanas procesu izmantošanu, ievērojami samazinot ražošanas izmaksas un vides piesārņojumu.
Koncentrēšanās uz efektīvu saules enerģijas absorbciju un enerģijas zudumu samazināšanu līdz minimumam
Saules iztvaicētājiem ne tikai jāabsorbē un jāpārveido plašs saules enerģijas klāsts siltumenerģijā, bet arī jāsamazina enerģijas zudumi, ko rada difūzā atstarošanās un termiskais starojums, un jāuztver papildu enerģija no apkārtējās vides. Iztvaikošanas procesu saules saskarnē kontrolē trīs enerģijas plūsmas: saules enerģijas pievade, iztvaikošanas enerģijas izvade un enerģija, kas izkliedēta vidē.
Diemžēl tradicionālajiem divdimensiju saules iztvaicētājiem ir problēmas ar enerģijas izkliedi siltuma apmaiņas ar apkārtējo vidi dēļ, apgrūtinot ideālas 100 % saules enerģijas konversijas tvaikā efektivitātes sasniegšanu. Turpretī trīsdimensiju saules iztvaicētāji var pārkāpt saules enerģijas konversijas tvaikā efektivitātes teorētisko robežu.
Lai samazinātu enerģijas zudumus, ko rada difūzā atstarošanās un termiskais starojums uz trīsdimensiju parauga augšējās virsmas, komanda izstrādāja trīsdimensiju spirālveida ieliektu grafēna aerogelu.
Šai struktūrai ir ne tikai augstāka absorbcijas spēja un zemāka atstarošanas spēja, bet tās sānu sienas spēj absorbēt arī apkārtējo siltumu un no apakšas difūzi atstaroto siltumu, tādējādi nodrošinot efektīvu enerģijas atgūšanu.
Koncentrēšanās uz sāls tolerances optimizāciju un sāls kristalizācijas pārvaldību
Tas ir, izstrādājot unikālu transporta kanālu, tiek veicināta sālsūdens radiālā transportēšana, kas noved pie sāls virzītas kristalizācijas. Šī konstrukcija ne tikai efektīvi novērš sāls nogulsnēšanos un aizsērēšanu uz iztvaicētāja virsmas, bet arī nodrošina efektīvu sāls savākšanu un izmantošanu, tādējādi ievērojami uzlabojot atsāļošanas procesa efektivitāti un ilgtspējību.
Konkrēti, viņi izstrādāja un izgatavoja trīsdimensiju gradienta grafēna tīkla struktūru, kuras pamatā ir iepriekš presēta poraina melamīna plēve . Šis gradienta grafēna tīkls, kas iekšpusē ir reti sastopams un ārpusē blīvs, var veidot radiālu kapilāro spēku starpību, kas veicina sālsūdens radiālo transportēšanu. Turpinot tvaika ģenerēšanu, sālsūdens radiālā plūsma palielina sālsūdens koncentrāciju ārējās virsmas laukumā, izraisot sāls kristalizāciju virzītu uz ārējās virsmas, nevis iekšējās virsmas. Šī konstrukcija nodrošina, ka iztvaicētāja iekšējā virsma saglabā pietiekamu iztvaikošanas laukumu, tādējādi panākot efektīvu un stabilu saules iztvaikošanu.
Ir vērts pieminēt, ka iztvaicētājs sāls kristalizācijai izmanto visu savu ārējo virsmu, padarot kristalizācijas laukumu daudz lielāku nekā citiem virziena kristalizācijas iztvaicētājiem.
Sāls kristāli galvenokārt sastāv no brīvi iesaiņotiem sāls kristāliem ar bagātīgām porām, kas ir labvēlīgas sālījuma transportēšanai un tvaika izdalīšanai.
Turklāt iztvaikošanas dzesēšanas efekta dēļ sāls slāņa virsmas temperatūra ir zemāka par apkārtējās vides temperatūru. Šī īpašība ļauj iztvaicētājam absorbēt vairāk enerģijas no apkārtējās vides, vēl vairāk uzlabojot iztvaikošanas veiktspēju.
Raksta avots: Deep Tech
Pētniecības grupa: Šaņdunas Pirmās medicīnas universitātes komandas pētniecības grupa
Raksts ir citēts no: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Lai iegūtu plašāku informāciju par SINOYQX melamīna putām, lūdzu, sazinieties ar mums pa e-pastu [email protected] vai pa tālruni: +86-28-8411-1861.
Daži attēli un teksti ir reproducēti no interneta, un autortiesības pieder sākotnējam autoram. Ja ir kāds pārkāpums, lūdzu, sazinieties ar mums, lai dzēstu.