Soldrevet grænsefladefordampning (SIE) betragtes som en af de mest lovende teknologier til at afhjælpe ferskvandsmangel på grund af dens evne til effektivt at bruge solenergi til at producere ferskvand. Derudover har solfordampere unikke fordele ved behandling af koncentreret saltspildevand . Fordampningsprocessen producerer kun saltkrystaller som et biprodukt, hvilket opnår nul væskeudledning. Ophobning af salt i fordamperen vil dog hindre absorptionen af lys og påvirke udslip af damp, hvilket i sidste ende fører til et fald i fordamperens fordampningsydelse eller endda svigt.
For at afhjælpe dette problem har nogle forskere foreslået en "saltcirkulationsstrategi". Det vil sige, at der er designet en cirkulationsvej til opløsningen, så saltioner kan strømme tilbage i saltvandet, og derved forhindre salt i at krystallisere på fordampningsoverfladen og derved opnå en kontinuerlig og stabil fordampning. Denne metode vil dog få opløsningens saltholdighed til at stige, og problemet med saltkrystallisering er stadig uundgåeligt.
En anden løsning er "udsaltning"-strategien. Det vil sige, at strukturen reguleres således, at saltet fortrinsvis krystalliseres i det ikke-fordampende område, hvorved saltkrystallisationens indvirkning på fordampningsydelsen reduceres, hvorved der opnås en samtidig opsamling af salt og ferskvand. Men "udsaltning"-strategien står stadig over for nogle alvorlige udfordringer i den praktiske anvendelse.
For det første begrænser endimensionel brinetransport absorptionskapaciteten, hvilket reducerer den samlede fordampningshastighed betydeligt. For det andet kræver saltkrystallisationsstrategien regelmæssig fjernelse af saltkrystaller, som er vanskelige at falde automatisk af fra fordamperens overflade på grund af deres stærke vedhæftning. Hvis det aflejrede salt ikke fjernes i tide, vil fordampningsydelsen uundgåeligt blive reduceret. Derudover kræver mange højeffektive solcellefordampere farlige eller tidskrævende forberedelsesprocesser, såsom højtryks-, lavvakuum- eller højtemperaturvarmebehandlinger.
Derfor er det et uopnået videnskabeligt mål at udvikle en holdbar solcellefordamper til at opnå langsigtet, effektiv og stabil vandfordampning og saltopsamling gennem en simpel forberedelsesproces til nul væskeudledning.
Baseret på ovenstående udfordringer har forskerholdet fra Shandong First Medical University udarbejdet en tredimensionel gradient grafen spiral aerogel fordamper, som kan opnå effektiv solfordampning af højkoncentreret saltvand og opnå nul væskeudledning.
For at opfylde de strenge krav til solfordampere med hensyn til effektiv solabsorption, fuld energiudnyttelse, fremragende saltbestandighed og langsigtet stabilitet, fokuserer projektdesignet hovedsageligt på følgende fire nøglepunkter:
Fokus på strukturelt design og forbedring af kemisk stabilitet
Fordamperen skal have en stærk netværksstruktur og kemisk stabilitet, hvilket er afgørende for at opnå langsigtet, effektiv og stabil solafsaltning. Derfor valgte de billig, superhydrofil, højporøs og højelastisk melaminskum som det bærende skelet for solfordamperen.
De undersøgte derefter de mekaniske egenskaber af grafen-aerogeler med melaminskum som skelettet i flere tilstande, herunder kompression, bøjning og spænding, for omfattende at evaluere deres mekaniske egenskaber.
For yderligere at verificere dens robusthed og holdbarhed under faktiske anvendelsesforhold, udførte forskerholdet test under en række ekstreme forhold.
Specifikt bøjede de prøven gentagne gange 20 gange i luft og vand, gennemblødte den i sure og alkaliske opløsninger og placerede den i barske miljøer såsom høj temperatur og ultralydsomrøring.
Efter disse strenge tests fandt de ingen signifikante ændringer i prøvens udseende og mikrostruktur, hvilket fuldt ud demonstrerede dens fremragende holdbarhed og strukturelle stabilitet.
Fokus på forenkling og økonomisk forbedring af fremstillingsprocesser
For at opnå enkelhed og økonomi i fordamperfremstillingsprocessen og undgå brug af dyrt udstyr, har de designet følgende forberedelsestrin:
Det første trin er varmpresning
Ved hjælp af varmpresningsteknologi komprimerede forskerholdet melaminskum af forskellig tykkelse for at opnå en forpresset melaminfilm med en tykkelse på 1 mm.
Under denne proces, i takt med at forholdet mellem prøvens oprindelige tykkelse og den endelige komprimerede tykkelse øges, reguleres porestørrelsen af den forpressede melaminfilm fint fra 150 μm til 20 μm , hvilket danner en unik tredimensionel gradientnetværksstruktur.
Det andet trin er overfladesprøjtning
Brug en sprayflaske til at sprøjte grafenoxidsuspensionen jævnt på overfladen af den forpressede melaminfilm . Der opnåedes en ensartet fordeling af grafenoxid i filmen, hvilket lagde grundlaget for den efterfølgende solreduktion.
Det tredje trin er atmosfærisk tryktørring
Efter sprøjtning placerede de filmen direkte i luften til naturlig lufttørring. Dette trin undgår de komplekse, tidskrævende og energikrævende forberedelsesprocesser såsom frysetørring, superkritisk tørring og udskiftning af opløsningsmidler.
Det fjerde trin er reduktion af sollys
Det vil sige at bruge et forstørrelsesglas til at fokusere sollys på prøven. Under påvirkning af ultraviolette stråler ændres farven på prøveoverfladen hurtigt fra brun til sort, hvilket indikerer, at grafenoxidet med succes er blevet reduceret til reduceret grafenoxid.
Denne solreduktionsmetode er ikke kun enkel at betjene og miljøvenlig, men kræver heller ikke brug af kemiske reduktionsmidler eller højtemperatur termiske reduktionsprocesser, hvilket reducerer produktionsomkostningerne og miljøforurening markant.
Fokus på effektiv absorption af solenergi og minimering af energitab
Solinddampere skal ikke kun absorbere og omdanne en bred vifte af solenergi til termisk energi, men også minimere energitab forårsaget af diffus refleksion og termisk stråling og opfange yderligere energi fra miljøet. Fordampningsprocessen ved solgrænsefladen styres af tre energistrømme: solenergiinput, fordampningsenergioutput og energi, der spredes til miljøet.
Desværre står konventionelle todimensionelle solcellefordampere over for problemer med energiafledning på grund af varmeudveksling med det omgivende miljø, hvilket gør det vanskeligt at opnå den ideelle 100 % sol-til-damp konverteringseffektivitet. I modsætning hertil kan tredimensionelle solcellefordampere bryde den teoretiske grænse for sol-til-damp konverteringseffektivitet.
For at reducere energitabet forårsaget af diffus refleksion og termisk stråling på den øvre overflade af den tredimensionelle prøve, designede holdet en tredimensionel spiralkonkav grafenaerogel.
Denne struktur har ikke kun højere absorbans og lavere reflektionsevne, men dens sidevægge er også i stand til at absorbere omgivende varme og varme diffust reflekteret fra bunden, hvilket muliggør effektiv energigenvinding.
Fokus på salttoleranceoptimering og saltkrystalliseringsstyring
Det vil sige; ved at designe en unik transportkanal fremmes den radiale transport af saltlage, hvilket fører til retningsbestemt krystallisation af salt. Dette design forhindrer ikke kun effektivt salt i at aflejre sig og tilstoppe på fordamperens overflade, men realiserer også den effektive opsamling og udnyttelse af salt, hvilket forbedrer effektiviteten og bæredygtigheden af afsaltningsprocessen markant.
Specifikt designede og fremstillede de en tredimensionel gradientgrafennetværksstruktur baseret på en forpresset melaminporøs film . Dette gradientgrafennetværk, som er sparsomt indvendigt og tæt udvendigt, kan danne en radial kapillærkraftforskel, som fremmer den radiale transport af saltlage. Efterhånden som dampen fortsætter med at blive genereret, øger den radiale strøm af saltlage saltlagekoncentrationen i det ydre overfladeareal, hvilket får saltet til at krystallisere retningsbestemt på den ydre overflade snarere end den indre overflade. Dette design sikrer, at fordamperens indre overflade opretholder et tilstrækkeligt fordampningsareal, hvorved der opnås effektiv og stabil solfordampning.
Det er værd at nævne, at fordamperen bruger hele sin ydre overflade til saltkrystallisation, hvilket gør krystallisationsområdet meget større end andre retningsbestemte krystallisationsfordampere.
Saltkrystaller er hovedsageligt sammensat af løst pakkede saltkrystaller med rigelige porer, som er gavnlige for transporten af saltlage og frigivelsen af damp.
Ydermere er saltlagets overfladetemperatur på grund af den fordampende køleeffekt lavere end den omgivende temperatur. Denne egenskab gør det muligt for fordamperen at absorbere mere energi fra miljøet, hvilket yderligere forbedrer fordampningsydelsen.
Artikelkilde: Deep Tech
Forskergruppen: Shandong First Medical University Team Research Group
Artiklen er citeret fra: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
For mere information om SINOYQX Melaminskum, kontakt os venligst på [email protected] eller send os en telefonsvarer: +86-28-8411-1861.
Nogle billeder og tekster er gengivet fra internettet, og ophavsretten tilhører den originale forfatter. Hvis der er nogen overtrædelse, bedes du kontakte os for at slette.