Sonkrag-aangedrewe tussenvlakverdamping (SIE) word beskou as een van die mees belowende tegnologieë om varswatertekorte te verlig as gevolg van die vermoë om sonenergie doeltreffend te gebruik om vars water te produseer. Boonop het sonverdampers unieke voordele in die behandeling van gekonsentreerde soutafvalwater . Die verdampingsproses produseer slegs soutkristalle as 'n neweproduk, wat dus geen vloeistofontlading bereik nie. Die ophoping van sout in die verdamper sal egter die absorpsie van lig belemmer en die ontsnapping van stoom beïnvloed, wat uiteindelik lei tot 'n afname in die verdampingsprestasie van die verdamper of selfs mislukking.
Om hierdie probleem te verlig, het sommige navorsers 'n "soutsirkulasie"-strategie voorgestel. Dit wil sê, 'n sirkulasiepad is ontwerp vir die oplossing om souione toe te laat om terug te vloei in die pekelwater, om sodoende te verhoed dat sout op die verdampingsoppervlak kristalliseer, en sodoende deurlopende en stabiele verdamping verkry word. Hierdie metode sal egter veroorsaak dat die soutgehalte van die oplossing toeneem, en die probleem van soutkristallisasie is steeds onvermydelik.
Nog 'n oplossing is die "uitsouting"-strategie. Dit wil sê, die struktuur word so gereguleer dat die sout by voorkeur in die nie-verdampingsarea gekristalliseer word, waardeur die impak van soutkristallisasie op verdampingsprestasie verminder word, en sodoende die gelyktydige versameling van sout en vars water bereik. Die "uitsouting"-strategie staar egter steeds 'n paar ernstige uitdagings in die praktiese toepassing in die gesig.
Eerstens beperk eendimensionele pekelvervoer absorpsiekapasiteit, wat die algehele verdampingstempo aansienlik verminder. Tweedens vereis die soutkristallisasiestrategie gereelde verwydering van soutkristalle, wat moeilik is om outomaties van die verdamperoppervlak af te val as gevolg van hul sterk adhesie. As die sout wat neergesit is nie betyds verwyder word nie, sal die verdampingsprestasie noodwendig verminder word. Daarbenewens benodig baie hoë-doeltreffende sonverdampers gevaarlike of tydrowende voorbereidingsprosesse, soos hoëdruk-, laevakuum- of hoëtemperatuur-hittebehandelings.
Daarom is die ontwikkeling van 'n duursame sonverdamper om langtermyn, doeltreffende en stabiele waterverdamping en soutversameling te bereik deur 'n eenvoudige voorbereidingsproses vir nulvloeistofontsouting 'n onbereikte wetenskaplike doelwit.
Op grond van bogenoemde uitdagings het die navorsingspan van Shandong Eerste Mediese Universiteit 'n driedimensionele gradiëntgrafeen-spiraal-aerogel-verdamper voorberei, wat doeltreffende sonverdamping van hoë-konsentrasie soutwater kan bewerkstellig en geen vloeistofafvoer kan bereik.
Ten einde te voldoen aan die streng vereistes van sonkragverdampers in terme van doeltreffende sonabsorpsie, volle energiebenutting, uitstekende soutweerstand en langtermynstabiliteit, fokus die projekontwerp hoofsaaklik op die volgende vier sleutelpunte:
Fokus op strukturele ontwerp en verbetering van chemiese stabiliteit
Die verdamper moet 'n sterk netwerkstruktuur en chemiese stabiliteit hê, wat noodsaaklik is om langtermyn, doeltreffende en stabiele sonontsouting te bereik. Daarom het hulle laekoste-, superhidrofiliese, hoëporositeit- en hoëveerkragtigheidsmelamienskuim as die ondersteunende skelet van die sonverdamper gekies.
Hulle het toe die meganiese eienskappe van grafeen-aerogels met melamienskuim as die skelet in verskeie modusse bestudeer, insluitend kompressie, buiging en spanning, om hul meganiese eienskappe omvattend te evalueer.
Om die robuustheid en duursaamheid daarvan onder werklike toedieningstoestande verder te verifieer, het die navorsingspan toetse onder 'n verskeidenheid uiterste toestande uitgevoer.
Spesifiek het hulle die monster herhaaldelik 20 keer in lug en water gebuig, dit in suur en alkaliese oplossings geweek en dit in strawwe omgewings soos hoë temperatuur en ultrasoniese roering geplaas.
Na hierdie streng toetse het hulle geen beduidende veranderinge in die monster se voorkoms en mikrostruktuur gevind nie, wat sy uitstekende duursaamheid en strukturele stabiliteit ten volle gedemonstreer het.
Fokus op vereenvoudiging en ekonomiese verbetering van vervaardigingsprosesse
Om eenvoud en ekonomie in die vervaardigingsproses van verdamper te bereik en die gebruik van duur toerusting te vermy, het hulle die volgende voorbereidingstappe ontwerp:
Die eerste stap is warm druk
Deur gebruik te maak van warmperstegnologie het die navorsingspan melamienskuim van verskillende diktes saamgepers om 'n voorafgedrukte melamienfilm met 'n dikte van 1 mm te verkry.
Gedurende hierdie proses, soos die verhouding van die oorspronklike dikte van die monster tot die finale saamgeperste dikte toeneem, word die poriegrootte van die voorafgeperste melamienfilm fyn gereguleer van 150 μm tot 20 μm , wat 'n unieke driedimensionele gradiëntnetwerkstruktuur vorm.
Die tweede stap is oppervlakbespuiting
Gebruik 'n spuitbottel om die grafeenoksiedsuspensie eweredig op die oppervlak van die voorafgeperste melamienfilm te spuit . Die eenvormige verspreiding van grafeenoksied in die film is bereik, wat die grondslag gelê het vir daaropvolgende sonreduksie.
Die derde stap is atmosferiese druk droog
Nadat hulle gespuit is, het hulle die film direk in die lug geplaas vir natuurlike lugdroog. Hierdie stap vermy die komplekse, tydrowende en energieverbruikende voorbereidingsprosesse soos vriesdroging, superkritiese droging en oplosmiddelvervanging.
Die vierde stap is sonligvermindering
Dit wil sê om 'n vergrootglas te gebruik om sonlig op die monster te fokus. Onder die werking van ultravioletstrale verander die kleur van die monsteroppervlak vinnig van bruin na swart, wat aandui dat die grafeenoksied suksesvol tot gereduseerde grafeenoksied gereduseer is.
Hierdie sonreduksiemetode is nie net eenvoudig om te bedryf en omgewingsvriendelik nie, maar vereis ook nie die gebruik van chemiese reduseermiddels of hoë-temperatuur termiese reduksieprosesse nie, wat produksiekoste en omgewingsbesoedeling aansienlik verminder.
Fokus op doeltreffende sonenergie-absorpsie en die vermindering van energieverlies
Sonverdampers moet nie net 'n wye reeks sonenergie absorbeer en in termiese energie omskakel nie, maar ook energieverliese wat deur diffuse refleksie en termiese straling veroorsaak word, minimaliseer en bykomende energie van die omgewing opvang. Die verdampingsproses by die sonkrag-koppelvlak word beheer deur drie energiestrome: sonenergie-insette, verdampingsenergie-uitset en energie wat na die omgewing versprei word.
Ongelukkig ondervind konvensionele tweedimensionele sonkragverdampers probleme met energie-afvoer as gevolg van hitte-uitruiling met die omliggende omgewing, wat dit moeilik maak om die ideale 100% son-na-stoom-omskakelingsdoeltreffendheid te bereik. Daarteenoor kan driedimensionele sonverdampers die teoretiese limiet van sonkrag-na-stoom-omskakelingsdoeltreffendheid verbreek.
Om die energieverlies wat veroorsaak word deur diffuse refleksie en termiese bestraling op die boonste oppervlak van die driedimensionele monster te verminder, het die span 'n driedimensionele spiraalkonkawe grafeen-aerogel ontwerp.
Hierdie struktuur het nie net hoër absorpsie en laer reflektiwiteit nie, maar sy sywande is ook in staat om omgewingshitte en hitte wat diffuus weerkaats word van die bodem af te absorbeer, en sodoende effektiewe energieherwinning moontlik te maak.
Fokus op souttoleransie-optimering en soutkristallisasiebestuur
Dit is; deur 'n unieke vervoerkanaal te ontwerp, word die radiale vervoer van pekelwater bevorder, wat lei tot rigtinggewende kristallisasie van sout. Hierdie ontwerp verhoed nie net effektief dat sout neerslaan en verstop op die verdamperoppervlak nie, maar realiseer ook die effektiewe versameling en benutting van sout, en sodoende die doeltreffendheid en volhoubaarheid van die ontsoutingsproses aansienlik verbeter.
Spesifiek het hulle 'n driedimensionele gradiëntgrafeennetwerkstruktuur ontwerp en voorberei, gebaseer op 'n voorafgeperste melamienporeuse film . Hierdie gradiëntgrafeennetwerk, wat yl aan die binnekant en dig aan die buitekant is, kan 'n radiale kapillêre kragverskil vorm, wat die radiale vervoer van pekelwater bevorder. Soos stoom steeds gegenereer word, verhoog die radiale vloei van pekelwater die pekelwaterkonsentrasie in die buitenste oppervlakarea, wat veroorsaak dat die sout rigtinggewend op die buitenste oppervlak eerder as die binneste oppervlak kristalliseer. Hierdie ontwerp verseker dat die binneste oppervlak van die verdamper voldoende verdampingsarea handhaaf, waardeur doeltreffende en stabiele sonverdamping verkry word.
Dit is die moeite werd om te noem dat die verdamper sy hele buitenste oppervlak vir soutkristallisasie gebruik, wat die kristallisasie-area baie groter maak as ander rigting-kristallisasie-verdampers.
Soutkristalle is hoofsaaklik saamgestel uit losgepakte soutkristalle met volop porieë, wat voordelig is vir die vervoer van pekelwater en die vrystelling van stoom.
Verder, as gevolg van die verdampende verkoelingseffek, is die oppervlaktemperatuur van die soutlaag laer as die omgewingstemperatuur. Hierdie eienskap stel die verdamper in staat om meer energie uit die omgewing te absorbeer, wat die verdampingsprestasie verder verbeter.
Artikelbron: Deep Tech
Die navorsingsgroep: Shandong Eerste Mediese Universiteit Span Navorsingsgroep
Die artikel is aangehaal vanaf: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Vir meer inligting oor SINOYQX Melamienskuim, kontak ons asseblief by [email protected] of stuur 'n telefoonboodskap aan ons: +86-28-8411-1861.
Sommige prente en tekste word vanaf die internet gereproduseer, en die kopiereg behoort aan die oorspronklike outeur. As daar enige oortreding is, kontak ons asseblief om dit uit te vee.