Sebagai cara yang mampan untuk menggunakan sumber air, penyahgaraman solar mempunyai potensi besar dalam menyelesaikan masalah sumber air tawar yang tidak mencukupi dan mengurangkan kekurangan air. Walau bagaimanapun, teknologi penyahgaraman air laut tradisional sering mengalami masalah seperti penggunaan tenaga yang tinggi, peralatan yang kompleks dan kos yang tinggi.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi salutan penyahgaraman baharu berdasarkan bahan nano telah secara beransur-ansur menarik perhatian penyelidik. Graphene oxide mengurangkan graphene, sebagai bahan dua dimensi baharu, telah menunjukkan potensi besar dalam penyahgaraman suria.
Berbanding dengan bahan salutan penyahgaraman tradisional, rGO mempunyai kelebihan kekonduksian yang sangat baik, luas permukaan spesifik yang tinggi dan kestabilan kimia yang baik, dan dijangka meningkatkan kecekapan penyahgaraman dan mengurangkan penggunaan tenaga.
Walau bagaimanapun, rGO itu sendiri mempunyai masalah pengagregatan dan pemendapan, yang mengurangkan aktiviti dan kestabilannya. Oleh itu, penetapan rGO pada bahan buih untuk membentuk busa melamin /salutan komposit rGO telah menjadi cara yang berkesan untuk meningkatkan kecekapan dan kestabilan penyahgaraman.
Dengan pengubahsuaian permukaan dan mengukuhkan sifat pembawa bahan buih, kami membetulkan rGO secara seragam pada permukaan buih untuk meningkatkan kawasan sentuhannya dengan ion garam di dalam air. Pada masa yang sama, struktur dan ketebalan salutan rGO dikawal untuk mengoptimumkan kecekapan dan kestabilan penyahgaraman.
Untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang mekanisme penyahgaraman, kami juga menyediakan buih graphene oxide (rGO) yang dikurangkan. Buih melamin bersalut graphene trioksida mempunyai struktur mikro berliang yang wujud dan hidrofilik, yang membolehkan ia mempunyai kebolehbasahan yang baik dan boleh menarik air ke kawasan penyejatan, membolehkan air diisi semula dengan cepat sambil mengelakkan pemendakan garam.
Sistem penyejatan antara muka buih melamin bersalut graphene oksida boleh mencapai kecekapan penyejatan keadaan mantap sebanyak 89.6% di bawah bahan api suria 1kW m−2. Sistem penyejatan antara muka ini mempunyai kecekapan penukaran solar-ke-panas yang tinggi dan kestabilan jangka panjang yang baik, menunjukkan potensi untuk penyahgaraman air laut komersial.
Pada masa ini, krisis tenaga global dan kekurangan air telah menjadi ancaman utama kepada pembangunan mampan masyarakat manusia. Untuk memenuhi permintaan tenaga yang semakin meningkat, pembangunan pelbagai penukaran tenaga berprestasi tinggi dan teknologi penulenan air telah mendapat perhatian yang semakin meningkat.
Teknologi penyejatan antara muka berkuasa solar
Sebagai sumber tenaga boleh diperbaharui yang menjanjikan, tenaga suria adalah disebabkan oleh kapasiti ultra besar, kesejagatan, kebersihan dan keupayaan penukaran pelbagai fungsinya. Ia telah menunjukkan potensi untuk menggantikan bahan api fosil yang dikekalkan oleh bahan api fosil.
Selain teknologi fotovoltaik suria yang menjana tenaga elektrik secara langsung, teknologi penukaran tenaga solar-terma juga menyerap tenaga suria dan menukarkannya kepada tenaga haba, yang dianggap sebagai cara yang mudah dan berkesan untuk menggunakan tenaga suria.
Tenaga haba yang ditukar daripada tenaga suria boleh memacu proses industri yang penting seperti stesen janakuasa haba suria, penyahgaraman suria, pensterilan, sistem pemanasan air suria dan aplikasi berkaitan haba yang lain. Penyahgaraman solar menawarkan penyelesaian yang berkesan, terutamanya untuk kawasan yang kekurangan infrastruktur, kerana ia boleh mengekstrak air tawar daripada air laut tanpa input tenaga tambahan.
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, teknologi penyejatan antara muka dipacu suria menempatkan proses penukaran haba suria pada antara muka cecair-wap dan telah menjadi teknologi penggunaan tenaga suria baharu. Berbanding dengan pemanasan kamiran tradisional, sistem penyejatan antara muka mempamerkan kecekapan penyejatan yang lebih tinggi dan tindak balas haba yang lebih cepat dan merupakan alternatif yang berpotensi untuk penyahgaraman air laut.
Setakat ini, banyak kajian telah dijalankan untuk meningkatkan prestasi terma sistem penyejatan antara muka. Sistem penyejatan antara muka dipacu suria biasa terdiri daripada tiga bahagian penting:
Penyerap suria dengan penyerapan suria yang tinggi dan cekap menukar sinaran suria kepada tenaga haba; penebat yang memindahkan haba yang ditukar kepada air pukal; dan laluan bekalan air yang terus menarik air dari air pukal ke permukaan penyerap suria.
Dalam kajian terdahulu, sebilangan besar penyelidik telah menumpukan perhatian mereka untuk meningkatkan kecekapan penukaran solar-kepada-wap secara keseluruhan dengan mensintesis bahan penyerap jalur lebar dan tenaga solar, mengoptimumkan reka bentuk laluan bekalan air baharu dan menambah baik struktur penebat haba .
Setakat ini, sistem penyejatan antara muka dipacu suria telah digunakan dalam banyak proses perindustrian, penyulingan suria teraruh, pensterilan suria, penyahgaraman suria dan penjanaan kuasa suria. Untuk mencapai prestasi penyejatan tinggi sistem, adalah penting untuk meneroka penyerapan jalur lebar merentas spektrum suria bahan penyerap suria.
Bahan penyerap tenaga suria yang dibangunkan dan diterokai dalam sistem penyejatan antara muka dipacu suria terutamanya termasuk bahan berkarbon, zarah plasmonik dan bahan penyerap spektrum terpilih. Antaranya, bahan hitam dan berkarbon semula jadi mempunyai keupayaan penukaran haba solar yang kuat dan sesuai untuk penyerap suria jalur lebar dan berintensiti tinggi.
Oleh kerana kadar penyerapan suria yang tinggi, kos rendah dan kestabilan yang baik, banyak penyerap suria berasaskan karbon telah dikaji, termasuk tiub nano karbon, grafit, dan graphene oksida yang dikurangkan. Selepas bertahun-tahun pembangunan, kecekapan penukaran solar-ke-wap sistem di bawah cahaya matahari telah mencapai lebih daripada 90%.
Walaupun terdapat penambahbaikan yang hebat dalam membangunkan bahan penyerap tenaga suria dan mereka bentuk struktur penyejatan antara muka, kebanyakan peranti penyahgaraman suria yang dilaporkan sebelum ini adalah disebabkan oleh pengumpulan garam pada permukaan atas penyejat semasa proses penyahgaraman. Garam terkumpul menyekat penyerapan suria dan menyekat penyejat berliang, menghasilkan kecekapan penukaran solar-ke-panas yang rendah dan prestasi penyejatan yang lemah.
Kaedah fizikal tradisional seperti gelombang ultrasonik dan rendaman air biasanya digunakan untuk mengeluarkan garam terkumpul, tetapi kaedah ini dengan mudah boleh menyebabkan kerosakan pada struktur penyejatan antara muka.
Untuk mengurangkan pengumpulan garam dalam sistem penyejatan antara muka, banyak kajian telah memberi tumpuan kepada pembangunan penyejatan hidrofobik. Walau bagaimanapun, penyejat hidrofobik mengehadkan bekalan air ke permukaan atas, dengan itu mengurangkan prestasi penyejatan sistem. Satu lagi cara untuk menyelesaikan masalah ini ialah menggunakan penyejat hidrofilik, yang memindahkan garam berlebihan dari permukaan atas ke air pukal.
Sehingga kini, banyak kajian telah memberi tumpuan kepada mereka bentuk penyejat hidrofilik, seperti membran fabrik selulosa hidrofilik, membran hidrofilik berasaskan kertas, dan penyejat bio-inspirasi. Tetapi membangunkan sistem penyejatan antara muka pacuan suria jangka panjang yang stabil dan sangat cekap kekal sebagai cabaran penting.
Dalam kajian ini, kami menunjukkan buih graphene oxide (rGO) yang tahan garam, sangat cekap menyerap suria dan responsif terma yang cepat untuk penyahgaraman antara muka dipacu suria di bawah pencahayaan suria pendarfluor rendah.
Dalam struktur berliang baharu, buih melamin hidrofilik (MF) telah dipilih sebagai asas, yang bukan sahaja mengembangkan luas permukaan untuk penyerapan suria tetapi juga meningkatkan penyebaran berganda.
Hidrofilik permukaan dan keliangan buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan memberikan pembasahan dan cantuman yang mencukupi bagi zon penukaran haba suria, serta penambahan semula air yang cepat, sambil mengelakkan pengumpulan garam.
Mengambil kesempatan daripada prestasi tinggi buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan, sistem antara muka berkuasa suria mampu menghasilkan kadar penukaran solar-ke-wap sebanyak 89.6%.
Tambahan pula, dengan menyepadukan buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan ke dalam tenaga suria komersil, kami mereka bentuk dan mencipta peranti penyahgaraman air laut antara muka dipacu suria dengan kecekapan penukaran suria kepada air sebanyak 56.4% di bawah cahaya matahari. Oleh kerana penyahgaraman suria, air bersih yang dikumpul adalah keperluan kualiti yang boleh diminum.
Dengan prestasi penyejatan yang unggul dan kebolehskalaan bahan penukaran suria kepada haba, sistem untuk penyahgaraman air laut antara muka dipacu suria ini membentangkan prospek aplikasi yang luas dalam aplikasi praktikal penyahgaraman air laut.
Kebolehskalaan bahan pemindahan haba penyahgaraman suria
Sistem penyejatan antara muka berdasarkan buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan. Buih melamin bersalut ter graphene oksida berada di tengah dan dibalut oleh lapisan busa polietilena (PE) di bahagian luar untuk membina sistem penyejatan antara muka buih sendiri.
Buih melamin yang disalut dengan graphene oksida yang dikurangkan telurium digunakan untuk menyerap sinaran suria dengan cepat, menukar tenaga suria kepada haba dan menjana daya penggerak untuk penyejatan antara muka. Sebaliknya, buih melamin bersalut graphene oksida terkurang hidrofilik boleh terus menarik air garam ke dalam zon penyejatan.
Struktur berliang buih melamin bersalut graphene trioksida membolehkan wap yang dihasilkan melarikan diri ke persekitaran, menggalakkan penangkapan cahaya matahari dan dengan itu meningkatkan kecekapan penukaran solar kepada haba. Buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan adalah berliang dan hidrofilik, membolehkan ia menarik air ke dalam struktur penyejatan yang diterangkan di atas sambil serentak memecahkan garam pekat kembali ke dalam air laut pukal.
Semasa proses penyejatan, kepekatan garam pada buih adalah lebih tinggi daripada kepekatan air laut di bahagian bawah. Perubahan kepekatan menyebabkan garam terurai menjadi air pukal. Di samping itu, buih polietilena di sekelilingnya bukan sahaja mengurangkan buih melamin bersalut grafen oksida , tetapi juga terkumpul secara semula jadi di permukaan air, menghalang kehilangan haba yang disebabkan oleh air masin di sekelilingnya.
Sistem penyejatan antara muka boleh beroperasi secara berterusan dan cekap pada permukaan air tanpa memerlukan reka bentuk pembinaan yang kompleks. Tambahan pula, oleh kerana penyejatan berlaku pada antara muka gas-cecair, sistem penyejatan antara muka boleh bergerak secara autonomi apabila antara muka surut.
Buih melamin bersalut graphene oksida terkurang Tellurium ialah komponen utama sistem penyejatan antara muka. Buih melamin telah direndam dalam ampaian koloid graphene oxide untuk menyediakan buih melamin bersalut graphene oxide yang dikurangkan, dan kemudian graphene oxide dikurangkan menjadi graphene oxide yang dikurangkan menggunakan kaedah hidroterma.
Buih melamin bersalut graphene oksida berkurangan dengan diameter 3.5 cm dan ketebalan 1.6 cm mudah dibuat dan warnanya hitam pekat.
Kekasaran permukaan bahan buih melamin bersalut graphene oksida terkurang yang diperhatikan menggunakan mikroskop optik tiga dimensi menunjukkan variasi ketinggian lebih daripada 300 μm. Struktur permukaan kasar komposit penukaran terma suria terutamanya disebabkan oleh struktur berliang buih melamin, dan graphene oksida yang diubah suai juga meningkatkan kekasaran permukaan.
Kekasaran permukaan menguatkan kawasan permukaan penyerapan suria sambil meningkatkan pelbagai taburan cahaya matahari kejadian, sekali gus meningkatkan kecekapan penukaran solar kepada haba sistem. Struktur mikro buih melamin yang disediakan pada pembesaran berbeza. Permukaan buih melamin bersalut graphene oksida mempamerkan struktur rangkaian berkedut dan saling berkait.
Saiz liang buih melamin bersalut rGO adalah antara 20 dan 40 μm. Struktur liang terbuka dan permukaan berkedut memudahkan pemendapan graphene oksida. Buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan mempunyai kebolehbasahan air yang baik disebabkan oleh hidrofilik buih melamin berliang.
Sebaik sahaja titisan air menyentuh permukaan buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan, ia diserap sepenuhnya dalam masa 0.5 saat. Permukaan hidrofilik bagi komposit graphene oxide yang dikurangkan boleh dengan cepat membimbing saliran dalam struktur berliang. Keliangan buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan ditentukan dengan membandingkan perubahan jisim sebelum dan selepas penyerapan air.
Keliangan buih melamin bersalut graphene oksida boleh mencapai 85.55%. Penyerapan tenaga suria oleh buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan secara langsung mempengaruhi kecekapan penukaran solar kepada haba sistem. Untuk menilai rintangan garam, buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan diletakkan dalam larutan natrium klorida (3.5 wt%).
Kemudian 3 g pepejal natrium klorida diletakkan pada permukaan atas dan buih melamin bersalut Tergo diletakkan pada ketumpatan suria 1 kW m−2. Jumlah garam pepejal secara beransur-ansur larut selepas 120 minit.
Apabila cahaya matahari menyinari permukaan atas busa melamin bersalut rGO , suhu busa melamin bersalut rGO meningkat dengan cepat dalam beberapa minit dan kekal pada 35°C sepanjang proses penyejatan. Oleh kerana keterlarutan garam bergantung pada suhu, semakin tinggi suhu, semakin cepat garam larut dan oleh itu garam besi boleh larut semula ke dalam air permukaan.
Dalam buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan, yang mempunyai banyak liang dengan kapasiti penyerapan air yang tinggi yang boleh memberikan bekalan air berterusan ke permukaan atas, garam boleh bergerak dari permukaan atas ke sublapisan air. Perubahan suhu membawa kepada perubahan kemasinan antara permukaan penyejatan atas dan badan.
Untuk mendapatkan jalur lebar dan penyerapan tenaga suria yang cekap, buih melamin telah diubah suai dengan buih melamin hidrofilik berliang, dengan itu meningkatkan kawasan permukaan penyerapan suria dan meningkatkan pelbagai serakan.
Sistem penyejatan antara muka suria berdasarkan buih melamin bersalut rGO mempamerkan tindak balas haba yang cepat pada ketumpatan kuasa suria 1 kW m−2, mencapai kecekapan penukaran terma suria keadaan mantap sebanyak 89.6%.
Akhirnya, kami menyepadukan penyejat buih melamin bersalut graphene oksida yang dikurangkan ke dalam pegun suria, yang boleh menghasilkan 56.4% air minuman dengan pengumpulan garam pada 1 kW m−2.
Kami membayangkan bahawa peranti penyahgaraman antara muka berkuasa suria ini boleh digunakan di pulau terpencil atau di lautan untuk mengumpul air minuman daripada air laut yang banyak atau sumber air masin lain.
Kesimpulan
Penyahgaraman busa melamin bersalut rGO, sebagai teknologi penyahgaraman suria yang inovatif dan cekap, mempunyai potensi besar dan prospek aplikasi. Ia bukan sahaja dapat menyediakan sumber air tawar yang boleh dipercayai untuk kawasan yang kekurangan air, tetapi juga mengurangkan pergantungan kepada tenaga tradisional, mengurangkan penggunaan tenaga dan pencemaran alam sekitar.
Hasil penyelidikan ini akan memberi sumbangan penting untuk menyelesaikan masalah kekurangan sumber air tawar global dan menggalakkan realisasi pembangunan mampan.
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.