Sem sjálfbær leið til að nýta vatnsauðlindir hefur sólarafsöltun mikla möguleika til að leysa vandamálið með ófullnægjandi ferskvatnsauðlindum og draga úr vatnsskorti. Hins vegar hefur hefðbundin sjóafsöltunartækni oft vandamál eins og mikla orkunotkun, flókinn búnað og háan kostnað.
Á undanförnum árum hefur ný afsöltunarhúðunartækni byggð á nanóefnum smám saman vakið athygli vísindamanna. Grafenoxíð minnkað grafen, sem nýtt tvívítt efni, hefur sýnt verulega möguleika í afsöltun sólar.
Í samanburði við hefðbundin afsöltunarhúðunarefni hefur rGO þá kosti að vera framúrskarandi leiðni, mikið sérstakt yfirborð og góðan efnafræðilegan stöðugleika og er búist við að það bæti afsöltunarskilvirkni og dragi úr orkunotkun.
Hins vegar á rGO sjálft við vandamál að stríða vegna samansöfnunar og útfellingar, sem dregur úr virkni þess og stöðugleika. Þess vegna hefur það orðið áhrifarík leið til að bæta skilvirkni og stöðugleika afsaltunar að festa rGO á froðuefni til að mynda melaminfroðu /rGO samsetta húð.
Með því að breyta yfirborði og styrkja burðareiginleika froðuefnisins festum við rGO jafnt á froðuyfirborðinu til að auka snertiflöt þess við saltjónir í vatninu. Á sama tíma er uppbygging og þykkt rGO húðarinnar stjórnað til að hámarka afsöltun skilvirkni og stöðugleika.
Til að öðlast dýpri skilning á afsöltunarbúnaðinum, útbjuggum við einnig minnkað grafenoxíð (rGO) froðu. Grafentríoxíðhúðuð melamínfroða hefur eðlislæga porous örbyggingu og vatnssækni, sem gerir það kleift að hafa góða bleyta og getur laðað vatn að uppgufunarsvæðinu, sem gerir kleift að fylla á vatn fljótt á meðan forðast saltútfellingu.
Uppgufunarkerfi á milliflötum grafenoxíðhúðaðrar melamínfroðu getur náð stöðugri uppgufunarnýtni upp á 89.6% undir 1kW m−2 sólareldsneyti. Þetta uppgufunarkerfi fyrir milliflöt hefur mikla sólar-til-hitabreytingarskilvirkni og góðan langtímastöðugleika, sem sýnir möguleika á afsöltun sjós í atvinnuskyni.
Um þessar mundir er alþjóðleg orkukreppa og vatnsskortur orðinn stór ógn við sjálfbæra þróun mannlegs samfélags. Til að mæta vaxandi orkuþörf hefur þróun ýmissa afkastamikilla orkubreytinga og vatnshreinsunartækni fengið aukna athygli.
Sólarorkuknúin uppgufunartækni fyrir milliflöt
Sem efnilegur endurnýjanlegur orkugjafi er sólarorka vegna ofurstórrar afkastagetu, alhliða, hreinleika og fjölvirkrar umbreytingargetu. Það hefur sýnt möguleika á að skipta um jarðefnaeldsneyti sem haldið er eftir með jarðefnaeldsneyti.
Auk þess að sólarljósatækni sem framleiðir raforku beint, gleypir sólarvarmaorkubreytingartækni einnig sólarorku og breytir henni í varmaorku, sem er talin einföld og áhrifarík leið til að nýta sólarorku.
Varmaorkan sem er breytt úr sólarorku getur knúið mikilvæga iðnaðarferla eins og sólarvarmaorkuver, sólarafsöltun, dauðhreinsun, sólarvatnshitakerfi og önnur hitatengd forrit. Sólarafsöltun býður upp á áhrifaríka lausn, sérstaklega fyrir svæði sem skortir innviði, vegna þess að það getur unnið ferskt vatn úr sjó án þess að auka orku.
Undanfarin ár hefur sólardrifið uppgufunartækni á milliflötum staðsetur sólarhitabreytingarferlið við vökva-gufu tengið og hefur orðið ný sólarorkunýtingartækni. Samanborið við hefðbundna samþætta upphitun, sýna uppgufunarkerfi á milli yfirborði meiri uppgufunarvirkni og hraðari hitasvörun og eru mögulegur valkostur fyrir afsöltun sjós.
Hingað til hafa margar rannsóknir verið gerðar á því að bæta hitauppstreymi uppgufunarkerfa á yfirborði. Dæmigert sólardrifið uppgufunarkerfi fyrir milliflöt samanstendur af þremur mikilvægum hlutum:
Sólgleypir með mikilli sólargleypni og breytir sólargeislun á skilvirkan hátt í varmaorku; einangrunarefni sem flytur umbreyttan hita yfir í magnvatnið; og vatnsveituleið sem dregur stöðugt vatn úr lausu vatninu til yfirborðs sólabsorbans.
Í fyrri rannsóknum hefur fjöldi vísindamanna helgað sig því að bæta heildarhagkvæmni umbreytingar sólarorku í gufu með því að mynda breiðbands- og sólarorkugleypandi efni, hámarka hönnun nýrra vatnsleiða og bæta einangrunarvirki.
Hingað til hafa sólardrifið uppgufunarkerfi fyrir milliflöt verið notuð í mörgum iðnaðarferlum, framkallaðri sóleimingu, sólarófrjósemisaðgerð, sólarafsöltun og sólarorkuframleiðslu. Til að ná háum uppgufunarafköstum kerfisins er mikilvægt að kanna breiðbandsupptöku yfir sólarróf sólgleypandi efna.
Sólarorkugleypandi efnin sem þróuð eru og könnuð í sólardrifnu uppgufunarkerfi fyrir milliflöt innihalda aðallega kolefnisefni, plasmonískar agnir og litrófssértæk gleypiefni. Meðal þeirra hafa náttúruleg svört og kolefnisrík efni sterka sólarhitabreytingargetu og henta fyrir breiðbands- og hástyrks sólardeyfara.
Vegna mikils frásogshraða sólar, lágs kostnaðar og góðs stöðugleika, hafa margir kolefnisbundnir sólgleypnar verið rannsakaðir, þar á meðal kolefnisnanorör, grafít og minnkað grafenoxíð. Eftir margra ára þróun hefur skilvirkni sólar-í-gufu kerfisins við dagsbirtu náð meira en 90%.
Þrátt fyrir að miklar framfarir hafi átt sér stað við að þróa sólarorkugleypandi efni og hanna uppgufunarmannvirki fyrir milliflöt, voru flest áður tilkynnt sólarafsöltunartæki vegna saltsöfnunar á efsta yfirborði uppgufunartækisins meðan á afsöltunarferlinu stóð. Uppsafnað salt hindrar frásog sólar og hindrar gljúpa uppgufunartækið, sem leiðir til lítillar skilvirkni sólar-til-hitabreytingar og lélegrar uppgufunar.
Hefðbundnar líkamlegar aðferðir eins og úthljóðsbylgjur og vatnsdýfing eru almennt notaðar til að fjarlægja uppsöfnuð sölt, en þessar aðferðir geta auðveldlega valdið skemmdum á uppgufunarbyggingu tengisins.
Til að draga úr uppsöfnun salts í uppgufunarkerfum á yfirborði hafa margar rannsóknir beinst að því að þróa vatnsfælin uppgufun. Hins vegar takmarka vatnsfælin uppgufunartæki vatnsveitu að efsta yfirborðinu og draga þannig úr uppgufunarvirkni kerfisins. Önnur leið til að leysa þetta vandamál er að nota vatnssækinn uppgufunarbúnað, sem flytur umfram salt frá efsta yfirborðinu til magnvatnsins.
Hingað til hafa margar rannsóknir beinst að því að hanna vatnssæknar uppgufunartæki, svo sem vatnssæknar sellulósaefnishimnur, pappírsbundnar vatnssæknar himnur og lífrænar uppgufunarvélar. En það er enn veruleg áskorun að þróa stöðugt og mjög skilvirkt sólardrifið uppgufunarkerfi fyrir milliflata.
Í þessari rannsókn sýnum við fram á saltþolna, mjög skilvirka sólgleypandi og hraðvirka hitaviðkvæma, minnkaða grafenoxíð (rGO) froðu fyrir sólardrifna afsöltun milliflata undir lágflúrljómandi sólarlýsingu.
Í nýju porous uppbyggingunni var vatnssækið melaminfroða (MF) valið sem grunnur, sem ekki aðeins stækkar yfirborðsflatarmálið fyrir sólargleypni heldur eykur einnig margfalda dreifingu.
Vatnssækni yfirborðs og gljúpa minnkaðra grafenoxíðhúðuðu melamínfroðu veitir nægilega bleytu og samruna sólarhitabreytingarsvæðisins, auk hraðrar áfyllingar á vatni, en forðast uppsöfnun sölta.
Með því að nýta sér mikla afköst minnkaðrar grafenoxíðhúðaðrar melamínfroðu, getur sólarorkuknúna viðmótakerfið umbreytingarhlutfall sólar í gufu upp á 89.6%.
Ennfremur, með því að samþætta minnkaða grafenoxíðhúðaða melamínfroðu í sólarorku í atvinnuskyni, hönnuðum við og framleiddum sólarknúið yfirborðssjóvötnunartæki með sólar-í-vatns umbreytingarnýtni upp á 56.4% við dagsbirtu. Vegna afsöltunar sólar er hreina vatnið sem safnað er af drykkjarhæfum gæðum.
Með yfirburða uppgufunarafköstum og sveigjanleika sólar-til-varma umbreytingarefna, býður þetta kerfi fyrir sólardrifið afsöltun sjávarvatns víðtæka notkunarmöguleika í hagnýtri notkun við afsöltun sjós.
Sveigjanleiki sólarafsöltunar varmaflutningsefna
Uppgufunarkerfi sem byggir á minni grafenoxíðhúðuðu melamínfroðu. Ter graphene oxíð húðuð melamín froða er í miðjunni og er vafin með lag af pólýetýlen (PE) froðu að utan til að smíða sjálfkúlu uppgufunarkerfi fyrir milliflöt.
Melamínfroða húðuð með tellúr-skertu grafenoxíði er notuð til að gleypa hratt innfallandi sólargeislun, umbreyta sólarorku í hita og mynda drifkraft fyrir uppgufun milliflata. Á hinn bóginn getur vatnssækin minnkað grafenoxíðhúðuð melamínfroða stöðugt dregið saltvatn inn í uppgufunarsvæðið.
Gljúp uppbygging grafentríoxíðhúðaðrar melamínfroðu gerir gufu sem myndast kleift að sleppa út í umhverfið, stuðlar að því að fanga sólarljós og eykur þannig skilvirkni sólar-í-hitabreytingar. Minnkaða grafenoxíðhúðaða melamínfroðan er gljúp og vatnssækin, sem gerir henni kleift að draga vatn inn í uppgufunarbygginguna sem lýst er hér að ofan en brýtur samtímis niður óblandaðri sölt aftur í lausa sjóinn.
Við uppgufunarferlið er saltþéttni í froðunni hærri en styrkur sjávarvatnsins á botninum. Breytingar á styrknum valda því að saltið brotnar niður í meginhluta vatnsins. Að auki dregur pólýetýlenfroðan í kring ekki aðeins úr grafínoxíðhúðaðri melamínfroðu heldur safnast hún einnig náttúrulega fyrir á vatnsyfirborðinu og hindrar þannig varmatap frá saltvatninu í kring.
Viðmótsuppgufunarkerfi geta starfað stöðugt og skilvirkt á vatnsyfirborði án þess að þörf sé á flóknum byggingarhönnun. Ennfremur, þar sem uppgufun á sér stað við gas-vökva tengið, getur uppgufunarkerfið hreyfst sjálfkrafa þegar viðmótið dregur úr.
Tellúrafoxað grafenoxíðhúðuð melamínfroða er lykilþáttur uppgufunarkerfisins. Melamínfroðu var sökkt í grafenoxíð kvoðusviflausn til að búa til afoxaða grafenoxíðhúðaða melamínfroðu og síðan var grafenoxíð minnkað í minnkað grafamínoxíð með því að nota vatnshitaaðferð.
Minni grafenoxíðhúðuð melamínfroða með þvermál 3.5 cm og þykkt 1.6 cm er auðvelt að búa til og liturinn er djúpsvartur.
Hrjúfleiki yfirborðs minnkaðs grafenoxíðhúðaðs melamín froðuefnis sem sást með þrívíddar sjónsmásjá sýndi meira en 300 μm hæðarbreytingar. Gróf yfirborðsbygging sólarvarmabreytingar samsettra efna er aðallega rakin til gljúprar uppbyggingu melamínfroðu og breytta minnkaða grafenoxíðið eykur einnig yfirborðsgrófleika.
Yfirborðsgrófleiki eykur yfirborðsflatarmál sólargleypni á sama tíma og eykur margfalda dreifingu innfalls sólarljóss og eykur þannig skilvirkni sólar-til-hitabreytingar kerfisins. Örbygging á tilbúnu melamínfroðu í mismunandi stækkunum. Grafenoxíðhúðað melamín froðuyfirborðið sýnir hrukkótta og samtengda netbyggingu.
Svitaholastærð rGO-húðaðrar melamínfroðu er á milli 20 og 40 μm. Opin svitaholabygging og hrukkað yfirborð auðvelda útfellingu grafenoxíðs. Minnkaða grafenoxíðhúðaða melamínfroðan hefur góða vatnsvætanleika vegna vatnssækni gljúpu melamínfroðunnar.
Þegar vatnsdropi snertir yfirborð hinnar afoxuðu grafenoxíðhúðuðu melamínfroðu frásogast hann alveg innan 0.5 sekúndna. Vatnssækið yfirborð minnkaðs grafenoxíðs samsettra efna getur fljótt stýrt frárennsli innan gljúprar byggingar. Gropi minnkaðs grafenoxíðhúðaðrar melamínfroðu var ákvarðað með því að bera saman massabreytingar fyrir og eftir vatnsupptöku.
Gropleiki grafenoxíðhúðaðrar melamínfroðu getur náð 85.55%. Frásog sólarorku með minni grafenoxíðhúðuðu melamínfroðu hefur bein áhrif á sólar-til-hitabreytingarvirkni kerfisins. Til að meta saltþolið var afoxað grafenoxíðhúðuð melamínfroða sett í natríumklóríðlausn (3.5 wt%).
Síðan voru 3 g af föstu natríumklóríði sett á efra yfirborðið og Tergo-húðuð melamínfroðan sett í sólarþéttleika 1 kW m−2. Magn föstu saltsins leysist smám saman upp eftir 120 mínútur.
Þegar sólarljós skín á yfirborð rGO-húðaðs melamínfroðu hækkar hitastig rGO-húðaða melamínfroðunnar hratt á nokkrum mínútum og helst við 35°C allan tímann sem uppgufunin stendur. Þar sem leysni salts er háð hitastigi, því hærra sem hitastigið er, því hraðar leysist saltið upp og því getur saltjárnið leystst upp aftur í yfirborðsvatninu.
Í minni grafenoxíðhúðuðu melamínfroðu, sem hefur fjölmargar svitaholur með mikla vatnsupptökugetu sem getur veitt samfellda vatnsveitu á efsta yfirborðið, geta sölt færst frá efsta yfirborðinu yfir í undirlag vatns. Hitabreytingar leiða til seltubreytinga milli efra uppgufunaryfirborðs og líkamans.
Til þess að fá breiðband og skilvirkt frásog sólarorku var melamínfroðu breytt með gljúpri vatnssækinni melamínfroðu, sem jók þar með sólargleypni yfirborðs og jók margfalda dreifingu.
Uppgufunarkerfi sólarflatanna sem byggir á rGO-húðuðu melamínfroðu sýnir hröð hitasvörun við sólarorkuþéttleika sem er 1 kW m−2, sem nær 89.6% sólarvarmabreytingu í stöðugu ástandi.
Að lokum sameinuðum við afoxaðan grafenoxíðhúðaðan melamín froðuuppgufunarbúnað í sólarorku, sem getur framleitt 56.4% drykkjarvatns með saltsöfnun við 1 kW m−2.
Við sjáum fyrir okkur að hægt væri að nota þetta sólarorku-knúna afsöltunartæki á einangruðum eyjum eða í sjónum til að safna drykkjarvatni úr miklu sjó eða öðrum saltvatnsauðlindum.
Niðurstaða
Afsöltun rGO-húðuð melamínfroða, sem nýstárleg og skilvirk sólarafsöltunartækni, hefur mikla möguleika og möguleika á notkun. Það getur ekki aðeins veitt áreiðanlegar ferskvatnsauðlindir fyrir vatnsskort svæði, heldur einnig dregið úr ósjálfstæði á hefðbundinni orku, dregið úr orkunotkun og umhverfismengun.
Niðurstöður þessara rannsókna munu leggja mikilvægt framlag til að leysa alþjóðlegan skort á ferskvatnsauðlindum og stuðla að framkvæmd sjálfbærrar þróunar.
Fyrir frekari upplýsingar um SINOYQX melaminfroðu, vinsamlegast hafið samband við okkur á [email protected] eða sendið okkur símanúmer: +86-28-8411-1861.
Sumar myndir og textar eru afritaðir af netinu og höfundarrétturinn tilheyrir upprunalega höfundinum. Ef það er einhver brot, vinsamlegast hafðu samband við okkur til að eyða.