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太阳能蒸发器为淡水提供了一条新途径

发布时间:2019-05-14 16:31:17 来源:

全世界约有10亿人无法获得安全的饮用水。将咸水淡化成可饮用的水可以帮助填补这个危险的空白。但传统的海水淡化系统在许多地方安装和运行成本太高,特别是在低收入国家和偏远地区。

现在,马里兰大学A. James Clark工程学院的研究人员已经证明了一种成功的原型,即可以负担得起的小规模海水淡化的一个关键部件:一种廉价的木材制太阳能蒸发器。马来西亚能源创新研究院材料科学与工程副教授,副教授梁良兵表示,蒸发器产生的蒸汽效率高,维护需求极低。

该设计采用了一种称为界面蒸发的技术,“由于其太阳能蒸汽效率高,环境影响小,便携式设备设计成本低,因此显示出应对全球水资源短缺的巨大潜力,”胡说。“这些特性使其适用于离网水的生成和净化,尤其适用于低收入国家。”

界面蒸发器由漂浮在盐水上的薄材料制成。吸收太阳能在顶部,蒸发器不断从下方拉出盐水,并将其转化为蒸汽在其顶部表面,留下盐,Hu说,他是一篇描述高级材料工作的论文的资深作者。

然而,随着时间的推移,盐会在这个蒸发表面积聚,逐渐降低性能,直到它被移除,他说。

胡和他的同事用椴木制成的设备最大限度地减少了对这种维护的需求,这种设备利用木材的微米宽通道的自然结构,将水和营养物质带到树上。

研究人员和论文的第一作者Yudi Kuang表示,研究人员通过在木材的薄横截面上钻第二层毫米宽的通道来补充这些天然通道。然后,研究人员将顶部表面短暂暴露在高温下,使表面碳化,以获得更大的太阳能吸收。

在操作中,当设备吸收太阳能时,它通过木材的天然微米宽通道吸取咸水。盐从这些微小的通道自发地通过沿其侧面的自然开口交换到更宽的钻孔通道,然后容易溶解回到下面的水中。

“在实验室中,我们成功地证明了在各种盐浓度下都具有出色的防污性能,蒸汽产生稳定,效率高达75%,”Kuang说。

“使用天然木材作为唯一的起始材料,预计拒盐的太阳能蒸发器将是低成本的,”研究助理Chaoji Chen补充说。蒸发器方法对于具有类似自然通道的其他类型的木材也是有效的。研究人员现在正在优化他们的系统,以提高效率,降低资本成本,并与蒸汽冷凝器集成,以完成海水淡化循环。

Hu的实验室最近还开发了另一种太阳能加热原型设备,该设备利用碳化木材吸收和分配太阳能的能力 - 这一设备旨在帮助清理难以收集的重油溢出物。“我们的碳化木材材料展示了快速有效的原油吸收,以及低成本和可扩展的制造潜力,”在一篇关于高级功能材料研究的论文的第一作者Kuang说。

“木材是一种有趣的材料支架,具有独特的层次多孔结构,是一种可再生,丰富且具有成本效益的资源,”胡说。“在我们的实验室中,对生物材料(尤其是木材)的基本了解使我们获得了与广泛使用但不可持续的材料相竞争的卓越性能。”

在其他项目中,他的实验室创造了轻便有效的“纳米食品”绝缘材料。它还设计了“超级木材”,比天然木材强12倍,坚韧10倍,在某些应用中可能取代钢,钛或碳纤维,他说。

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