Fel ffordd gynaliadwy o ddefnyddio adnoddau dŵr, mae gan ddihalwyno solar botensial mawr i ddatrys y broblem o adnoddau dŵr ffres annigonol a lliniaru prinder dŵr. Fodd bynnag, mae technoleg dihalwyno dŵr môr traddodiadol yn aml yn cael problemau megis defnydd uchel o ynni, offer cymhleth, a chost uchel.
Yn y blynyddoedd diwethaf, mae technolegau cotio dihalwyno newydd yn seiliedig ar nanoddeunyddiau wedi denu sylw ymchwilwyr yn raddol. Mae graphene ocsid lleihau graphene, fel deunydd dau ddimensiwn newydd, wedi dangos potensial sylweddol mewn dihalwyno solar.
O'i gymharu â deunyddiau cotio dihalwyno traddodiadol, mae gan rGO fanteision dargludedd rhagorol, arwynebedd penodol uchel a sefydlogrwydd cemegol da, a disgwylir iddo wella effeithlonrwydd dihalwyno a lleihau'r defnydd o ynni.
Fodd bynnag, mae gan rGO ei hun broblemau o ran crynhoi a dyddodiad, sy'n lleihau ei weithgarwch a'i sefydlogrwydd. Felly, mae gosod rGO ar ddeunyddiau ewyn i ffurfio haen gyfansawdd ewyn melamin /rGO wedi dod yn ffordd effeithiol o wella effeithlonrwydd a sefydlogrwydd dadhalwyno.
Trwy addasu wyneb a chryfhau priodweddau cludwr y deunydd ewyn, fe wnaethom osod rGO yn unffurf ar yr wyneb ewyn i gynyddu ei ardal gyswllt ag ïonau halen yn y dŵr. Ar yr un pryd, mae strwythur a thrwch y cotio rGO yn cael eu rheoli i wneud y gorau o effeithlonrwydd dihalwyno a sefydlogrwydd.
Er mwyn cael dealltwriaeth ddyfnach o'r mecanwaith dihalwyno, fe wnaethom hefyd baratoi ewyn graphene ocsid (rGO) gostyngol. Mae gan ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene triocsid ficrostrwythur mandyllog a hydrophilicity cynhenid, sy'n caniatáu iddo gael gwlybedd da a gall ddenu dŵr i'r ardal anweddu, gan ganiatáu i ddŵr gael ei ailgyflenwi'n gyflym tra'n osgoi dyddodiad halen.
Gall y system anweddu rhyngwynebol o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid gyflawni effeithlonrwydd anweddiad cyflwr cyson o 89.6% o dan 1kW m−2 tanwydd solar. Mae gan y system anweddu rhyngwynebol hon effeithlonrwydd trosi solar-i-wres uchel a sefydlogrwydd hirdymor da, gan ddangos potensial ar gyfer dihalwyno dŵr môr masnachol.
Ar hyn o bryd, mae'r argyfwng ynni byd-eang a phrinder dŵr wedi dod yn fygythiadau mawr i ddatblygiad cynaliadwy cymdeithas ddynol. Er mwyn cwrdd â'r galw cynyddol am ynni, mae datblygiad amrywiol dechnolegau trosi ynni a phuro dŵr perfformiad uchel wedi cael sylw cynyddol.
Technoleg anweddiad rhyngwynebol wedi'i bweru gan yr haul
Fel ffynhonnell ynni adnewyddadwy addawol, mae ynni'r haul yn ganlyniad i'w gapasiti tra-mawr, cyffredinolrwydd, glendid, a galluoedd trosi aml-swyddogaethol. Mae wedi dangos y potensial i ddisodli tanwyddau ffosil a gedwir gan danwydd ffosil.
Yn ogystal â thechnoleg ffotofoltäig solar sy'n cynhyrchu ynni trydanol yn uniongyrchol, mae technoleg trosi ynni solar-thermol hefyd yn amsugno ynni'r haul ac yn ei drawsnewid yn ynni thermol, a ystyrir yn ffordd syml ac effeithiol o ddefnyddio ynni'r haul.
Gall yr ynni thermol a drosir o ynni solar yrru prosesau diwydiannol pwysig megis gorsafoedd pŵer solar thermol, dihalwyno solar, sterileiddio, systemau gwresogi dŵr solar a chymwysiadau eraill sy'n gysylltiedig â gwres. Mae dihalwyno solar yn cynnig ateb effeithiol, yn enwedig ar gyfer ardaloedd sydd heb seilwaith, oherwydd gall echdynnu dŵr ffres o ddŵr môr heb fewnbwn ynni ychwanegol.
Yn ystod y blynyddoedd diwethaf, mae technoleg anweddu rhyngwyneb solar sy'n cael ei gyrru gan yr haul yn lleoli'r broses trosi gwres solar yn y rhyngwyneb hylif-anwedd ac mae wedi dod yn dechnoleg defnyddio ynni solar newydd. O'u cymharu â gwresogi annatod traddodiadol, mae systemau anweddu rhyngwynebol yn dangos effeithlonrwydd anweddu uwch ac ymateb thermol cyflymach ac maent yn ddewis arall posibl ar gyfer dihalwyno dŵr môr.
Hyd yn hyn, mae llawer o astudiaethau wedi'u cynnal ar wella perfformiad thermol systemau anweddu rhyngwynebol. Mae system anweddu rhyngwyneb wynebol nodweddiadol a yrrir gan yr haul yn cynnwys tair rhan bwysig:
Mae amsugnwr solar ag amsugno solar uchel ac yn trosi ymbelydredd solar yn ynni gwres yn effeithlon; ynysydd sy'n trosglwyddo'r gwres wedi'i drawsnewid i'r swmp-dŵr; a llwybr cyflenwad dŵr sy'n tynnu dŵr yn barhaus o'r swmp dŵr i wyneb yr amsugnwr solar.
Mewn astudiaethau blaenorol, mae nifer fawr o ymchwilwyr wedi ymroi i wella effeithlonrwydd cyffredinol y trawsnewid o ynni solar i stêm trwy syntheseiddio deunyddiau sy'n amsugno ynni band eang ac ynni solar, optimeiddio dyluniad llwybrau cyflenwi dŵr newydd, a gwella strwythurau inswleiddio thermol .
Hyd yn hyn, mae systemau anweddiad rhyngwynebol sy'n cael eu gyrru gan yr haul wedi'u defnyddio mewn llawer o brosesau diwydiannol, distyllu solar ysgogedig, sterileiddio solar, dihalwyno solar a chynhyrchu pŵer solar. Er mwyn cyflawni perfformiad anweddiad uchel y system, mae'n bwysig archwilio'r amsugno band eang ar draws sbectrwm solar deunyddiau amsugno solar.
Mae'r deunyddiau amsugno ynni solar a ddatblygir ac a archwiliwyd mewn systemau anweddiad rhyngwynebol sy'n cael eu gyrru gan yr haul yn bennaf yn cynnwys deunyddiau carbonaidd, gronynnau plasmonig a deunyddiau amsugno sbectrol. Yn eu plith, mae gan ddeunyddiau du a charbonaidd naturiol alluoedd trosi gwres solar cryf ac maent yn addas ar gyfer amsugyddion solar band eang a dwyster uchel.
Oherwydd eu cyfradd amsugno solar uchel, cost isel, a sefydlogrwydd da, mae llawer o amsugwyr solar carbon wedi'u hastudio, gan gynnwys nanotiwbiau carbon, graffit, a llai o ocsid graphene. Ar ôl blynyddoedd o ddatblygiad, mae effeithlonrwydd trosi solar-i-stêm y system o dan olau dydd wedi cyrraedd mwy na 90%.
Er y bu gwelliannau mawr wrth ddatblygu deunyddiau amsugno ynni solar a dylunio strwythurau anweddiad rhyngwynebol, roedd y rhan fwyaf o ddyfeisiau dihalwyno solar a adroddwyd yn flaenorol o ganlyniad i groniad halen ar wyneb uchaf yr anweddydd yn ystod y broses dihalwyno. Mae'r halen cronedig yn blocio amsugno solar ac yn blocio'r anweddydd mandyllog, gan arwain at effeithlonrwydd trosi solar-i-wres isel a pherfformiad anweddiad gwael.
Yn gyffredinol, defnyddir dulliau ffisegol traddodiadol megis tonnau ultrasonic a throchi dŵr i gael gwared â halwynau cronedig, ond gall y dulliau hyn achosi difrod i strwythur anweddiad y rhyngwyneb yn hawdd.
Er mwyn lleihau cronni halen mewn systemau anweddu rhyngwynebol, mae llawer o astudiaethau wedi canolbwyntio ar ddatblygu anweddiad hydroffobig. Fodd bynnag, mae anweddyddion hydroffobig yn cyfyngu'r cyflenwad dŵr i'r wyneb uchaf, a thrwy hynny leihau perfformiad anweddu'r system. Ffordd arall o ddatrys y broblem hon yw defnyddio anweddydd hydroffilig, sy'n symud gormod o halen o'r wyneb uchaf i'r swmp dŵr.
Hyd yn hyn, mae llawer o astudiaethau wedi canolbwyntio ar ddylunio anweddyddion hydroffilig, megis pilenni ffabrig cellwlos hydroffilig, pilenni hydroffilig papur, ac anweddyddion bio-ysbrydoledig. Ond mae datblygu system anweddu rhyng-wynebol sefydlog a hynod effeithlon hirdymor sy'n cael ei gyrru gan yr haul yn parhau i fod yn her sylweddol.
Yn yr astudiaeth hon, rydym yn dangos ewyn graphene ocsid gostyngol (rGO) sy'n gwrthsefyll halen ac sy'n hynod effeithlon sy'n amsugno'r halen ac sy'n ymateb yn gyflym, ar gyfer dihalwyno rhyngwynebol a yrrir gan yr haul o dan olau solar fflworoleuedd isel.
Yn y strwythur mandyllog newydd, dewiswyd ewyn melamin hydroffilig (MF) fel y sylfaen, sydd nid yn unig yn ehangu'r arwynebedd ar gyfer amsugno'r haul ond hefyd yn gwella gwasgariad lluosog.
Mae hydrophilicity wyneb a mandylledd yr ewyn melamin llai o ocsid graphene yn darparu gwlychu ac ymasiad digonol o'r parth trosi gwres solar, yn ogystal ag ailgyflenwi dŵr yn gyflym, tra'n osgoi cronni halwynau.
Gan fanteisio ar berfformiad uchel llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid, mae'r system ryngwyneb sy'n cael ei bweru gan yr haul yn gallu cyfradd trosi solar-i-stêm o 89.6%.
At hynny, trwy integreiddio llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid i mewn i ynni solar masnachol, fe wnaethom ddylunio a ffugio dyfais dihalwyno dŵr môr rhyngwynebol a yrrir gan yr haul gydag effeithlonrwydd trosi solar-i-ddŵr o 56.4% o dan olau dydd. Oherwydd dihalwyno solar, mae'r dŵr glân a gesglir o ansawdd yfed.
Gyda pherfformiad anweddiad uwch a scalability deunyddiau trosi solar-i-thermol, mae'r system hon ar gyfer dihalwyno dŵr môr rhyngwynebol a yrrir gan yr haul yn cyflwyno rhagolygon cymhwyso eang mewn cymwysiadau ymarferol o ddihalwyno dŵr môr.
Scalability deunyddiau trosglwyddo gwres dihalwyno solar
System anweddu rhyngwynebol yn seiliedig ar lai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid. Mae ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid yn y canol ac wedi'i lapio gan haen o ewyn polyethylen (PE) ar y tu allan i adeiladu system anweddu rhyngwyneb wynebol hunan-swigod.
Defnyddir ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid wedi'i leihau gan tellurium i amsugno ymbelydredd solar digwyddiad yn gyflym, trosi ynni'r haul yn wres, a chynhyrchu grym gyrru ar gyfer anweddiad rhyngwynebol. Ar y llaw arall, gall ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid llai o hydroffilig dynnu heli i'r parth anweddu yn barhaus.
Mae strwythur mandyllog yr ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene triocsid yn caniatáu i'r anwedd a gynhyrchir ddianc i'r amgylchedd, gan hyrwyddo dal golau'r haul a thrwy hynny gynyddu effeithlonrwydd trosi solar-i-wres. Mae'r llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid yn fandyllog ac yn hydroffilig, gan ganiatáu iddo dynnu dŵr i'r strwythur anweddu a ddisgrifir uchod wrth ddadelfennu halwynau crynodedig yn ôl i'r dŵr môr swmp ar yr un pryd.
Yn ystod y broses anweddu, mae crynodiad yr halen yn yr ewyn yn uwch na chrynodiad dŵr y môr ar y gwaelod. Mae newidiadau yn y crynodiad yn achosi i'r halen chwalu i'r dŵr swmp. Yn ogystal, nid yn unig mae'r ewyn polyethylen o'i gwmpas yn lleihau'r ewyn melamin wedi'i orchuddio ag ocsid graffen , ond mae hefyd yn casglu'n naturiol ar wyneb y dŵr, gan atal colli gwres a achosir gan y dŵr halen o'i gwmpas.
Gall systemau anweddu rhyngwyneb weithredu'n barhaus ac yn effeithlon ar arwynebau dŵr heb fod angen dyluniadau adeiladu cymhleth. Ar ben hynny, gan fod anweddiad yn digwydd ar y rhyngwyneb nwy-hylif, gall y system anweddu rhyngwynebol symud yn annibynnol pan fydd y rhyngwyneb yn cilio.
Mae ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid wedi'i leihau gan Tellurium yn elfen allweddol o'r system anweddu rhyngwynebol. Cafodd ewyn melamin ei drochi mewn ataliad colloidal graphene ocsid i baratoi ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid wedi'i leihau, ac yna gostyngwyd graphene ocsid i mewn i lai o graffamine ocsid gan ddefnyddio dull hydrothermol.
Mae ewyn melamin llai wedi'i orchuddio â graphene ocsid â diamedr o 3.5 cm a thrwch o 1.6 cm yn hawdd i'w wneud ac mae ei liw yn ddu dwfn.
Dangosodd garwder wyneb y deunydd ewyn melamin llai o ocsid graphene a welwyd gan ddefnyddio microsgop optegol tri dimensiwn amrywiad uchder o fwy na 300 μm. Mae strwythur arwyneb garw cyfansoddion trosi thermol solar yn cael ei briodoli'n bennaf i strwythur mandyllog ewyn melamin, ac mae'r ocsid graphene gostyngol wedi'i addasu hefyd yn cynyddu'r garwedd arwyneb.
Mae garwedd wyneb yn ymhelaethu ar arwynebedd arwyneb amsugno solar tra'n cynyddu gwasgariad lluosog o olau haul digwyddiad, gan wella effeithlonrwydd trosi solar-i-wres y system. Microstrwythur yr ewyn melamin parod ar wahanol chwyddiadau. Mae'r wyneb ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid yn arddangos strwythur rhwydwaith wrinkled a rhyng-gysylltiedig.
Mae maint mandwll ewyn melamin wedi'i orchuddio â rGO rhwng 20 a 40 μm. Mae'r strwythur mandwll agored a'r arwyneb crychlyd yn hwyluso dyddodiad graphene ocsid. Mae gan yr ewyn melamin llai o ocsid graphene wlybedd dŵr da oherwydd hydrophilicity yr ewyn melamin mandyllog.
Unwaith y bydd defnyn dŵr yn cyffwrdd ag wyneb yr ewyn melamin llai o ocsid wedi'i orchuddio â graphene, caiff ei amsugno'n llwyr o fewn 0.5 eiliad. Gall arwyneb hydroffilig cyfansoddion graphene ocsid llai arwain y draeniad yn gyflym o fewn y strwythur mandyllog. Penderfynwyd ar fandylledd llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid trwy gymharu'r newidiadau màs cyn ac ar ôl amsugno dŵr.
Gall mandylledd ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid gyrraedd 85.55%. Mae amsugno ynni'r haul gan lai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid yn effeithio'n uniongyrchol ar effeithlonrwydd trosi solar-i-wres y system. Er mwyn gwerthuso'r ymwrthedd halen, gosodwyd llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid mewn hydoddiant sodiwm clorid (3.5 wt%).
Yna gosodwyd 3 g o sodiwm clorid solet ar yr wyneb uchaf a gosodwyd yr ewyn melamin wedi'i orchuddio â Tergo ar ddwysedd solar o 1 kW m−2. Mae faint o halen solet yn hydoddi'n raddol ar ôl 120 munud.
Pan fydd golau haul yn tywynnu ar wyneb uchaf yr ewyn melamin wedi'i orchuddio ag rGO , mae tymheredd yr ewyn melamin wedi'i orchuddio ag rGO yn codi'n gyflym o fewn munudau ac yn aros ar 35°C drwy gydol y broses anweddu. Gan fod hydoddedd halen yn dibynnu ar dymheredd, po uchaf yw'r tymheredd, y cyflymaf y mae'r halen yn hydoddi ac felly gellir ail-hydoddi'r haearn halen yn y dŵr wyneb.
Mewn llai o ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid, sydd â nifer o fandyllau â chynhwysedd amsugno dŵr uchel a all ddarparu cyflenwad dŵr parhaus i'r wyneb uchaf, gall halwynau symud o'r wyneb uchaf i'r is-haen o ddŵr. Mae newidiadau tymheredd yn arwain at newidiadau halltedd rhwng yr arwyneb anweddiad uchaf a'r corff.
Er mwyn cael band eang ac amsugno ynni solar yn effeithlon, addaswyd ewyn melamin gydag ewyn melamin hydroffilig hydraidd, a thrwy hynny gynyddu arwynebedd amsugno solar a chynyddu gwasgariad lluosog.
Mae'r system anweddu rhyngwyneb solar sy'n seiliedig ar ewyn melamin wedi'i orchuddio â rGO yn dangos ymateb thermol cyflym ar ddwysedd pŵer solar o 1 kW m−2, gan gyflawni effeithlonrwydd trosi thermol solar cyflwr cyson o 89.6%.
Yn olaf, fe wnaethom integreiddio llai o anweddydd ewyn melamin wedi'i orchuddio â graphene ocsid i lonydd solar, a all gynhyrchu 56.4% o ddŵr yfed gyda chroniad halen ar 1 kW m−2.
Rydym yn rhagweld y gellid defnyddio'r ddyfais dihalwyno rhyngwynebol hon sy'n cael ei phweru gan yr haul ar ynysoedd anghysbell neu yn y cefnfor i gasglu dŵr yfed o ddŵr môr toreithiog neu adnoddau dŵr halen eraill.
Casgliad
Mae gan ewyn melamin wedi'i orchuddio â rGO dihalwyno, fel technoleg dihalwyno solar arloesol ac effeithlon, botensial mawr a rhagolygon cymhwyso. Gall nid yn unig ddarparu adnoddau dŵr ffres dibynadwy ar gyfer ardaloedd sy'n brin o ddŵr, ond hefyd yn lleihau dibyniaeth ar ynni traddodiadol, lleihau'r defnydd o ynni a llygredd amgylcheddol.
Bydd canlyniadau'r ymchwil hwn yn gwneud cyfraniad pwysig at ddatrys y broblem prinder adnoddau dŵr croyw byd-eang a hyrwyddo gwireddu datblygu cynaliadwy.
Am ragor o wybodaeth am Ewyn Melamin SINOYQX, cysylltwch â ni yn [email protected] neu anfonwch neges atom: +86-28-8411-1861.
Mae rhai lluniau a thestunau yn cael eu hatgynhyrchu o'r Rhyngrwyd, ac mae'r hawlfraint yn eiddo i'r awdur gwreiddiol. Os oes unrhyw dor-rheol, cysylltwch â ni i ddileu.