Ang solar-driven interfacial evaporation (SIE) ay itinuturing na isa sa mga pinaka-promising na teknolohiya upang maibsan ang kakulangan sa tubig-tabang dahil sa kakayahan nitong mahusay na gamitin ang solar energy upang makagawa ng tubig-tabang. Bukod pa rito, ang mga solar evaporator ay may mga natatanging bentahe sa paggamot ng concentrated salt wastewater . Ang proseso ng evaporation ay nagbubunga lamang ng mga kristal ng asin bilang byproduct, kaya nakakamit ang zero liquid discharge. Gayunpaman, ang akumulasyon ng asin sa evaporator ay makakahadlang sa pagsipsip ng liwanag at makakaapekto sa paglabas ng singaw, na sa huli ay hahantong sa pagbaba ng evaporation performance ng evaporator o maging sa pagkasira nito.
Upang maibsan ang problemang ito, ang ilang mga mananaliksik ay nagmungkahi ng isang "sirkulasyon ng asin" na diskarte. Iyon ay, ang isang circulation path ay idinisenyo para sa solusyon upang payagan ang mga ion ng asin na dumaloy pabalik sa brine, sa gayon ay pinipigilan ang asin mula sa pagkikristal sa ibabaw ng pagsingaw, sa gayon ay nakakamit ang tuluy-tuloy at matatag na pagsingaw. Gayunpaman, ang pamamaraang ito ay magiging sanhi ng pagtaas ng kaasinan ng solusyon, at ang problema ng pagkikristal ng asin ay hindi pa rin maiiwasan.
Ang isa pang solusyon ay ang "pag-asin" na diskarte. Iyon ay, ang istraktura ay kinokontrol upang ang asin ay preferentially crystallized sa non-evaporation area, at sa gayon ay binabawasan ang epekto ng salt crystallization sa evaporation performance, at sa gayon ay nakakamit ang sabay-sabay na koleksyon ng asin at sariwang tubig. Gayunpaman, ang diskarte sa "pag-asin" ay nahaharap pa rin sa ilang matitinding hamon sa praktikal na aplikasyon.
Una, nililimitahan ng one-dimensional na brine transport ang kapasidad ng pagsipsip, na makabuluhang binabawasan ang kabuuang rate ng pagsingaw. Pangalawa, ang diskarte sa pagkikristal ng asin ay nangangailangan ng regular na pag-alis ng mga kristal ng asin, na mahirap na awtomatikong mahulog mula sa ibabaw ng evaporator dahil sa kanilang malakas na pagdirikit. Kung ang idinepositong asin ay hindi maalis sa oras, ang pagganap ng pagsingaw ay hindi maiiwasang mabawasan. Bilang karagdagan, maraming mga high-efficiency na solar evaporator ang nangangailangan ng mapanganib o matagal na proseso ng paghahanda, gaya ng high-pressure, low-vacuum, o high-temperature na heat treatment.
Samakatuwid, ang pagbuo ng isang matibay na solar evaporator upang makamit ang pangmatagalan, mahusay, at matatag na pagsingaw ng tubig at koleksyon ng asin sa pamamagitan ng isang simpleng proseso ng paghahanda para sa zero liquid discharge desalination ay isang hindi nakamit na layuning siyentipiko.
Batay sa mga hamon sa itaas, ang research team ng Shandong First Medical University ay naghanda ng isang three-dimensional gradient graphene spiral airgel evaporator, na maaaring makamit ang mahusay na solar evaporation ng high-concentration na tubig-alat at makamit ang zero liquid discharge.
Upang matugunan ang mahigpit na mga kinakailangan ng mga solar evaporator sa mga tuntunin ng mahusay na pagsipsip ng solar, buong paggamit ng enerhiya, mahusay na paglaban sa asin at pangmatagalang katatagan, ang disenyo ng proyekto ay pangunahing nakatuon sa sumusunod na apat na pangunahing punto:
Tumutok sa disenyo ng istruktura at pagpapahusay ng katatagan ng kemikal
Ang evaporator ay kailangang magkaroon ng matibay na istruktura ng network at katatagan ng kemikal, na mahalaga upang makamit ang pangmatagalan, mahusay, at matatag na solar desalination. Samakatuwid, pinili nila ang murang, super-hydrophilic, high-porosity, at high-resilience melamine foam bilang sumusuportang kalansay ng solar evaporator.
Pagkatapos ay pinag-aralan nila ang mga mekanikal na katangian ng graphene aerogels na may melamine foam bilang skeleton sa maraming mga mode, kabilang ang compression, bending, at tension, upang komprehensibong suriin ang kanilang mga mekanikal na katangian.
Upang higit pang ma-verify ang tibay at tibay nito sa ilalim ng aktwal na mga kondisyon ng aplikasyon, ang pangkat ng pananaliksik ay nagsagawa ng mga pagsubok sa ilalim ng iba't ibang matinding kundisyon.
Sa partikular, paulit-ulit nilang binaluktot ang sample nang 20 beses sa hangin at tubig, ibinabad ito sa mga acidic at alkaline na solusyon , at inilagay ito sa malupit na mga kapaligiran tulad ng mataas na temperatura at ultrasonic stirring.
Pagkatapos ng mga mahigpit na pagsubok na ito, wala silang nakitang makabuluhang pagbabago sa hitsura at microstructure ng sample, na ganap na nagpakita ng mahusay na tibay at katatagan ng istruktura.
Tumutok sa pagpapasimple at pagpapabuti ng ekonomiya ng mga proseso ng pagmamanupaktura
Upang makamit ang pagiging simple at ekonomiya sa proseso ng pagmamanupaktura ng evaporator at maiwasan ang paggamit ng mga mamahaling kagamitan, idinisenyo nila ang mga sumusunod na hakbang sa paghahanda:
Ang unang hakbang ay mainit na pagpindot
Gamit ang teknolohiya ng hot pressing, ang research team ay nag-compress ng mga melamine foams na may iba't ibang kapal upang makakuha ng pre-pressed melamine film na may kapal na 1mm.
Sa prosesong ito, habang tumataas ang ratio ng orihinal na kapal ng sample sa panghuling naka-compress na kapal, ang laki ng butas ng pre-pressed melamine film ay pinong kinokontrol mula 150 μm hanggang 20 μm , na bumubuo ng isang natatanging three-dimensional gradient network structure.
Ang pangalawang hakbang ay ang pag-spray sa ibabaw
Gumamit ng bote ng spray upang pantay na i-spray ang graphene oxide suspension sa ibabaw ng pre-pressed melamine film . Nakamit ang pantay na distribusyon ng graphene oxide sa film, na siyang naglatag ng pundasyon para sa kasunod na solar reduction.
Ang ikatlong hakbang ay ang atmospheric pressure drying
Pagkatapos ng pag-spray, inilagay nila ang pelikula nang direkta sa hangin para sa natural na pagpapatuyo ng hangin. Iniiwasan ng hakbang na ito ang masalimuot, nakakaubos ng oras at nakakaubos ng enerhiya na mga proseso ng paghahanda tulad ng freeze drying, supercritical drying at pagpapalit ng solvent.
Ang ikaapat na hakbang ay pagbabawas ng sikat ng araw
Iyon ay, ang paggamit ng magnifying glass upang ituon ang sikat ng araw sa sample. Sa ilalim ng pagkilos ng mga sinag ng ultraviolet, ang kulay ng sample na ibabaw ay mabilis na nagbabago mula kayumanggi patungong itim, na nagpapahiwatig na ang graphene oxide ay matagumpay na nabawasan sa pinababang graphene oxide.
Ang paraan ng pagbabawas ng solar na ito ay hindi lamang simple upang patakbuhin at palakaibigan sa kapaligiran, ngunit hindi rin nangangailangan ng paggamit ng mga ahente ng pagbabawas ng kemikal o mga proseso ng pagbabawas ng thermal na may mataas na temperatura, na makabuluhang binabawasan ang mga gastos sa produksyon at polusyon sa kapaligiran.
Tumutok sa mahusay na pagsipsip ng enerhiya ng solar at pagliit ng pagkawala ng enerhiya
Ang mga solar evaporator ay hindi lamang dapat sumipsip at mag-convert ng malawak na hanay ng solar energy sa thermal energy, ngunit mabawasan din ang pagkawala ng enerhiya na dulot ng diffuse reflection at thermal radiation, at kumukuha ng karagdagang enerhiya mula sa kapaligiran. Ang proseso ng evaporation sa solar interface ay kinokontrol ng tatlong energy fluxes: solar energy input, evaporation energy output, at energy dissipated sa kapaligiran.
Sa kasamaang-palad, ang mga kumbensyonal na dalawang-dimensional na solar evaporator ay nahaharap sa mga isyu sa pagwawaldas ng enerhiya dahil sa pagpapalitan ng init sa kapaligiran, na nagpapahirap na makamit ang perpektong 100% solar-to-steam na kahusayan sa conversion. Sa kabaligtaran, maaaring masira ng mga three-dimensional na solar evaporator ang teoretikal na limitasyon ng kahusayan sa conversion ng solar-to-steam.
Upang mabawasan ang pagkawala ng enerhiya na dulot ng nagkakalat na pagmuni-muni at thermal radiation sa itaas na ibabaw ng three-dimensional na sample, ang koponan ay nagdisenyo ng isang three-dimensional na spiral concave graphene aerogel.
Ang istrakturang ito ay hindi lamang may mas mataas na absorbance at mas mababang reflectivity, ngunit ang mga side wall nito ay nakaka-absorb din ng ambient heat at init na diffusely reflected mula sa ibaba, at sa gayon ay nagpapagana ng epektibong pagbawi ng enerhiya.
Tumutok sa salt tolerance optimization at salt crystallization management
Iyon ay; sa pamamagitan ng pagdidisenyo ng isang natatanging channel ng transportasyon, ang radial transport ng brine ay na-promote, na humahantong sa direksyon na pagkikristal ng asin. Ang disenyong ito ay hindi lamang epektibong pinipigilan ang asin mula sa pagdeposito at pagbara sa ibabaw ng evaporator, ngunit napagtanto din ang epektibong pagkolekta at paggamit ng asin, kaya makabuluhang pagpapabuti ng kahusayan at pagpapanatili ng proseso ng desalination.
Partikular nilang dinisenyo at inihanda ang isang three-dimensional gradient graphene network structure batay sa isang pre-pressed melamine porous film . Ang gradient graphene network na ito, na kalat-kalat sa loob at siksik sa labas, ay maaaring bumuo ng radial capillary force difference, na nagtataguyod ng radial transport ng brine. Habang patuloy na nalilikha ang singaw, ang radial flow ng brine ay nagpapataas ng konsentrasyon ng brine sa panlabas na surface area, na nagiging sanhi ng pagkikristal ng asin sa direksyon sa panlabas na surface sa halip na sa panloob na surface. Tinitiyak ng disenyong ito na ang panloob na surface ng evaporator ay nagpapanatili ng sapat na evaporation area, sa gayon ay nakakamit ang mahusay at matatag na solar evaporation.
Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit na ang evaporator ay gumagamit ng buong panlabas na ibabaw nito para sa pagkikristal ng asin, na ginagawang mas malaki ang lugar ng pagkikristal kaysa sa iba pang mga direksyon ng pagkikristal ng evaporator.
Ang mga kristal ng asin ay pangunahing binubuo ng mga maluwag na nakaimpake na mga kristal ng asin na may masaganang mga pores, na kapaki-pakinabang sa transportasyon ng brine at paglabas ng singaw.
Higit pa rito, dahil sa evaporative cooling effect, ang temperatura sa ibabaw ng salt layer ay mas mababa kaysa sa ambient temperature. Ang katangiang ito ay nagbibigay-daan sa evaporator na sumipsip ng mas maraming enerhiya mula sa kapaligiran, na higit na mapabuti ang pagganap ng pagsingaw.
Pinagmulan ng artikulo: Deep Tech
Ang pangkat ng pananaliksik: Shandong First Medical University Team Research Group
Ang artikulo ay sinipi mula sa: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Para sa karagdagang impormasyon tungkol sa SINOYQX Melamine Foam, mangyaring makipag-ugnayan sa amin sa [email protected] o mag-text sa amin: +86-28-8411-1861.
Ang ilang mga larawan at teksto ay ginawa mula sa Internet, at ang copyright ay pagmamay-ari ng orihinal na may-akda. Kung mayroong anumang paglabag, mangyaring makipag-ugnayan sa amin upang tanggalin.