Сонечнае міжфазнае выпарэнне (SIE) лічыцца адной з найбольш перспектыўных тэхналогій для барацьбы з дэфіцытам прэснай вады дзякуючы сваёй здольнасці эфектыўна выкарыстоўваць сонечную энергію для вытворчасці прэснай вады. Акрамя таго, сонечныя выпарнікі маюць унікальныя перавагі ў ачыстцы канцэнтраваных салёных сцёкавых вод . Працэс выпарвання ўтварае толькі крышталі солі ў якасці пабочнага прадукту, тым самым дасягаючы нулявога скіду вадкасці. Аднак назапашванне солі ў выпарніку перашкаджае паглынанню святла і ўплывае на выхад пары, што ў канчатковым выніку прыводзіць да зніжэння прадукцыйнасці выпарніка або нават да яго паломкі.
Каб палегчыць гэтую праблему, некаторыя даследчыкі прапанавалі стратэгію «цыркуляцыі солі». Гэта значыць, для раствора прызначаны цыркуляцыйны шлях, які дазваляе іёнам солі цячы назад у расол, тым самым прадухіляючы крышталізацыю солі на паверхні выпарэння, тым самым дасягаючы бесперапыннага і стабільнага выпарэння. Аднак гэты метад прывядзе да павелічэння салёнасці раствора, і праблема крышталізацыі солі па-ранейшаму непазбежная.
Іншае рашэнне - стратэгія «высалёўвання». Гэта значыць, структура рэгулюецца такім чынам, каб соль пераважна крышталізавалася ў зоне невыпарэння, тым самым памяншаючы ўплыў крышталізацыі солі на прадукцыйнасць выпарэння, тым самым дасягаючы адначасовага збору салёнай і прэснай вады. Аднак стратэгія «высалёўвання» ўсё яшчэ сутыкаецца з сур'ёзнымі праблемамі ў практычным прымяненні.
Па-першае, аднамерны транспарт расола абмяжоўвае паглынальную здольнасць, значна зніжаючы агульную хуткасць выпарэння. Па-другое, стратэгія крышталізацыі солі патрабуе рэгулярнага выдалення крышталяў солі, якія цяжка аўтаматычна адпасці ад паверхні выпарніка з-за іх моцнай адгезіі. Калі своечасова не выдаліць адкладзеную соль, эфектыўнасць выпарвання непазбежна знізіцца. Акрамя таго, многія высокаэфектыўныя сонечныя выпарнікі патрабуюць небяспечных або працаёмкіх працэсаў падрыхтоўкі, такіх як цеплавая апрацоўка высокім ціскам, нізкім вакуумам або высокай тэмпературай.
Такім чынам, распрацоўка трывалага сонечнага выпарніка для дасягнення доўгатэрміновага, эфектыўнага і стабільнага выпарэння вады і збору солі праз просты працэс падрыхтоўкі да апраснення з нулявым выкідам вадкасці з'яўляецца недасягнутай навуковай мэтай.
Грунтуючыся на вышэйпералічаных праблемах, даследчая група Шаньдунскага Першага медыцынскага ўніверсітэта падрыхтавала трохмерны градыентны графенавы спіральны аэрагельны выпарнік, які дазваляе дасягнуць эфектыўнага сонечнага выпарэння салёнай вады з высокай канцэнтрацыяй і нулявога выкіду вадкасці.
Для таго, каб адпавядаць строгім патрабаванням сонечных выпарнікаў з пункту гледжання эфектыўнага паглынання сонечнай энергіі, поўнага выкарыстання энергіі, выдатнай солестойкасці і доўгатэрміновай стабільнасці, дызайн праекта ў асноўным сканцэнтраваны на наступных чатырох ключавых момантах:
Засяродзьцеся на структурным дызайне і павышэнні хімічнай стабільнасці
Выпарнік павінен мець трывалую сеткавую структуру і хімічную стабільнасць, што мае вырашальнае значэнне для дасягнення доўгатэрміновага, эфектыўнага і стабільнага сонечнага апраснення. Таму ў якасці апорнага каркаса сонечнага выпарніка яны выбралі недарагі, супергідрафільны, высокасітаваты і высокапругкі меламінавы пенапласт .
Затым яны вывучылі механічныя ўласцівасці графенавых аэрагеляў з меламінавай пенай у якасці шкілета ў розных рэжымах, уключаючы сціск, выгіб і расцяжэнне, каб комплексна ацаніць іх механічныя ўласцівасці.
Для далейшай праверкі яго надзейнасці і даўгавечнасці ў рэальных умовах прымянення даследчая група правяла выпрабаванні ў розных экстрэмальных умовах.
У прыватнасці, яны неаднаразова згіналі ўзор 20 разоў у паветры і вадзе, замочвалі яго ў кіслых і шчолачных растворах , а таксама змяшчалі ў неспрыяльныя ўмовы, такія як высокая тэмпература і ультрагукавое перамешванне.
Пасля гэтых строгіх выпрабаванняў яны не выявілі істотных змен у знешнім выглядзе і мікраструктуры ўзору, што цалкам прадэманстравала яго выдатную трываласць і структурную стабільнасць.
Засяродзьцеся на спрашчэнні і эканамічным удасканаленні вытворчых працэсаў
Каб дасягнуць прастаты і эканоміі ў працэсе вытворчасці выпарніка і пазбегнуць выкарыстання дарагога абсталявання, яны распрацавалі наступныя этапы падрыхтоўкі:
Першы крок - гарачы адціск
Выкарыстоўваючы тэхналогію гарачага прэсавання, даследчая група сціснула меламінавыя пены рознай таўшчыні, каб атрымаць папярэдне адціснутую меламінавую плёнку таўшчынёй 1 мм.
Падчас гэтага працэсу, па меры павелічэння суадносін першапачатковай таўшчыні ўзору да канчатковай сціснутай таўшчыні, памер пор папярэдне прэсаванай меламінавай плёнкі дакладна рэгулюецца ад 150 мкм да 20 мкм , утвараючы ўнікальную трохмерную градыентную сеткавую структуру.
Другі крок - павярхоўнае напыленне
Выкарыстоўвайце пульверызатар, каб раўнамерна распыліць суспензію аксіду графену на паверхню папярэдне прэсаванай меламінавай плёнкі . Было дасягнута раўнамернае размеркаванне аксіду графену ў плёнцы, што заклала аснову для наступнага сонечнага аднаўлення.
Трэці этап - сушка пры атмасферным ціску
Пасля распылення яны змясцілі плёнку прама на паветра для натуральнай сушкі на паветры. Гэты крок дазваляе пазбегнуць складаных, працаёмкіх і энергазатратных працэсаў падрыхтоўкі, такіх як сублимационная сушка, звышкрытычная сушка і замена растваральніка.
Чацвёрты этап - памяншэнне сонечнага святла
Гэта значыць выкарыстанне лупы для факусіроўкі сонечнага святла на ўзоры. Пад дзеяннем ультрафіялетавых прамянёў колер паверхні ўзору хутка змяняецца з карычневага на чорны, што сведчыць аб тым, што аксід графена быў паспяхова адноўлены да адноўленага аксіду графена.
Гэты метад сонечнага аднаўлення не толькі просты ў эксплуатацыі і экалагічна чысты, але таксама не патрабуе выкарыстання хімічных аднаўляльнікаў або высокатэмпературных працэсаў тэрмічнага аднаўлення, значна зніжаючы вытворчыя выдаткі і забруджванне навакольнага асяроддзя.
Засяродзьцеся на эфектыўным паглынанні сонечнай энергіі і мінімізацыі страт энергіі
Сонечныя выпарнікі павінны не толькі паглынаць і пераўтвараць шырокі спектр сонечнай энергіі ў цеплавую, але і мінімізаваць страты энергіі, выкліканыя дыфузным адлюстраваннем і цеплавым выпраменьваннем, і захопліваць дадатковую энергію з навакольнага асяроддзя. Працэс выпарэння на сонечнай мяжы кіруецца трыма патокамі энергіі: уваходам сонечнай энергіі, выхадам энергіі выпарэння і энергіяй, якая рассейваецца ў навакольнае асяроддзе.
На жаль, звычайныя двухмерныя сонечныя выпарнікі сутыкаюцца з праблемамі рассейвання энергіі з-за цеплаабмену з навакольным асяроддзем, што робіць цяжкім дасягненне ідэальнай 100% эфектыўнасці пераўтварэння сонечнай энергіі ў пар. Наадварот, трохмерныя сонечныя выпарнікі могуць парушыць тэарэтычную мяжу эфектыўнасці пераўтварэння сонечнай энергіі ў пар.
Каб паменшыць страты энергіі, выкліканыя дыфузным адлюстраваннем і цеплавым выпраменьваннем на верхняй паверхні трохмернага ўзору, каманда распрацавала трохмерны спіральны ўвагнуты аэрагель з графена.
Гэтая структура не толькі мае больш высокую паглынальную здольнасць і меншую адбівальную здольнасць, але яе бакавыя сценкі таксама здольныя паглынаць навакольнае цяпло і цяпло, дыфузна адлюстраванае ад дна, што дазваляе эфектыўна аднаўленне энергіі.
Засяродзьцеся на аптымізацыі солевынослівасці і кіраванні крышталізацыяй солі
Гэта значыць; шляхам распрацоўкі унікальнага транспартнага канала спрыяе радыяльны транспарт расола, што прыводзіць да накіраванай крышталізацыі солі. Такая канструкцыя не толькі эфектыўна прадухіляе адклад солі і забіванне на паверхні выпарніка, але і забяспечвае эфектыўны збор і ўтылізацыю солі, што значна павышае эфектыўнасць і ўстойлівасць працэсу апраснення.
У прыватнасці, яны распрацавалі і падрыхтавалі трохмерную градыентную графенавую сеткавую структуру на аснове папярэдне прэсаванай меламінавай порыстай плёнкі . Гэтая градыентная графенавая сетка, разрэджаная ўнутры і шчыльная звонку, можа ўтвараць радыяльную розніцу капілярных сіл, што спрыяе радыяльнаму пераносу расолу. Па меры таго, як пара працягвае выпрацоўвацца, радыяльны паток расолу павялічвае канцэнтрацыю расолу ў вобласці вонкавай паверхні, у выніку чаго соль крышталізуецца накіравана на вонкавую паверхню, а не на ўнутраную. Такая канструкцыя гарантуе, што ўнутраная паверхня выпарніка падтрымлівае дастатковую плошчу выпарэння, тым самым дасягаючы эфектыўнага і стабільнага сонечнага выпарэння.
Варта адзначыць, што выпарнік выкарыстоўвае ўсю вонкавую паверхню для крышталізацыі солі, што робіць плошчу крышталізацыі значна большай, чым у іншых выпарніках накіраванай крышталізацыі.
Крышталі солі ў асноўным складаюцца з няшчыльных крышталяў солі з багатымі порамі, якія спрыяюць транспарціроўцы расола і выпуску пары.
Акрамя таго, з-за астуджальнага эфекту выпарэння тэмпература паверхні пласта солі ніжэй тэмпературы навакольнага асяроддзя. Гэтая характарыстыка дазваляе выпарніку паглынаць больш энергіі з навакольнага асяроддзя, яшчэ больш паляпшаючы прадукцыйнасць выпарэння.
Крыніца артыкула: Deep Tech
Даследчая група: даследчая група першага медыцынскага універсітэта Шаньдуна
Артыкул цытуецца з: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Каб атрымаць дадатковую інфармацыю пра меламінавую пену SINOYQX, звяжыцеся з намі па адрасе [email protected] або па тэлефоне: +86-28-8411-1861.
Некаторыя выявы і тэксты ўзяты з Інтэрнэту, і аўтарскія правы належаць першапачатковаму аўтару. Калі ёсць якія-небудзь парушэнні, калі ласка, звяжыцеся з намі, каб выдаліць.