Penyejatan antara muka (SIE) yang dipacu oleh solar dianggap sebagai salah satu teknologi yang paling menjanjikan untuk mengurangkan kekurangan air tawar kerana keupayaannya menggunakan tenaga solar dengan cekap untuk menghasilkan air tawar. Di samping itu, penyejat solar mempunyai kelebihan unik dalam merawat air sisa garam pekat . Proses penyejatan hanya menghasilkan hablur garam sebagai hasil sampingan, sekali gus mencapai sifar pelepasan cecair. Walau bagaimanapun, pengumpulan garam dalam penyejat akan menghalang penyerapan cahaya dan menjejaskan pelepasan wap, yang akhirnya membawa kepada penurunan prestasi penyejatan penyejat atau kegagalan.
Untuk mengurangkan masalah ini, beberapa penyelidik telah mencadangkan strategi "peredaran garam". Iaitu, laluan peredaran direka bentuk untuk penyelesaian untuk membolehkan ion garam mengalir kembali ke dalam air garam, dengan itu menghalang garam daripada menghablur pada permukaan penyejatan, dengan itu mencapai penyejatan berterusan dan stabil. Walau bagaimanapun, kaedah ini akan menyebabkan kemasinan larutan meningkat, dan masalah penghabluran garam masih tidak dapat dielakkan.
Penyelesaian lain ialah strategi "mengaramkan". Iaitu, struktur dikawal supaya garam lebih disukai dihablurkan di kawasan bukan penyejatan, dengan itu mengurangkan kesan penghabluran garam ke atas prestasi penyejatan, dengan itu mencapai pengumpulan garam dan air tawar secara serentak. Walau bagaimanapun, strategi "mengaramkan" masih menghadapi beberapa cabaran yang teruk dalam aplikasi praktikal.
Pertama, pengangkutan air garam satu dimensi mengehadkan kapasiti penyerapan, dengan ketara mengurangkan kadar penyejatan keseluruhan. Kedua, strategi penghabluran garam memerlukan penyingkiran kristal garam secara berkala, yang sukar untuk jatuh secara automatik dari permukaan penyejat kerana lekatannya yang kuat. Jika garam termendap tidak dikeluarkan dalam masa, prestasi penyejatan pasti akan berkurangan. Selain itu, banyak penyejat suria berkecekapan tinggi memerlukan proses penyediaan yang berbahaya atau memakan masa, seperti rawatan haba tekanan tinggi, vakum rendah atau suhu tinggi.
Oleh itu, membangunkan penyejat suria yang tahan lama untuk mencapai penyejatan air dan pengumpulan garam jangka panjang, cekap dan stabil melalui proses penyediaan mudah untuk penyahgaraman pelepasan cecair sifar adalah matlamat saintifik yang tidak tercapai.
Berdasarkan cabaran di atas, pasukan penyelidik Universiti Perubatan Pertama Shandong menyediakan penyejat aerogel lingkaran graphene gradien tiga dimensi, yang boleh mencapai penyejatan suria yang cekap bagi air garam berkepekatan tinggi dan mencapai pelepasan cecair sifar.
Untuk memenuhi keperluan ketat penyejat suria dari segi penyerapan suria yang cekap, penggunaan tenaga penuh, rintangan garam yang sangat baik dan kestabilan jangka panjang, reka bentuk projek tertumpu terutamanya pada empat perkara utama berikut:
Fokus pada reka bentuk struktur dan peningkatan kestabilan kimia
Penyejat perlu mempunyai struktur rangkaian dan kestabilan kimia yang kuat, yang penting untuk mencapai penyahgaraman solar jangka panjang, cekap dan stabil. Oleh itu, mereka memilih busa melamin yang berkos rendah, super hidrofilik, berporositi tinggi dan berdaya tahan tinggi sebagai rangka sokongan penyejat solar.
Mereka kemudian mengkaji sifat mekanikal aerogel graphene dengan buih melamin sebagai rangka dalam pelbagai mod, termasuk mampatan, lenturan dan ketegangan, untuk menilai secara menyeluruh sifat mekanikalnya.
Untuk mengesahkan kekukuhan dan ketahanannya di bawah keadaan aplikasi sebenar, pasukan penyelidik menjalankan ujian di bawah pelbagai keadaan yang melampau.
Secara khususnya, mereka berulang kali membengkokkan sampel sebanyak 20 kali di dalam udara dan air, merendamnya dalam larutan berasid dan alkali , dan meletakkannya di persekitaran yang keras seperti suhu tinggi dan pengadukan ultrasonik.
Selepas ujian yang ketat ini, mereka mendapati tiada perubahan ketara dalam penampilan sampel dan struktur mikro, yang menunjukkan sepenuhnya ketahanan dan kestabilan struktur yang sangat baik.
Fokus pada penyederhanaan dan peningkatan ekonomi proses pembuatan
Untuk mencapai kesederhanaan dan ekonomi dalam proses pembuatan penyejat dan mengelakkan penggunaan peralatan yang mahal, mereka merancang langkah penyediaan berikut:
Langkah pertama ialah menekan panas
Menggunakan teknologi menekan panas, pasukan penyelidik memampatkan buih melamin dengan ketebalan yang berbeza untuk mendapatkan filem melamin pra-tekan dengan ketebalan 1mm.
Semasa proses ini, apabila nisbah ketebalan asal sampel kepada ketebalan termampat akhir meningkat, saiz liang filem melamin yang telah ditekan dikawal dengan halus dari 150 μm hingga 20 μm , membentuk struktur rangkaian kecerunan tiga dimensi yang unik.
Langkah kedua ialah penyemburan permukaan
Gunakan botol semburan untuk menyemburkan ampaian grafen oksida secara sekata pada permukaan filem melamin yang telah ditekan terlebih dahulu . Taburan grafen oksida yang seragam dalam filem telah dicapai, yang meletakkan asas untuk pengurangan suria seterusnya.
Langkah ketiga ialah pengeringan tekanan atmosfera
Selepas menyembur, mereka meletakkan filem terus di udara untuk pengeringan udara semula jadi. Langkah ini mengelakkan proses penyediaan yang kompleks, memakan masa dan memakan tenaga seperti pengeringan beku, pengeringan superkritikal dan penggantian pelarut.
Langkah keempat ialah pengurangan cahaya matahari
Iaitu, menggunakan kaca pembesar untuk memfokuskan cahaya matahari pada sampel. Di bawah tindakan sinar ultraungu, warna permukaan sampel dengan cepat berubah daripada coklat kepada hitam, menunjukkan bahawa graphene oxide telah berjaya dikurangkan kepada graphene oxide yang dikurangkan.
Kaedah pengurangan suria ini bukan sahaja mudah dikendalikan dan mesra alam, tetapi juga tidak memerlukan penggunaan agen pengurangan kimia atau proses pengurangan haba suhu tinggi, dengan ketara mengurangkan kos pengeluaran dan pencemaran alam sekitar.
Fokus pada penyerapan tenaga suria yang cekap dan meminimumkan kehilangan tenaga
Penyejat suria bukan sahaja mesti menyerap dan menukar pelbagai tenaga suria kepada tenaga haba, tetapi juga meminimumkan kehilangan tenaga yang disebabkan oleh pantulan meresap dan sinaran haba, dan menangkap tenaga tambahan daripada alam sekitar. Proses penyejatan di antara muka suria dikawal oleh tiga fluks tenaga: input tenaga suria, output tenaga sejatan, dan tenaga yang terlesap ke alam sekitar.
Malangnya, penyejat suria dua dimensi konvensional menghadapi isu pelesapan tenaga disebabkan oleh pertukaran haba dengan persekitaran sekeliling, menjadikannya sukar untuk mencapai kecekapan penukaran solar-ke-wap yang ideal 100%. Sebaliknya, penyejat solar tiga dimensi boleh memecahkan had teori kecekapan penukaran solar-ke-wap.
Untuk mengurangkan kehilangan tenaga yang disebabkan oleh pantulan meresap dan sinaran haba pada permukaan atas sampel tiga dimensi, pasukan itu mereka bentuk aerogel graphene cekung lingkaran tiga dimensi.
Struktur ini bukan sahaja mempunyai penyerapan yang lebih tinggi dan pemantulan yang lebih rendah, tetapi dinding sisinya juga mampu menyerap haba ambien dan haba yang dipantulkan secara meresap dari bahagian bawah, dengan itu membolehkan pemulihan tenaga yang berkesan.
Fokus pada pengoptimuman toleransi garam dan pengurusan penghabluran garam
Iaitu; dengan mereka bentuk saluran pengangkutan yang unik, pengangkutan jejari air garam digalakkan, yang membawa kepada penghabluran garam berarah. Reka bentuk ini bukan sahaja berkesan menghalang garam daripada memendap dan tersumbat pada permukaan penyejat, tetapi juga menyedari pengumpulan dan penggunaan garam yang berkesan, sekali gus meningkatkan kecekapan dan kemampanan proses penyahgaraman dengan ketara.
Secara khususnya, mereka mereka bentuk dan menyediakan struktur rangkaian grafen kecerunan tiga dimensi berdasarkan filem berliang melamin yang telah ditekan terlebih dahulu . Rangkaian grafen kecerunan ini, yang jarang di dalam dan padat di luar, boleh membentuk perbezaan daya kapilari jejari, yang menggalakkan pengangkutan jejari air garam. Apabila stim terus dihasilkan, aliran jejari air garam meningkatkan kepekatan air garam di kawasan permukaan luar, menyebabkan garam menghablur secara berarah pada permukaan luar dan bukannya permukaan dalam. Reka bentuk ini memastikan bahawa permukaan dalam penyejat mengekalkan kawasan penyejatan yang mencukupi, sekali gus mencapai penyejatan suria yang cekap dan stabil.
Perlu dinyatakan bahawa penyejat menggunakan seluruh permukaan luarnya untuk penghabluran garam, menjadikan kawasan penghabluran jauh lebih besar daripada penyejat penghabluran arah lain.
Kristal garam terutamanya terdiri daripada kristal garam yang dibungkus longgar dengan liang yang banyak, yang bermanfaat untuk pengangkutan air garam dan pembebasan wap.
Tambahan pula, disebabkan oleh kesan penyejukan penyejatan, suhu permukaan lapisan garam lebih rendah daripada suhu ambien. Ciri ini membolehkan penyejat menyerap lebih banyak tenaga daripada persekitaran, seterusnya meningkatkan prestasi penyejatan.
Sumber artikel: Deep Tech
Kumpulan penyelidikan: Kumpulan Penyelidikan Pasukan Universiti Perubatan Pertama Shandong
Artikel ini dipetik daripada: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Untuk maklumat lanjut tentang Buih Melamin SINOYQX, sila hubungi kami di [email protected] atau hubungi kami melalui suara: +86-28-8411-1861.
Beberapa gambar dan teks diterbitkan semula dari Internet, dan hak cipta adalah milik pengarang asal. Jika terdapat sebarang pelanggaran, sila hubungi kami untuk memadam.