A napenergiával működő határfelületi párologtatás (SIE) az édesvízhiány enyhítésére szolgáló egyik legígéretesebb technológiaként tartják számon, mivel képes hatékonyan felhasználni a napenergiát édesvíz előállítására. Ezenkívül a napelemes párologtatók egyedi előnyökkel rendelkeznek a koncentrált sós szennyvíz kezelésében . A párologtatási folyamat melléktermékként csak sókristályokat termel, így nulla folyadékkibocsátást ér el. A só felhalmozódása a párologtatóban azonban akadályozza a fény elnyelését és befolyásolja a gőz távozását, ami végső soron a párologtató párolgási teljesítményének csökkenéséhez vagy akár meghibásodásához is vezethet.
A probléma enyhítésére egyes kutatók egy „sókeringetési” stratégiát javasoltak. Ez azt jelenti, hogy egy olyan keringési útvonalat terveznek az oldat számára, amely lehetővé teszi a sóionok visszaáramlását a sóoldatba, ezáltal megakadályozva a só kikristályosodását a párolgási felületen, és ezáltal folyamatos és stabil párolgást érve el. Ez a módszer azonban az oldat sótartalmának növekedését okozza, és a só kikristályosodásának problémája továbbra is elkerülhetetlen.
Egy másik megoldás a „kisózás” stratégiája. Vagyis a szerkezetet úgy szabályozzák, hogy a só elsősorban a nem párologtató területen kristályosodjon ki, ezáltal csökkentve a sókristályosodás hatását a párolgási teljesítményre, és ezáltal egyidejűleg biztosítva a só és az édesvíz összegyűjtését. A „kisózás” stratégia azonban a gyakorlati alkalmazásban még mindig komoly kihívásokkal néz szembe.
Először is, az egydimenziós sóoldat-szállítás korlátozza az abszorpciós kapacitást, jelentősen csökkentve az általános párolgási sebességet. Másodszor, a sókristályosítási stratégia megköveteli a sókristályok rendszeres eltávolítását, amelyek erős tapadásuk miatt nehezen esnek le automatikusan a párologtató felületéről. Ha a lerakódott sót nem távolítják el időben, a párolgási teljesítmény elkerülhetetlenül csökken. Ezenkívül számos nagy hatékonyságú napelemes párologtató veszélyes vagy időigényes előkészítési folyamatokat igényel, például nagynyomású, alacsony vákuumú vagy magas hőmérsékletű hőkezeléseket.
Ezért egy tartós napelemes párologtató kifejlesztése, amely hosszú távú, hatékony és stabil vízpárologtatást és sógyűjtést biztosít egy egyszerű előkészítési folyamaton keresztül a folyékony kibocsátás sótalanításához, egy eléretlen tudományos cél.
A fenti kihívások alapján a Shandong First Medical University kutatócsoportja egy háromdimenziós gradiens grafén spirális aerogél párologtatót készített, amely hatékony napkollektoros párologtatást tesz lehetővé nagy koncentrációjú sós víz esetén, nulla folyadékkibocsátással.
A napkollektoros párologtatók szigorú követelményeinek teljesítése érdekében a hatékony napenergia-elnyelés, a teljes energiakihasználás, a kiváló sóállóság és a hosszú távú stabilitás tekintetében a projektterv főként a következő négy kulcsfontosságú pontra összpontosít:
Fókuszban a szerkezeti tervezés és a kémiai stabilitás növelése
A párologtatónak erős hálózati szerkezettel és kémiai stabilitással kell rendelkeznie, ami kulcsfontosságú a hosszú távú, hatékony és stabil napenergia-sótalanítás eléréséhez. Ezért a napelemes párologtató tartóvázának az alacsony költségű, szuperhidrofil, nagy porozitású és nagy rugalmasságú melaminhabot választották.
Ezután a melamin hab vázú grafén aerogélek mechanikai tulajdonságait többféle módban vizsgálták, beleértve a nyomást, a hajlítást és a húzást, hogy átfogóan értékeljék mechanikai tulajdonságaikat.
A robusztusság és a tartósság tényleges alkalmazási körülmények közötti további ellenőrzése érdekében a kutatócsoport különféle extrém körülmények között végzett teszteket.
Konkrétan, a mintát 20-szor hajlították meg levegőben és vízben, savas és lúgos oldatokba áztatták , és zord környezetbe, például magas hőmérsékletbe és ultrahangos keverésbe helyezték.
Ezen szigorú tesztek után nem találtak jelentős változást a minta megjelenésében és mikroszerkezetében, ami teljes mértékben bizonyította kiváló tartósságát és szerkezeti stabilitását.
A gyártási folyamatok egyszerűsítésére és gazdaságos javítására összpontosítva
A párologtató gyártási folyamatának egyszerűsége és gazdaságossága, valamint a drága berendezések használatának elkerülése érdekében a következő előkészítési lépéseket tervezték:
Az első lépés a meleg sajtolás
Meleg sajtolási technológia alkalmazásával a kutatócsoport különböző vastagságú melamin habokat préselt össze, hogy 1 mm vastagságú előpréselt melamin fóliát kapjon.
A folyamat során, ahogy a minta eredeti vastagságának és a végső préselt vastagságnak az aránya növekszik, az előpréselt melamin film pórusmérete finoman szabályozott 150 μm -ről 20 μm-re , létrehozva egy egyedi háromdimenziós gradiens hálózati struktúrát.
A második lépés a felületi permetezés.
Egy szórófejes flakon segítségével permetezze egyenletesen a grafén-oxid szuszpenziót az előpréselt melamin fólia felületére . A grafén-oxid egyenletes eloszlása a fóliában megteremtette az alapot a későbbi napsugárzás-csökkentéshez.
Harmadik lépés a légköri nyomáson történő szárítás
A permetezés után a fóliát közvetlenül a levegőbe helyezték a természetes levegőn történő száradáshoz. Ez a lépés elkerüli a bonyolult, időigényes és energiaigényes előkészítési folyamatokat, mint például a fagyasztva szárítást, a szuperkritikus szárítást és az oldószercserét.
Negyedik lépés a napfény csökkentése
Vagyis nagyítóval fókuszálják a napfényt a mintára. Az ultraibolya sugarak hatására a minta felületének színe gyorsan barnáról feketére változik, ami azt jelzi, hogy a grafén-oxidot sikeresen redukálták redukált grafén-oxiddá.
Ez a napenergia-csökkentési módszer nemcsak egyszerűen kezelhető és környezetbarát, de nem igényel kémiai redukálószerek vagy magas hőmérsékletű termikus redukciós eljárások használatát, ami jelentősen csökkenti a termelési költségeket és a környezetszennyezést.
A hatékony napenergia-elnyelés és az energiaveszteség minimalizálása a középpontban
A napkollektoros párologtatóknak nemcsak a napenergia széles skáláját kell elnyelniük és hőenergiává alakítaniuk, hanem minimalizálniuk kell a diffúz visszaverődés és a hősugárzás okozta energiaveszteséget, és további energiát kell felvenniük a környezetből. A napenergia-felületen a párolgási folyamatot három energiaáram szabályozza: a napenergia-bemenet, a párolgási energia-leadás és a környezetbe disszipált energia.
Sajnos a hagyományos kétdimenziós napkollektoros párologtatók energiaelnyelési problémákkal küzdenek a környező környezettel történő hőcsere miatt, ami megnehezíti az ideális 100%-os napenergia-gőz átalakítási hatékonyság elérését. Ezzel szemben a háromdimenziós napkollektoros párologtatók áttörhetik a napenergia-gőz átalakítási hatékonyság elméleti határát.
A háromdimenziós minta felső felületén a diffúz visszaverődés és a hősugárzás okozta energiaveszteség csökkentése érdekében a csapat egy háromdimenziós spirális, konkáv grafén aerogélt tervezett.
Ez a szerkezet nemcsak nagyobb abszorpcióval és alacsonyabb fényvisszaverő képességgel rendelkezik, hanem oldalfalai képesek elnyelni a környezeti hőt és az aljáról diffúz módon visszaverődő hőt is, ezáltal lehetővé téve a hatékony energia-visszanyerést.
A sótolerancia optimalizálására és a sókristályosodás kezelésére összpontosítunk
Vagyis egy egyedi szállítócsatorna kialakításával elősegítik a sólé radiális szállítását, ami a só irányított kristályosodásához vezet. Ez a kialakítás nemcsak hatékonyan megakadályozza a só lerakódását és eltömődését az elpárologtató felületén, hanem a só hatékony összegyűjtését és felhasználását is lehetővé teszi, ezáltal jelentősen javítva a sótalanítási folyamat hatékonyságát és fenntarthatóságát.
Konkrétan egy előpréselt melamin porózus filmen alapuló háromdimenziós gradiens grafén hálózatot terveztek és készítettek . Ez a belül ritka, kívül pedig sűrű gradiens grafén hálózat radiális kapilláris erőkülönbséget képes létrehozni, ami elősegíti a sóoldat radiális transzportját. Ahogy a gőz fejlődik tovább, a sóoldat radiális áramlása növeli a sóoldat koncentrációját a külső felületen, aminek következtében a só a külső felületen, és nem a belső felületen kristályosodik irányítottan. Ez a kialakítás biztosítja, hogy a párologtató belső felülete elegendő párolgási területet tartson fenn, ezáltal hatékony és stabil nappárolgást érve el.
Érdemes megemlíteni, hogy a bepárló a teljes külső felületét felhasználja a só kristályosításához, így a kristályosodási terület sokkal nagyobb, mint más irányított kristályosító bepárlóknál.
A sókristályok főként lazán tömörülő, bőséges pórusú sókristályokból állnak, amelyek előnyösek a sólé szállításához és a gőzfelszabaduláshoz.
Továbbá a párolgási hűtőhatás miatt a sóréteg felületi hőmérséklete alacsonyabb, mint a környezeti hőmérséklet. Ez a tulajdonság lehetővé teszi, hogy a párologtató több energiát nyeljen el a környezetből, tovább javítva a párolgási teljesítményt.
Cikk forrása: Deep Tech
A kutatócsoport: Shandong Első Orvostudományi Egyetem Csapatkutató Csoportja
A cikk forrása: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
A SINOYQX melamin habbal kapcsolatos további információkért kérjük, vegye fel velünk a kapcsolatot a [email protected] e-mail címen , vagy telefonon a +86-28-8411-1861 telefonszámon.
Egyes képeket és szövegeket az internetről reprodukálnak, és a szerzői jogok az eredeti szerzőt illetik. Ha bármilyen jogsértést észlel, kérjük, lépjen kapcsolatba velünk a törlés érdekében.