Päikeseenergial töötavat faasidevahelist aurustamist (SIE) peetakse üheks paljulubavamaks tehnoloogiaks magevee nappuse leevendamiseks tänu selle võimele päikeseenergiat tõhusalt magevee tootmiseks kasutada. Lisaks on päikeseaurustitel ainulaadsed eelised kontsentreeritud soolase reovee töötlemisel . Aurustusprotsessis tekivad kõrvalsaadusena ainult soolakristallid, mistõttu vedeliku eraldumist ei toimu. Soola kogunemine aurustisse aga takistab valguse neeldumist ja mõjutab auru väljumist, mis viib lõpuks aurusti aurustumisvõime vähenemiseni või isegi rikkeni.
Selle probleemi leevendamiseks on mõned teadlased pakkunud välja soolaringluse strateegia. See tähendab, et lahuse jaoks on ette nähtud tsirkulatsioonitee, mis võimaldab soolaioonidel voolata tagasi soolvette, takistades seeläbi soola kristalliseerumist aurustuspinnal, saavutades seeläbi pideva ja stabiilse aurustumise. Kuid see meetod suurendab lahuse soolsust ja soolade kristalliseerumise probleem on endiselt vältimatu.
Teine lahendus on väljasoolamise strateegia. See tähendab, et struktuur on reguleeritud nii, et sool kristalliseerub eelistatavalt mitteaurustumisalas, vähendades seeläbi soola kristalliseerumise mõju aurustumisvõimele, saavutades seeläbi soola ja magevee samaaegse kogumise. Väljasoolamise strateegial on aga praktilisel rakendamisel endiselt tõsiseid väljakutseid.
Esiteks piirab ühemõõtmeline soolvee transport imamisvõimet, vähendades oluliselt üldist aurustumiskiirust. Teiseks nõuab soola kristalliseerimise strateegia regulaarset soolakristallide eemaldamist, mida on raske aurusti pinnalt automaatselt maha kukkuda tugeva nakkumise tõttu. Kui ladestunud soola õigel ajal ei eemaldata, väheneb aurustumisvõime paratamatult. Lisaks nõuavad paljud ülitõhusad päikeseaurustid ohtlikke või aeganõudvaid ettevalmistusprotsesse, nagu kõrgsurve-, madalvaakumi- või kõrge temperatuuriga kuumtöötlus.
Seetõttu on saavutamata teaduslik eesmärk vastupidava päikeseaurusti väljatöötamine, et saavutada pikaajaline, tõhus ja stabiilne vee aurustamine ja soolade kogumine lihtsa ettevalmistusprotsessi kaudu vedeliku väljaheiteta magestamise jaoks.
Ülaltoodud väljakutsetele tuginedes valmistas Shandongi esimese meditsiiniülikooli uurimisrühm ette kolmemõõtmelise gradiendiga grafeenispiraalse aerogeeli aurusti, mis võimaldab saavutada kõrge kontsentratsiooniga soolase vee tõhusa päikeseaurustumise ja vedeliku väljavoolu nulli.
Päikeseaurustite rangete nõuete täitmiseks tõhusa päikese neeldumise, täieliku energiakasutuse, suurepärase soolakindluse ja pikaajalise stabiilsuse osas keskendub projekti kavandamine peamiselt järgmisele neljale põhipunktile:
Keskenduge konstruktsiooni disainile ja keemilise stabiilsuse suurendamisele
Aurusti peab olema tugeva võrgustiku struktuuri ja keemilise stabiilsusega, mis on pikaajalise, tõhusa ja stabiilse päikeseenergia magestamise saavutamiseks ülioluline. Seetõttu valisid nad päikeseaurusti tugiskeletiks odava, ülihüdrofiilse, suure poorsusega ja suure elastsusega melamiinvahu .
Seejärel uurisid nad grafeeni aerogeelide mehaanilisi omadusi koos karkassina melamiinvahuga mitmes režiimis, sealhulgas kokkusurumine, painutamine ja pinge, et hinnata nende mehaanilisi omadusi põhjalikult.
Selle vastupidavuse ja vastupidavuse edasiseks kontrollimiseks tegelikes kasutustingimustes viis uurimisrühm läbi katseid erinevates ekstreemsetes tingimustes.
Täpsemalt painutasid nad proovi korduvalt 20 korda õhus ja vees, leotasid seda happelistes ja aluselistes lahustes ning asetasid selle karmidesse keskkondadesse, nagu kõrge temperatuur ja ultraheli segamine.
Pärast neid rangeid katseid ei leidnud nad proovi välimuses ja mikrostruktuuris olulisi muutusi, mis näitasid täielikult selle suurepärast vastupidavust ja struktuurset stabiilsust.
Keskenduge tootmisprotsesside lihtsustamisele ja majanduslikule täiustamisele
Aurusti tootmisprotsessi lihtsuse ja ökonoomsuse saavutamiseks ning kallite seadmete kasutamise vältimiseks kavandasid nad järgmised ettevalmistusetapid:
Esimene samm on kuumpressimine
Kuumpressimistehnoloogiat kasutades surus uurimisrühm kokku erineva paksusega melamiinvahud, et saada 1 mm paksune eelpressitud melamiinkile.
Selle protsessi käigus, kui proovi algse paksuse ja lõpliku kokkusurutud paksuse suhe suureneb, reguleeritakse eelpressitud melamiinkile pooride suurust peenelt 150 μm -st 20 μm -ni , moodustades ainulaadse kolmemõõtmelise gradientvõrgustiku struktuuri.
Teine samm on pinna pihustamine
Pihustage grafeenoksiidi suspensioon pihustuspudeliga ühtlaselt eelpressitud melamiinkile pinnale . Saavutati grafeenoksiidi ühtlane jaotumine kiles, mis pani aluse järgnevale päikesekiirguse vähendamisele.
Kolmas etapp on atmosfäärirõhul kuivatamine
Pärast pihustamist asetasid nad kile loomulikuks õhukuivamiseks otse õhku. See samm väldib keerulisi, aeganõudvaid ja energiakulukaid ettevalmistusprotsesse, nagu külmkuivatamine, ülekriitiline kuivatamine ja lahusti asendamine.
Neljas samm on päikesevalguse vähendamine
See tähendab, et päikesevalguse fookustamiseks proovile suurendusklaasi. Ultraviolettkiirte toimel muutub proovipinna värv kiiresti pruunist mustaks, mis näitab, et grafeenoksiid on edukalt redutseeritud redutseeritud grafeenoksiidiks.
See päikeseenergia vähendamise meetod pole mitte ainult lihtne kasutada ja keskkonnasõbralik, vaid ei nõua ka keemiliste redutseerivate ainete kasutamist ega kõrge temperatuuriga termilise redutseerimise protsesse, mis vähendab oluliselt tootmiskulusid ja keskkonnareostust.
Keskenduge tõhusale päikeseenergia neeldumisele ja energiakadude minimeerimisele
Päikeseaurustid ei pea mitte ainult neelama ja muutma soojusenergiaks suurt hulka päikeseenergiat, vaid ka minimeerima hajuvast peegeldusest ja soojuskiirgusest põhjustatud energiakadusid ning püüdma keskkonnast täiendavat energiat. Päikese liidesel toimuvat aurustumisprotsessi juhivad kolm energiavoogu: päikeseenergia sisend, aurustumisenergia väljund ja keskkonda hajuv energia.
Kahjuks seisavad tavapärased kahemõõtmelised päikeseaurustid silmitsi energia hajumise probleemidega, mis on tingitud soojusvahetusest ümbritseva keskkonnaga, mistõttu on raske saavutada ideaalset 100% päikeseenergiast auruks muundamise efektiivsust. Seevastu kolmemõõtmelised päikeseaurustid võivad murda päikeseenergia auruks muundamise efektiivsuse teoreetilise piiri.
Selleks, et vähendada kolmemõõtmelise proovi ülemisel pinnal hajuvast peegeldusest ja soojuskiirgusest põhjustatud energiakadu, kavandas meeskond kolmemõõtmelise spiraalselt nõgusa grafeeni aerogeeli.
Sellel konstruktsioonil pole mitte ainult suurem neelduvus ja väiksem peegeldusvõime, vaid selle külgseinad suudavad neelata ka ümbritsevat soojust ja põhjast hajusalt peegelduvat soojust, võimaldades seeläbi tõhusat energia taaskasutamist.
Keskenduge soola taluvuse optimeerimisele ja soola kristallisatsiooni juhtimisele
See tähendab; ainulaadse transpordikanali kujundamisega soodustatakse soolvee radiaalset transporti, mis viib soola suunalise kristalliseerumiseni. See disain mitte ainult ei takista tõhusalt soola ladestumist ja ummistumist aurusti pinnale, vaid tagab ka soola tõhusa kogumise ja kasutamise, parandades seega oluliselt magestamisprotsessi tõhusust ja jätkusuutlikkust.
Täpsemalt kavandasid ja valmistasid nad kolmemõõtmelise gradientgrafeeni võrgustiku struktuuri, mis põhineb eelpressitud poorsel melamiinikilel . See gradientgrafeeni võrgustik, mis on seestpoolt hõre ja väljastpoolt tihe, võib moodustada radiaalse kapillaarjõudude erinevuse, mis soodustab soolvee radiaalset transporti. Auru tekkimise jätkudes suurendab soolvee radiaalne vool soolvee kontsentratsiooni välispinnal, põhjustades soola kristalliseerumise suunatud suunas välispinnale, mitte sisepinnale. See disain tagab, et aurusti sisepind säilitab piisava aurustumisala, saavutades seeläbi tõhusa ja stabiilse päikese aurustumise.
Tasub mainida, et aurusti kasutab soola kristalliseerimiseks kogu oma välispinda, muutes kristallisatsiooniala palju suuremaks kui teistel suunakristallimisaurustitel.
Soolakristallid koosnevad peamiselt lõdvalt pakitud, rohkete pooridega soolakristallidest, mis on kasulikud soolvee transpordiks ja auru eraldamiseks.
Lisaks on aurustava jahutusefekti tõttu soolakihi pinnatemperatuur madalam kui ümbritseva õhu temperatuur. See omadus võimaldab aurustil absorbeerida keskkonnast rohkem energiat, parandades veelgi aurustumisvõimet.
Artikli allikas: Deep Tech
Uurimisrühm: Shandongi esimese meditsiiniülikooli meeskonna uurimisrühm
Artikkel on tsiteeritud aadressilt: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Lisateabe saamiseks SINOYQX melamiinvahu kohta võtke meiega ühendust aadressil [email protected] või helistage telefonil +86-28-8411-1861.
Mõned pildid ja tekstid on reprodutseeritud Internetist ning autoriõigused kuuluvad algsele autorile. Rikkumise korral võtke meiega kustutamiseks ühendust.