Соларна интерфацијална испаривања (SIE) сматрају се једном од најперспективнијих технологија за ублажавање несташице слатке воде због своје способности да ефикасно користи соларну енергију за производњу слатке воде. Поред тога, соларни испаривачи имају јединствене предности у третману концентрованих отпадних вода са сољу . Процес испаравања производи само кристале соли као нуспроизвод, чиме се постиже нулто испуштање течности. Међутим, акумулација соли у испаривачу ће ометати апсорпцију светлости и утицати на излазак паре, што на крају доводи до смањења перформанси испаравања испаривача или чак до квара.
Да би ублажили овај проблем, неки истраживачи су предложили стратегију „циркулације соли“. Односно, циркулациони пут је дизајниран за раствор да омогући јонима соли да тече назад у раствор соли, чиме се спречава кристализација соли на површини испаравања, чиме се постиже континуирано и стабилно испаравање. Међутим, овај метод ће довести до повећања салинитета раствора, а проблем кристализације соли је и даље неизбежан.
Друго решење је стратегија „сољења“. То јест, структура је регулисана тако да се со првенствено кристалише у области која не испарава, чиме се смањује утицај кристализације соли на перформансе испаравања, чиме се постиже истовремено сакупљање соли и свеже воде. Међутим, стратегија „солирања“ се и даље суочава са озбиљним изазовима у практичној примени.
Прво, једнодимензионални транспорт слане воде ограничава апсорпциони капацитет, значајно смањујући укупну брзину испаравања. Друго, стратегија кристализације соли захтева редовно уклањање кристала соли, који тешко аутоматски отпадају са површине испаривача због њихове јаке адхезије. Ако се таложена со не уклони на време, учинак испаравања ће се неизбежно смањити. Поред тога, многи високоефикасни соларни испаривачи захтевају опасне или дуготрајне припремне процесе, као што су топлотни третмани под високим притиском, ниским вакуумом или високом температуром.
Стога је развој издржљивог соларног испаривача за постизање дуготрајног, ефикасног и стабилног испаравања воде и сакупљања соли кроз једноставан процес припреме за десалинизацију без течног пражњења недостигнут научни циљ.
На основу горе наведених изазова, истраживачки тим Првог медицинског универзитета Шандонг припремио је тродимензионални градијент графенски спирални аерогел испаривач, који може постићи ефикасно соларно испаравање слане воде високе концентрације и постићи нулто испуштање течности.
Да би се испунили строги захтеви соларних испаривача у смислу ефикасне соларне апсорпције, пуног коришћења енергије, одличне отпорности на со и дугорочне стабилности, дизајн пројекта се углавном фокусира на следеће четири кључне тачке:
Фокусирајте се на структурални дизајн и побољшање хемијске стабилности
Испаривач мора имати јаку мрежну структуру и хемијску стабилност, што је кључно за постизање дугорочне, ефикасне и стабилне соларне десалинизације. Стога су као носећи скелет соларног испаривача изабрали јефтину, суперхидрофилну, високопорозну и високоотпорну меламинску пену .
Затим су проучавали механичка својства графенских аерогела са меламинском пеном као скелетом у више начина, укључујући компресију, савијање и напетост, да би свеобухватно проценили њихова механичка својства.
Да би додатно проверио његову робусност и издржљивост у стварним условима примене, истраживачки тим је спровео тестове у разним екстремним условима.
Конкретно, више пута су савијали узорак 20 пута на ваздуху и води, натопили га у киселе и алкалне растворе и ставили га у тешка окружења као што су висока температура и ултразвучно мешање.
Након ових ригорозних испитивања, нису нашли значајне промене у изгледу и микроструктури узорка, што је у потпуности показало његову одличну издржљивост и структурну стабилност.
Фокус на поједностављење и економско побољшање производних процеса
Да би постигли једноставност и економичност у процесу производње испаривача и избегли употребу скупе опреме, осмислили су следеће припремне кораке:
Први корак је вруће пресовање
Користећи технологију врућег пресовања, истраживачки тим је компримовао меламинске пене различите дебљине да би добио претходно пресовани меламински филм дебљине 1 мм.
Током овог процеса, како се однос оригиналне дебљине узорка и коначне компримоване дебљине повећава, величина пора претходно пресованог меламинског филма се фино регулише од 150 μm до 20 μm , формирајући јединствену тродимензионалну градијентну мрежну структуру.
Други корак је површинско прскање
Користите бочицу са распршивачем да бисте равномерно распршили суспензију графен оксида по површини претходно пресоване меламинске фолије . Постигнута је равномерна расподела графен оксида у фолији, што је поставило темеље за накнадну соларну редукцију.
Трећи корак је сушење под атмосферским притиском
Након прскања, поставили су филм директно у ваздух за природно сушење на ваздуху. Овим кораком се избегавају сложени, дуготрајни и енергетски процеси припреме као што су сушење замрзавањем, сушење наткритично и замена растварача.
Четврти корак је смањење сунчеве светлости
То јест, коришћењем лупе за фокусирање сунчеве светлости на узорак. Под дејством ултраљубичастих зрака, боја површине узорка се брзо мења из смеђе у црну, што указује да је графен оксид успешно редукован у редуковани графен оксид.
Овај метод соларне редукције није само једноставан за руковање и еколошки прихватљив, већ и не захтева употребу хемијских редукционих агенаса или високотемпературних процеса термичке редукције, значајно смањујући трошкове производње и загађење животне средине.
Фокусирајте се на ефикасну апсорпцију сунчеве енергије и минимизирање губитка енергије
Соларни испаривачи не само да морају да апсорбују и претварају широк спектар сунчеве енергије у топлотну енергију, већ и да минимизирају губитке енергије узроковане дифузном рефлексијом и топлотним зрачењем, и да ухвате додатну енергију из околине. Процес испаравања на соларном интерфејсу контролишу три енергетска тока: улаз сунчеве енергије, излаз енергије испаравања и енергија која се распршује у околину.
Нажалост, конвенционални дводимензионални соларни испаривачи суочавају се са проблемима дисипације енергије због размене топлоте са околним окружењем, што отежава постизање идеалне 100% ефикасности конверзије соларне енергије у пару. Насупрот томе, тродимензионални соларни испаривачи могу пробити теоријску границу ефикасности конверзије соларне енергије у пару.
Да би се смањио губитак енергије узрокован дифузном рефлексијом и топлотним зрачењем на горњој површини тродимензионалног узорка, тим је дизајнирао тродимензионални спирални конкавни графен аерогел.
Ова структура не само да има већу апсорпцију и нижу рефлексивност, већ су и њени бочни зидови у стању да апсорбују топлоту околине и топлоту дифузно рефлектовану са дна, чиме омогућавају ефикасан опоравак енергије.
Фокусирајте се на оптимизацију толеранције соли и управљање кристализацијом соли
То је; пројектовањем јединственог транспортног канала промовише се радијални транспорт слане воде, што доводи до усмерене кристализације соли. Овај дизајн не само да ефикасно спречава таложење и зачепљење соли на површини испаривача, већ такође остварује ефикасно сакупљање и коришћење соли, чиме се значајно побољшава ефикасност и одрживост процеса десалинизације.
Конкретно, они су дизајнирали и припремили тродимензионалну градијентну графенску мрежну структуру засновану на претходно пресованом порозном меламинском филму . Ова градијентна графенска мрежа, која је ретка изнутра, а густа споља, може формирати разлику радијалних капиларних сила, што подстиче радијални транспорт слане воде. Како се пара наставља генерисати, радијални ток слане воде повећава концентрацију слане воде у спољашњој површини, узрокујући да со кристалише усмерено на спољашњој површини, а не на унутрашњој површини. Овај дизајн осигурава да унутрашња површина испаривача одржава довољну површину испаравања, чиме се постиже ефикасно и стабилно соларно испаравање.
Вреди напоменути да испаривач користи целу своју спољашњу површину за кристализацију соли, чинећи површину кристализације много већом од других испаривача усмерене кристализације.
Кристали соли се углавном састоје од лабаво збијених кристала соли са обилним порама, које су корисне за транспорт слане воде и ослобађање паре.
Штавише, због ефекта хлађења испаравањем, површинска температура слоја соли је нижа од температуре околине. Ова карактеристика омогућава испаривачу да апсорбује више енергије из околине, додатно побољшавајући перформансе испаравања.
Извор чланка: Дееп Тецх
Истраживачка група: истраживачка група тима првог медицинског универзитета Шандонг
Чланак је цитиран са: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
За више информација о SINOYQX меламинској пени, контактирајте нас на [email protected] или нам пошаљите поруку: +86-28-8411-1861.
Неке слике и текстови су репродуковани са интернета, а ауторска права припадају оригиналном аутору. Ако постоји било какво кршење, контактирајте нас да га избришемо.