L'evaporazione interfacciale à energia solare (SIE) hè cunsiderata una di e tecnulugie più promettenti per alleviare a scarsità d'acqua dolce per via di a so capacità di utilizà in modu efficiente l'energia solare per pruduce acqua dolce. Inoltre, l'evaporatori solari anu vantaghji unichi in u trattamentu di l'acqua residuale salina cuncintrata . U prucessu di evaporazione produce solu cristalli di sale cum'è sottoproduttu, ottenendu cusì una scarica liquida zero. Tuttavia, l'accumulazione di sale in l'evaporatore impedirà l'assorbimentu di a luce è influenzerà a fuga di vapore, purtendu infine à una diminuzione di e prestazioni di evaporazione di l'evaporatore o ancu à un fallimentu.
Per allistà stu prublema, certi circadori anu prupostu una strategia di "circulazione di sali". Vale à dì, un percorsu di circulazione hè pensatu per a suluzione per permette à l'ioni di sali di ritruvà in a salatura, impediscendu cusì chì u sali cristallizzieghja nantu à a superficia di l'evaporazione, ottenendu cusì una evaporazione cuntinua è stabile. Tuttavia, stu metudu pruvucarà a salinità di a suluzione per aumentà, è u prublema di a cristallizazione di u sali hè sempre inevitabbile.
Una altra suluzione hè a strategia di "salting out". Vale à dì, a struttura hè regulata in modu chì u sali hè preferenzialmente cristallizatu in l'area senza evaporazione, riducendu cusì l'impattu di a cristallizazione di u sali nantu à u rendiment di l'evaporazione, ottenendu cusì a cullizzioni simultanea di salitu è acqua fresca. Tuttavia, a strategia di "salting out" face sempre alcune sfide severi in l'applicazione pratica.
Prima, u trasportu di salmuera unidimensionale limita a capacità di assorbimentu, riducendu significativamente a rata di evaporazione generale. Siconda, a strategia di cristallizazione di u sali richiede una rimozione regulare di i cristalli di sali, chì sò difficiuli di cascà automaticamente da a superficia di l'evaporatore per via di a so forte aderenza. Se u salitu dipositu ùn hè micca eliminatu in u tempu, u rendiment di evaporazione serà inevitabbilmente ridutta. Inoltre, assai evaporators sulari d'alta efficienza necessitanu prucessi di preparazione periculosi o di tempu, cum'è trattamenti di calore à alta pressione, bassu vacuum o alta temperatura.
Dunque, u sviluppu di un evaporatore solare durable per ottene l'evaporazione di l'acqua è a cullizzioni di sali à longu andà, efficaci è stabile per mezu di un prucessu simplice di preparazione per a desalinizazione di scaricamentu di liquidu zero hè un scopu scientificu micca rializatu.
Basatu annantu à e sfide sopra, u squadra di ricerca di Shandong First Medical University hà preparatu un evaporatore di aerogelu spirale di grafene gradiente tridimensionale, chì pò ottene l'evaporazione solare efficiente di l'acqua salata à alta cuncentrazione è ottene un scaricamentu di liquidu zero.
Per risponde à i stretti requisiti di l'evaporatori solari in quantu à l'assorbimentu solare efficiente, l'utilizazione completa di l'energia, l'eccellente resistenza à u sali è a stabilità à longu andà, u disignu di u prughjettu si concentra principalmente in i seguenti quattru punti chjave:
Focus nantu à u disignu strutturale è u rinfurzà a stabilità chimica
L'evaporatore hà bisognu di avè una struttura di rete forte è una stabilità chimica, chì hè cruciale per ottene una desalinizazione solare à longu andà, efficiente è stabile. Dunque, anu sceltu una schiuma di melamina à bassu costu, super idrofila, ad alta porosità è alta resilienza cum'è scheletru di supportu di l'evaporatore solare.
Dopu anu studiatu e proprietà meccaniche di l'aerogels di grafene cù scuma di melamina cum'è u scheletru in modi multipli, cumprese a compressione, a curvatura è a tensione, per valutà cumpletamente e so proprietà meccaniche.
Per verificà ulteriormente a so robustezza è a durabilità in e cundizioni attuali di l'applicazione, u squadra di ricerca hà realizatu teste in una varietà di cundizioni estremi.
In particulare, anu piegatu ripetutamente u campione 20 volte in aria è acqua, l'anu immersu in soluzioni acide è alcaline , è l'anu piazzatu in ambienti difficili cum'è alte temperature è agitazione ultrasonica.
Dopu à sti testi rigorosi, ùn anu trovu cambiamenti significativi in l'aspettu è a microstruttura di a mostra, chì dimustravanu cumplettamente a so durabilità eccellente è a stabilità strutturale.
Focus nantu à a simplificazione è a migliurà ecunomica di i prucessi di fabricazione
Per ottene simplicità è ecunumia in u prucessu di fabricazione di l'evaporatore è evità l'usu di l'equipaggiu caru, anu designatu i seguenti passi di preparazione:
U primu passu hè una pressa calda
Utilizendu a tecnulugia di pressa à caldu, u squadra di ricerca hà cumpressu spume di melamina di diversi spessori per ottene una film di melamina prepressata cù un spessore di 1 mm.
Durante stu prucessu, à misura chì u rapportu trà u spessore originale di u campione è u spessore finale cumpressu aumenta, a dimensione di i pori di u film di melamina pre-pressatu hè finamente regulata da 150 μm à 20 μm , furmendu una struttura unica di rete di gradiente tridimensionale.
U sicondu passu hè a spraying di a superficia
Aduprate una buttiglia spray per spruzzà a sospensione d'ossidu di grafene uniformemente nantu à a superficia di u film di melamina pre-pressatu . Hè stata ottenuta a distribuzione uniforme di l'ossidu di grafene in u film, chì hà messu e basi per a successiva riduzione solare.
U terzu passu hè l'asciugatura di pressione atmosferica
Dopu à spraying, pusonu a film direttamente in l'aria per l'asciugatura di l'aire naturali. Stu passu evita i prucessi di preparazione cumplessi, di tempu è di cunsumu d'energia, cum'è a congelazione, l'asciugatura supercritica è a sostituzione di solventi.
U quartu passu hè a riduzione di u sole
Vale à dì, utilizendu una lente per fucalizza a luce di u sole nantu à a mostra. Sottu à l'azzione di i raghji ultravioletti, u culore di a superficia di mostra cambia rapidamente da marrone à neru, chì indica chì l'ossidu di grafene hè statu ridutta cù successu à l'ossidu di grafene ridutta.
Stu metudu di riduzzione solare ùn hè micca solu simplice per uperà è amichevule à l'ambiente, ma ancu ùn hà micca bisognu di l'usu di agenti riducenti chimichi o prucessi di riduzzione termale à alta temperatura, riducendu significativamente i costi di produzzione è a contaminazione ambientale.
Focus nantu à l'assorbimentu efficiente di l'energia solare è a minimizazione di a perdita di energia
L'evaporatori solari ùn deve micca solu assorbe è cunvertisce una larga gamma di energia solare in energia termica, ma ancu minimizzà e perdite di energia causate da a riflessione diffusa è a radiazione termica, è catturà energia supplementaria da l'ambiente. U prucessu di evaporazione à l'interfaccia solare hè cuntrullatu da trè flussi d'energia: input di energia solare, output di energia di evaporazione, è energia dissipata à l'ambiente.
Sfurtunatamente, l'evaporatori solari bidimensionali cunvinziunali facenu prublemi di dissipazione di l'energia per via di u scambiu di calore cù l'ambiente circondu, rendendu difficiuli di ottene l'efficienza di cunversione ideale di 100% solare à vapore. In cuntrastu, evaporators sulari tridimensionale pò rompe u limitu teorichi di efficienza di cunversione sulari-à-vapuri.
Per riduce a perdita d'energia causata da a riflessione diffusa è a radiazione termale nantu à a superficia superiore di a mostra tridimensionale, a squadra hà designatu un aerogelu di grafene cuncavu spirale tridimensionale.
Sta struttura ùn hè micca solu una assorbanza più alta è una riflettività più bassa, ma i so pareti laterali sò ancu capaci di assorbe u calore ambientale è u calore diffusamente riflessu da u fondu, permettendu cusì una ricuperazione di energia efficace.
Focus nantu à l'ottimisazione di a tolleranza di u sali è a gestione di a cristallizazione di u sali
Hè; designendu un canali di trasportu unicu, u trasportu radiale di salmu hè promossi, chì porta à a cristallizazione direzzione di u sali. Stu disignu ùn solu impedisce in modu efficau di u salinu di dipositu è di l'ingaghjamentu nantu à a superficia di l'evaporatore, ma ancu rializeghja a cullizzioni efficace è l'utilizazione di u sali, migliurà cusì significativamente l'efficienza è a sustenibilità di u prucessu di desalinizazione.
In particulare, anu cuncipitu è preparatu una struttura di rete di grafene à gradiente tridimensionale basata annantu à un film porosu di melamina pre-pressatu . Sta rete di grafene à gradiente, chì hè sparsa à l'internu è densa à l'esternu, pò furmà una differenza di forza capillare radiale, chì prumove u trasportu radiale di a salamoia. Mentre u vapore cuntinueghja à esse generatu, u flussu radiale di a salamoia aumenta a cuncentrazione di salamoia in a superficia esterna, pruvucendu a cristallizazione direzionale di u sale nantu à a superficia esterna piuttostu chè nantu à a superficia interna. Stu cuncepimentu assicura chì a superficia interna di l'evaporatore mantene una zona di evaporazione sufficiente, ottenendu cusì una evaporazione solare efficiente è stabile.
Hè da nutà chì l'evaporatore usa tutta a so superficia esterna per a cristalizazione di u sali, facendu l'area di cristallizazione assai più grande di l'altri evaporatori di cristallizazione direzzione.
I cristalli di sali sò principarmenti cumposti di cristalli di sali di sali impaccati cù pori abbundanti, chì sò benefizii per u trasportu di salmuera è a liberazione di vapore.
Inoltre, per via di l'effettu di rinfrescante evaporativu, a temperatura di a superficia di a capa di sali hè più bassu di a temperatura ambientale. Questa caratteristica permette à l'evaporatore di assorbe più energia da l'ambiente, migliurà ancu u rendiment di l'evaporazione.
Fonte di l'articulu: Deep Tech
U gruppu di ricerca: Shandong First Medical University Team Research Group
L'articulu hè citatu da: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
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