Bilang isang napapanatiling paraan upang magamit ang mga mapagkukunan ng tubig, ang solar desalination ay may malaking potensyal sa paglutas ng problema ng hindi sapat na mapagkukunan ng sariwang tubig at pagpapagaan ng mga kakulangan sa tubig. Gayunpaman, ang tradisyonal na teknolohiya ng desalination ng tubig-dagat ay kadalasang may mga problema tulad ng mataas na pagkonsumo ng enerhiya, kumplikadong kagamitan, at mataas na gastos.
Sa mga nagdaang taon, ang mga bagong teknolohiya ng desalination coating batay sa mga nanomaterial ay unti-unting nakakuha ng atensyon ng mga mananaliksik. Ang graphene oxide ay nagbawas ng graphene, bilang isang bagong two-dimensional na materyal, ay nagpakita ng makabuluhang potensyal sa solar desalination.
Kung ikukumpara sa mga tradisyunal na desalination coating na materyales, ang rGO ay may mga pakinabang ng mahusay na conductivity, mataas na tiyak na lugar sa ibabaw at mahusay na katatagan ng kemikal, at inaasahang mapapabuti ang kahusayan ng desalination at mabawasan ang pagkonsumo ng enerhiya.
Gayunpaman, ang rGO mismo ay may mga problema sa pagsasama-sama at pagdedeposito, na nagpapababa sa aktibidad at katatagan nito. Samakatuwid, ang pag-aayos ng rGO sa mga materyales na foam upang bumuo ng melamine foam /rGO composite coating ay naging isang epektibong paraan upang mapabuti ang kahusayan at katatagan ng desalination.
Sa pamamagitan ng pagbabago sa ibabaw at pagpapalakas ng mga katangian ng carrier ng materyal ng foam, pantay naming inayos ang rGO sa ibabaw ng foam upang madagdagan ang lugar ng pakikipag-ugnay nito sa mga ion ng asin sa tubig. Kasabay nito, ang istraktura at kapal ng rGO coating ay kinokontrol upang ma-optimize ang kahusayan at katatagan ng desalination.
Upang makakuha ng mas malalim na pag-unawa sa mekanismo ng desalination, naghanda din kami ng pinababang graphene oxide (rGO) foam. Ang graphene trioxide-coated melamine foam ay may likas na porous microstructure at hydrophilicity, na nagbibigay-daan dito na magkaroon ng mahusay na pagkabasa at maaaring makaakit ng tubig sa evaporation area, na nagpapahintulot sa tubig na mapunan nang mabilis habang iniiwasan ang pag-ulan ng asin.
Ang interfacial evaporation system ng graphene oxide-coated melamine foam ay makakamit ang steady-state evaporation efficiency na 89.6% sa ilalim ng 1kW m−2 solar fuel. Ang interfacial evaporation system na ito ay may mataas na solar-to-heat conversion efficiency at magandang pangmatagalang katatagan, na nagpapakita ng potensyal para sa komersyal na seawater desalination.
Sa kasalukuyan, ang pandaigdigang krisis sa enerhiya at kakulangan ng tubig ay naging pangunahing banta sa napapanatiling pag-unlad ng lipunan ng tao. Upang matugunan ang lumalaking pangangailangan ng enerhiya, ang pagbuo ng iba't ibang mataas na pagganap ng conversion ng enerhiya at mga teknolohiya sa paglilinis ng tubig ay tumanggap ng pagtaas ng pansin.
Solar powered interface na teknolohiya sa pagsingaw
Bilang isang promising renewable energy source, ang solar energy ay dahil sa napakalaking kapasidad nito, universality, kalinisan, at multi-functional na mga kakayahan sa conversion. Ipinakita nito ang potensyal na palitan ang mga fossil fuel na pinanatili ng mga fossil fuel.
Bilang karagdagan sa solar photovoltaic na teknolohiya na direktang bumubuo ng elektrikal na enerhiya, ang solar-thermal energy conversion technology ay sumisipsip din ng solar energy at kino-convert ito sa thermal energy, na itinuturing na simple at epektibong paraan upang magamit ang solar energy.
Ang thermal energy na na-convert mula sa solar energy ay maaaring magmaneho ng mahahalagang prosesong pang-industriya tulad ng solar thermal power station, solar desalination, isterilisasyon, solar water heating system at iba pang mga application na nauugnay sa init. Nag-aalok ang solar desalination ng mabisang solusyon, lalo na para sa mga lugar na kulang sa imprastraktura, dahil nakakakuha ito ng sariwang tubig mula sa tubig-dagat nang walang karagdagang input ng enerhiya.
Sa mga nakalipas na taon, hinahanap ng solar-driven na interfacial evaporation technology ang proseso ng conversion ng solar-heat sa liquid-vapor interface at naging bagong teknolohiya sa paggamit ng solar energy. Kung ikukumpara sa tradisyonal na integral heating, ang mga interfacial evaporation system ay nagpapakita ng mas mataas na evaporation efficiency at mas mabilis na thermal response at isang potensyal na alternatibo para sa seawater desalination.
Sa ngayon, maraming mga pag-aaral ang isinagawa sa pagpapabuti ng thermal performance ng mga sistema ng pagsingaw ng interface. Ang isang tipikal na solar-driven na interfacial evaporation system ay binubuo ng tatlong mahahalagang bahagi:
Isang solar absorber na may mataas na solar absorption at mahusay na nagko-convert ng solar radiation sa init na enerhiya; isang insulator na naglilipat ng na-convert na init sa bulk na tubig; at isang daanan ng supply ng tubig na patuloy na kumukuha ng tubig mula sa bulk water patungo sa ibabaw ng solar absorber.
Sa mga nakaraang pag-aaral, maraming mananaliksik ang naglaan ng kanilang sarili sa pagpapabuti ng pangkalahatang kahusayan ng solar-to-steam conversion sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng broadband at solar energy na mga materyales, pag-optimize sa disenyo ng mga bagong landas ng suplay ng tubig, at pagpapabuti ng mga istruktura ng thermal insulation.
Sa ngayon, ang mga solar-driven na interfacial evaporation system ay ginagamit na sa maraming prosesong pang-industriya, induced solar distillation, solar sterilization, solar desalination at solar power generation. Upang makamit ang mataas na pagganap ng evaporation ng system, mahalagang tuklasin ang broadband absorption sa solar spectrum ng solar absorbing materials.
Ang solar energy absorbing materials na binuo at ginalugad sa solar-driven na interfacial evaporation system ay pangunahing kinabibilangan ng mga carbonaceous na materyales, plasmonic particle at spectrally selective absorbing materials. Kabilang sa mga ito, ang mga natural na itim at carbonaceous na materyales ay may malakas na kakayahan ng solar-heat conversion at angkop para sa broadband at high-intensity solar absorbers.
Dahil sa kanilang mataas na solar absorption rate, mababang gastos, at mahusay na katatagan, maraming carbon-based na solar absorbers ang napag-aralan, kabilang ang carbon nanotubes, graphite, at pinababang graphene oxide. Pagkatapos ng mga taon ng pag-unlad, ang kahusayan ng conversion ng solar-to-steam ng system sa ilalim ng liwanag ng araw ay umabot sa higit sa 90%.
Bagama't nagkaroon ng mahusay na mga pagpapabuti sa pagbuo ng solar energy absorbing materials at pagdidisenyo ng mga interfacial evaporation structures, karamihan sa mga naunang naiulat na solar desalination device ay dahil sa akumulasyon ng asin sa tuktok na ibabaw ng evaporator sa panahon ng proseso ng desalination. Hinaharangan ng naipon na asin ang pagsipsip ng solar at hinaharangan ang porous evaporator, na nagreresulta sa mababang kahusayan ng conversion ng solar-to-heat at mahinang pagganap ng evaporation.
Ang mga tradisyunal na pisikal na pamamaraan tulad ng mga ultrasonic wave at water immersion ay karaniwang ginagamit upang alisin ang mga naipon na asin, ngunit ang mga pamamaraang ito ay madaling magdulot ng pinsala sa istraktura ng pagsingaw ng interface.
Upang mabawasan ang akumulasyon ng asin sa mga sistema ng pagsingaw ng interface, maraming pag-aaral ang nakatuon sa pagbuo ng hydrophobic evaporation. Gayunpaman, nililimitahan ng mga hydrophobic evaporator ang supply ng tubig sa tuktok na ibabaw, sa gayon ay binabawasan ang pagganap ng evaporative ng system. Ang isa pang paraan upang malutas ang problemang ito ay ang paggamit ng hydrophilic evaporator, na naglilipat ng labis na asin mula sa itaas na ibabaw patungo sa bulk water.
Sa ngayon, maraming pag-aaral ang nakatuon sa pagdidisenyo ng mga hydrophilic evaporator, tulad ng mga hydrophilic cellulose fabric membrane, mga hydrophilic membrane na nakabatay sa papel, at mga bio-inspired na evaporator. Ngunit ang pagbuo ng isang pangmatagalang matatag at lubos na mahusay na solar-driven na interfacial evaporation system ay nananatiling isang malaking hamon.
Sa pag-aaral na ito, ipinapakita namin ang isang salt-resistant, highly efficient solar-absorbing at fast thermally responsive reduced graphene oxide (rGO) foam para sa solar-driven na interfacial desalination sa ilalim ng low-fluorescence solar illumination.
Sa bagong porous na istruktura, ang hydrophilic melamine foam (MF) ang napili bilang base, na hindi lamang nagpapalawak ng surface area para sa solar absorption kundi nagpapahusay din ng multiple scattering.
Ang hydrophilicity sa ibabaw at porosity ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam ay nagbibigay ng sapat na basa at pagsasanib ng solar heat conversion zone, pati na rin ang mabilis na muling pagdadagdag ng tubig, habang iniiwasan ang akumulasyon ng mga asin.
Sinasamantala ang mataas na pagganap ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam, ang solar-powered interfacial system ay may kakayahan ng solar-to-steam conversion rate na 89.6%.
Higit pa rito, sa pamamagitan ng pagsasama ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam sa komersyal na solar energy, kami ay nagdisenyo at gumawa ng solar-driven na interfacial seawater desalination device na may solar-to-water conversion na kahusayan na 56.4% sa ilalim ng liwanag ng araw. Dahil sa solar desalination, ang malinis na tubig na nakolekta ay kinakailangan sa kalidad na maiinom.
Sa mahusay na pagganap ng evaporation at scalability ng solar-to-thermal na mga materyales sa conversion, ang sistemang ito para sa solar-driven na interfacial seawater desalination ay nagpapakita ng malawak na mga prospect ng aplikasyon sa mga praktikal na aplikasyon ng seawater desalination.
Scalability ng solar desalination heat transfer materials
Isang interfacial evaporation system batay sa pinababang graphene oxide-coated melamine foam. Ang ter graphene oxide-coated melamine foam ay nasa gitna at binalot ng isang layer ng polyethylene (PE) foam sa labas upang bumuo ng self-bubble interfacial evaporation system.
Ang melamine foam na pinahiran ng tellurium-reduced graphene oxide ay ginagamit upang mabilis na sumipsip ng insidente ng solar radiation, mag-convert ng solar energy sa init, at makabuo ng puwersang nagtutulak para sa interfacial evaporation. Sa kabilang banda, ang hydrophilic reduced graphene oxide-coated melamine foam ay maaaring patuloy na maglabas ng brine sa evaporation zone.
Ang porous na istraktura ng graphene trioxide-coated melamine foam ay nagpapahintulot sa nabuong singaw na makatakas sa kapaligiran, na nagpo-promote ng pagkuha ng sikat ng araw at sa gayon ay pinapataas ang kahusayan ng solar-to-heat conversion. Ang pinababang graphene oxide-coated na melamine foam ay porous at hydrophilic, na nagbibigay-daan dito na maglabas ng tubig sa evaporation structure na inilarawan sa itaas habang sabay-sabay na binabasag ang mga concentrated salt pabalik sa bulk seawater.
Sa proseso ng pagsingaw, ang konsentrasyon ng asin sa foam ay mas mataas kaysa sa konsentrasyon ng tubig dagat sa ilalim. Ang mga pagbabago sa konsentrasyon ay nagiging sanhi ng pagkasira ng asin at maging bulk water. Bukod pa rito, ang nakapalibot na polyethylene foam ay hindi lamang binabawasan ang graphene oxide-coated melamine foam , kundi natural din itong naiipon sa ibabaw ng tubig, na pumipigil sa pagkawala ng init na dulot ng nakapalibot na tubig-alat.
Ang mga sistema ng pagsingaw ng interface ay maaaring gumana nang tuluy-tuloy at mahusay sa mga ibabaw ng tubig nang hindi nangangailangan ng mga kumplikadong disenyo ng konstruksiyon. Higit pa rito, dahil ang evaporation ay nangyayari sa gas-liquid interface, ang interfacial evaporation system ay maaaring gumalaw nang autonomously kapag ang interface ay umuurong.
Ang Tellurium-reduced graphene oxide-coated melamine foam ay isang mahalagang bahagi ng interfacial evaporation system. Ang melamine foam ay nilubog sa graphene oxide colloidal suspension upang maghanda ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam, at pagkatapos ay ang graphene oxide ay binawasan sa pinababang graphamine oxide gamit ang isang hydrothermal na pamamaraan.
Ang pinababang graphene oxide-coated na melamine foam na may diameter na 3.5 cm at may kapal na 1.6 cm ay madaling gawin at ang kulay nito ay malalim na itim.
Ang pagkamagaspang ng ibabaw ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam na materyal na naobserbahan gamit ang isang three-dimensional na optical microscope ay nagpakita ng pagkakaiba-iba ng taas na higit sa 300 μm. Ang magaspang na istraktura ng ibabaw ng solar thermal conversion composites ay pangunahing nauugnay sa porous na istraktura ng melamine foam, at ang binagong nabawasan na graphene oxide ay nagpapataas din ng pagkamagaspang sa ibabaw.
Pinapalakas ng pagkamagaspang ng ibabaw ang lugar ng ibabaw ng solar absorption habang dinaragdagan ang maramihang pagkakalat ng sinag ng araw ng insidente, kaya pinapabuti ang kahusayan ng solar-to-heat conversion ng system. Microstructure ng inihandang melamine foam sa iba't ibang mga magnification. Ang ibabaw ng melamine foam na pinahiran ng graphene oxide ay nagpapakita ng kulubot at magkakaugnay na istraktura ng network.
Ang laki ng pore ng rGO-coated melamine foam ay nasa pagitan ng 20 at 40 μm. Ang bukas na butas ng butas na istraktura at kulubot na ibabaw ay nagpapadali sa pagtitiwalag ng graphene oxide. Ang pinababang graphene oxide-coated melamine foam ay may magandang water wettability dahil sa hydrophilicity ng porous melamine foam.
Sa sandaling dumampi ang isang patak ng tubig sa ibabaw ng pinababang graphene oxide-coated na melamine foam, ganap itong nasisipsip sa loob ng 0.5 segundo. Ang hydrophilic na ibabaw ng pinababang graphene oxide composites ay maaaring mabilis na gumabay sa drainage sa loob ng porous na istraktura. Ang porosity ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam ay natukoy sa pamamagitan ng paghahambing ng mga pagbabago sa masa bago at pagkatapos ng pagsipsip ng tubig.
Ang porosity ng graphene oxide-coated melamine foam ay maaaring umabot sa 85.55%. Direktang nakakaapekto ang solar energy absorption sa pamamagitan ng pinababang graphene oxide-coated melamine foam sa solar-to-heat conversion efficiency ng system. Upang suriin ang paglaban ng asin, ang pinababang graphene oxide-coated melamine foam ay inilagay sa sodium chloride solution (3.5 wt%).
Pagkatapos ay 3 g ng solid sodium chloride ay inilagay sa itaas na ibabaw at ang Tergo-coated melamine foam ay inilagay sa solar density na 1 kW m−2. Ang dami ng solidong asin ay unti-unting natutunaw pagkatapos ng 120 minuto.
Kapag ang sikat ng araw ay sumikat sa ibabaw ng rGO-coated melamine foam , ang temperatura ng rGO-coated melamine foam ay mabilis na tumataas sa loob ng ilang minuto at nananatili sa 35°C sa buong proseso ng pagsingaw. Dahil ang solubility ng asin ay nakadepende sa temperatura, mas mataas ang temperatura, mas mabilis na natutunaw ang asin at samakatuwid ang salt iron ay maaaring muling matunaw sa tubig sa ibabaw.
Sa pinababang graphene oxide-coated melamine foam, na maraming pores na may mataas na kapasidad sa pagsipsip ng tubig na maaaring magbigay ng tuluy-tuloy na supply ng tubig sa tuktok na ibabaw, ang mga asin ay maaaring lumipat mula sa itaas na ibabaw patungo sa sublayer ng tubig. Ang mga pagbabago sa temperatura ay humahantong sa mga pagbabago sa kaasinan sa pagitan ng itaas na ibabaw ng pagsingaw at ng katawan.
Upang makakuha ng broadband at mahusay na pagsipsip ng enerhiya ng solar, binago ang melamine foam gamit ang porous hydrophilic melamine foam, at sa gayon ay tumataas ang lugar ng ibabaw ng solar absorption at tumataas ang maramihang pagkalat.
Ang solar interfacial evaporation system batay sa rGO-coated melamine foam ay nagpapakita ng mabilis na thermal response sa solar power density na 1 kW m−2, na nakakamit ng steady-state solar thermal conversion na kahusayan na 89.6%.
Sa wakas, isinama namin ang isang pinababang graphene oxide-coated melamine foam evaporator sa isang solar still, na maaaring makagawa ng 56.4% na inuming tubig na may akumulasyon ng asin sa 1 kW m−2.
Inaakala namin na ang solar-powered na interfacial desalination device na ito ay maaaring gamitin sa mga nakahiwalay na isla o sa karagatan upang mangolekta ng inuming tubig mula sa masaganang tubig-dagat o iba pang mapagkukunan ng tubig-alat.
Konklusyon
Ang desalination rGO-coated melamine foam, bilang isang makabago at mahusay na teknolohiya ng solar desalination, ay may malaking potensyal at mga prospect ng aplikasyon. Hindi lamang ito makakapagbigay ng maaasahang mapagkukunan ng sariwang tubig para sa mga lugar na kulang sa tubig, ngunit binabawasan din ang pag-asa sa tradisyonal na enerhiya, bawasan ang pagkonsumo ng enerhiya at polusyon sa kapaligiran.
Ang mga resulta ng pananaliksik na ito ay magbibigay ng mahalagang kontribusyon sa paglutas ng pandaigdigang problema sa kakulangan sa mapagkukunan ng tubig-tabang at isulong ang pagsasakatuparan ng napapanatiling pag-unlad.
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.