Suv resurslaridan foydalanishning barqaror usuli sifatida quyosh energiyasini sho‘rlantirish chuchuk suv resurslari yetishmasligi muammosini hal qilish va suv tanqisligini bartaraf etishda katta imkoniyatlarga ega. Biroq, an'anaviy dengiz suvini tuzsizlantirish texnologiyasi ko'pincha yuqori energiya iste'moli, murakkab uskunalar va yuqori narx kabi muammolarga ega.
So'nggi yillarda nanomateriallarga asoslangan yangi tuzsizlantiruvchi qoplama texnologiyalari asta-sekin tadqiqotchilarning e'tiborini tortdi. Grafen oksidi yangi ikki o'lchovli material sifatida grafenni kamaytirdi, quyoshni tuzsizlantirishda muhim salohiyatni ko'rsatdi.
An'anaviy tuzsizlantirish qoplama materiallari bilan solishtirganda, rGO mukammal o'tkazuvchanlik, yuqori o'ziga xos sirt maydoni va yaxshi kimyoviy barqarorlik afzalliklariga ega va tuzsizlantirish samaradorligini oshirish va energiya sarfini kamaytirish kutilmoqda.
Biroq, rGO ning o'zida agregatsiya va cho'kish muammolari mavjud bo'lib, bu uning faolligi va barqarorligini pasaytiradi. Shuning uchun, melamin ko'pikli /rGO kompozit qoplamasini hosil qilish uchun rGO ni ko'pikli materiallarga mahkamlash tuzsizlantirish samaradorligi va barqarorligini oshirishning samarali usuliga aylandi.
Sirtni o'zgartirish va ko'pikli materialning tashuvchilik xususiyatlarini mustahkamlash orqali biz suvdagi tuz ionlari bilan aloqa qilish maydonini oshirish uchun ko'pik yuzasiga rGO ni bir xilda o'rnatdik. Shu bilan birga, tuzsizlantirish samaradorligi va barqarorligini optimallashtirish uchun rGO qoplamasining tuzilishi va qalinligi nazorat qilinadi.
Tuzsizlantirish mexanizmini chuqurroq tushunish uchun biz qisqartirilgan grafen oksidi (rGO) ko'pikini ham tayyorladik. Grafen trioksid bilan qoplangan melamin ko'pik o'ziga xos gözenekli mikro tuzilishga va gidrofillikka ega, bu uning yaxshi namlanishiga imkon beradi va bug'lanish maydoniga suvni jalb qilishi mumkin, bu esa tuzning yog'ingarchiliklaridan qochib, suvni tezda to'ldirishga imkon beradi.
Grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining interfaal bug'lanish tizimi 89.6 kVt m-1 quyosh yoqilg'isi ostida 2% barqaror bug'lanish samaradorligiga erishishi mumkin. Ushbu interfaal bug'lanish tizimi quyoshdan issiqlikka yuqori samaradorlik va yaxshi uzoq muddatli barqarorlikka ega bo'lib, dengiz suvini tijoriy tuzsizlantirish uchun potentsialni ko'rsatadi.
Hozirgi vaqtda global energiya inqirozi va suv tanqisligi insoniyat jamiyatining barqaror rivojlanishi uchun asosiy tahdidlarga aylandi. O'sib borayotgan energiya talabini qondirish uchun turli xil yuqori samarali energiya konvertatsiyasi va suvni tozalash texnologiyalarini ishlab chiqish tobora ortib bormoqda.
Quyosh energiyasi bilan ishlaydigan interfeys bug'lanish texnologiyasi
Istiqbolli qayta tiklanadigan energiya manbai sifatida quyosh energiyasi o'zining o'ta katta quvvati, universalligi, tozaligi va ko'p funktsiyali konvertatsiya qilish qobiliyati bilan bog'liq. Bu fotoalbom yoqilg'i bilan saqlanib qolgan qazib olinadigan yoqilg'ilarni almashtirish potentsialini ko'rsatdi.
Elektr energiyasini to'g'ridan-to'g'ri ishlab chiqaradigan quyosh fotovoltaik texnologiyasidan tashqari, quyosh-issiqlik energiyasini aylantirish texnologiyasi ham quyosh energiyasini o'zlashtiradi va uni issiqlik energiyasiga aylantiradi, bu quyosh energiyasidan foydalanishning oddiy va samarali usuli hisoblanadi.
Quyosh energiyasidan aylantirilgan issiqlik energiyasi quyosh issiqlik elektr stantsiyalari, quyoshni tuzsizlantirish, sterilizatsiya, quyosh suvini isitish tizimlari va boshqa issiqlik bilan bog'liq ilovalar kabi muhim sanoat jarayonlarini boshqarishi mumkin. Quyosh energiyasini tuzsizlantirish, ayniqsa infratuzilmaga ega bo'lmagan hududlar uchun samarali yechim taklif qiladi, chunki u qo'shimcha energiya sarflamasdan dengiz suvidan toza suv olishi mumkin.
So'nggi yillarda quyosh energiyasi bilan boshqariladigan interfasial bug'lanish texnologiyasi suyuqlik-bug' interfeysida quyosh-issiqlik konvertatsiya qilish jarayonini aniqlaydi va quyosh energiyasidan foydalanishning yangi texnologiyasiga aylandi. An'anaviy integral isitish bilan solishtirganda, interfaal bug'lanish tizimlari yuqori bug'lanish samaradorligi va tezroq termal javobni namoyish etadi va dengiz suvini tuzsizlantirish uchun potentsial alternativ hisoblanadi.
Hozirgacha fazalararo bug'lanish tizimlarining issiqlik ko'rsatkichlarini yaxshilash bo'yicha ko'plab tadqiqotlar olib borildi. Quyosh energiyasi bilan ishlaydigan odatiy bug'lanish tizimi uchta muhim qismdan iborat:
Quyosh nurini yuqori darajada yutish qobiliyatiga ega bo'lgan quyosh absorber va quyosh nurlanishini issiqlik energiyasiga samarali aylantiradi; aylantirilgan issiqlikni quyma suvga o'tkazadigan izolyator; va suvni doimiy ravishda quyma suvdan quyosh absorberining yuzasiga tortib oladigan suv ta'minoti yo'li.
Avvalgi tadqiqotlarda ko'plab tadqiqotchilar keng polosali va quyosh energiyasini yutuvchi materiallarni sintez qilish, yangi suv ta'minoti yo'llarini loyihalashni optimallashtirish va issiqlik izolyatsiyasi inshootlarini takomillashtirish orqali quyosh energiyasidan bug'ga o'tkazishning umumiy samaradorligini oshirishga o'zlarini bag'ishladilar.
Hozirgacha quyosh energiyasi bilan ishlaydigan interfasial bug'lanish tizimlari ko'plab sanoat jarayonlarida, quyosh distillash, quyosh sterilizatsiyasi, quyoshni tuzsizlantirish va quyosh energiyasini ishlab chiqarishda qo'llanilgan. Tizimning yuqori bug'lanish ko'rsatkichlariga erishish uchun quyosh nurini yutuvchi materiallarning quyosh spektri bo'ylab keng polosali yutilishni o'rganish muhimdir.
Quyosh energiyasi bilan ishlaydigan interfasial bug'lanish tizimlarida ishlab chiqilgan va o'rganilgan quyosh energiyasini yutuvchi materiallar asosan uglerodli materiallar, plazmonik zarralar va spektral tanlangan yutuvchi materiallarni o'z ichiga oladi. Ular orasida tabiiy qora va uglerodli materiallar kuchli quyosh-issiqlik konvertatsiya qilish qobiliyatiga ega va keng polosali va yuqori intensiv quyosh absorberlari uchun javob beradi.
Yuqori quyoshni yutish darajasi, arzonligi va yaxshi barqarorligi tufayli ko'plab uglerodga asoslangan quyosh absorberlari, jumladan, uglerod nanotubalari, grafit va kamaytirilgan grafen oksidi o'rganildi. Ko'p yillik rivojlanishdan so'ng, tizimning quyoshdan bug'ga o'tkazish samaradorligi kunduzgi yorug'lik ostida 90% dan oshdi.
Quyosh energiyasini yutuvchi materiallarni ishlab chiqish va fazalararo bug'lanish tuzilmalarini loyihalashda katta o'zgarishlar bo'lgan bo'lsa-da, ilgari ma'lum qilingan quyoshni tuzsizlantirish qurilmalarining aksariyati tuzsizlantirish jarayonida bug'lanish moslamasining yuqori yuzasida tuz to'planishi bilan bog'liq. Yig'ilgan tuz quyoshning yutilishini bloklaydi va gözenekli evaporatatorni to'sib qo'yadi, natijada quyoshdan issiqlikka o'tish samaradorligi past va bug'lanishning yomon ishlashiga olib keladi.
Ultrasonik to'lqinlar va suvga botirish kabi an'anaviy jismoniy usullar odatda to'plangan tuzlarni olib tashlash uchun ishlatiladi, ammo bu usullar interfeys bug'lanish tuzilishiga osongina zarar etkazishi mumkin.
Fazalararo bug'lanish tizimlarida tuzning to'planishini kamaytirish uchun ko'plab tadqiqotlar hidrofobik bug'lanishni rivojlantirishga qaratilgan. Biroq, hidrofobik evaporatatorlar suvning yuqori yuzasiga ta'minotini cheklaydi va shu bilan tizimning bug'lanish ko'rsatkichlarini pasaytiradi. Ushbu muammoni hal qilishning yana bir yo'li - gidrofilik evaporatatordan foydalanish, bu esa ortiqcha tuzni yuqori sirtdan quyma suvga o'tkazadi.
Bugungi kunga qadar ko'plab tadqiqotlar gidrofilik tsellyuloza mato membranalari, qog'ozga asoslangan gidrofil membranalar va bio-ilhomlantirilgan bug'lanish moslamalari kabi hidrofilik evaporatatorlarni loyihalashga qaratilgan. Ammo uzoq muddatli barqaror va yuqori samarali quyosh energiyasi bilan ishlaydigan interfaal bug'lanish tizimini ishlab chiqish muhim muammo bo'lib qolmoqda.
Ushbu tadqiqotda biz past floresansli quyosh yoritgichi ostida quyosh nurlari bilan boshqariladigan oraliq tuzsizlantirish uchun tuzga chidamli, yuqori samarali quyoshni yutuvchi va tez termal sezgir pasaytirilgan grafen oksidi (rGO) ko'pikini namoyish qilamiz.
Yangi g'ovakli tuzilishda asos sifatida gidrofil melamin ko'pigi (MF) tanlandi, bu nafaqat quyosh nurini yutish uchun sirt maydonini kengaytiradi, balki ko'p marta sochilishni ham kuchaytiradi.
Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining sirt gidrofilligi va porozligi quyosh issiqlik konversiya zonasining etarli darajada namlanishi va sintezini, shuningdek, tuzlarning to'planishiga yo'l qo'ymasdan, suvni tez to'ldirishni ta'minlaydi.
Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining yuqori mahsuldorligidan foydalangan holda, quyosh energiyasi bilan ishlaydigan interfeys tizimi 89.6% ni quyoshdan bug'ga aylantirishga qodir.
Bundan tashqari, kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikini tijorat quyosh energiyasiga integratsiyalash orqali biz quyosh nuri ostida quyoshdan suvga o'tkazish samaradorligi 56.4% bo'lgan quyosh energiyasi bilan boshqariladigan dengiz suvini tuzsizlantirish qurilmasini loyihalashtirdik va ishlab chiqardik. Quyosh energiyasidan tuzsizlanish tufayli to'plangan toza suv ichimlik sifatiga ega.
Yuqori bug'lanish ko'rsatkichlari va quyoshdan issiqlikka o'tkazish materiallarining miqyosi bilan, quyosh energiyasi bilan boshqariladigan dengiz suvini tuzsizlantirish uchun ushbu tizim dengiz suvini tuzsizlantirishning amaliy qo'llanilishida keng qo'llash istiqbollarini taqdim etadi.
Quyosh energiyasini tuzsizlantirish issiqlik o'tkazuvchanlik materiallarining miqyosi
Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikiga asoslangan interfasial bug'lanish tizimi. Ter grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik o'rtada joylashgan va o'z-o'zidan pufakchali interfaal bug'lanish tizimini qurish uchun tashqi tomondan polietilen (PE) ko'pik qatlami bilan o'ralgan.
Tellur-qaytarilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik quyosh nurlanishini tezda yutish, quyosh energiyasini issiqlikka aylantirish va interfaal bug'lanish uchun harakatlantiruvchi kuch yaratish uchun ishlatiladi. Boshqa tomondan, hidrofilik qaytarilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik bug'lanish zonasiga sho'r suvni doimiy ravishda jalb qilishi mumkin.
Grafen trioksid bilan qoplangan melamin ko'pikining gözenekli tuzilishi hosil bo'lgan bug'ning atrof-muhitga chiqishiga imkon beradi, quyosh nurini ushlab turishga yordam beradi va shu bilan quyoshdan issiqlikka o'tish samaradorligini oshiradi. Qaytarilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik gözenekli va hidrofil bo'lib, u yuqorida tavsiflangan bug'lanish strukturasiga suvni tortib olish va bir vaqtning o'zida konsentrlangan tuzlarni yana katta dengiz suviga parchalash imkonini beradi.
Bug'lanish jarayonida ko'pikdagi tuz konsentratsiyasi tubidagi dengiz suvi konsentratsiyasidan yuqori bo'ladi. Konsentratsiyaning o'zgarishi tuzning asosiy suvga parchalanishiga olib keladi. Bundan tashqari, atrofdagi polietilen ko'pik nafaqat grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikini kamaytiradi , balki suv yuzasida tabiiy ravishda to'planib, atrofdagi sho'r suv tufayli issiqlik yo'qotilishini oldini oladi.
Interfeys bug'lanish tizimlari murakkab konstruksiya loyihalarini talab qilmasdan suv yuzalarida uzluksiz va samarali ishlashi mumkin. Bundan tashqari, bug'lanish gaz-suyuqlik interfeysida sodir bo'lganligi sababli, interfeys chekinganda, interfaal bug'lanish tizimi avtonom ravishda harakatlanishi mumkin.
Tellur bilan qisqartirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik interfasial bug'lanish tizimining asosiy komponentidir. Melamin ko'pik grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikini tayyorlash uchun grafen oksidi kolloid suspenziyasiga botirildi, so'ngra grafen oksidi gidrotermal usul yordamida qisqartirilgan grafamin oksidiga aylantirildi.
Diametri 3.5 sm va qalinligi 1.6 sm bo'lgan qisqartirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikini ishlab chiqarish oson va rangi quyuq qora.
Uch o'lchovli optik mikroskop yordamida kuzatilgan pasaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikli materialning sirtining pürüzlülüğü 300 mkm dan ortiq balandlik o'zgarishini ko'rsatdi. Quyosh termal konvertatsiya qiluvchi kompozitlarning qo'pol sirt tuzilishi asosan melamin ko'pikining gözenekli tuzilishiga bog'liq va o'zgartirilgan pasaytirilgan grafen oksidi ham sirt pürüzlülüğünü oshiradi.
Yuzaki pürüzlülük quyosh nurlarining ko'p tarqalishini oshirib, quyoshni yutish sirt maydonini oshiradi va shu bilan tizimning quyoshdan issiqlikka o'tkazish samaradorligini oshiradi. Tayyorlangan ko'pikli melaminning turli kattalashtirishdagi mikro tuzilishi. Grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikli yuzasi ajin va o'zaro bog'langan tarmoq tuzilishini namoyish etadi.
rGO bilan qoplangan melamin ko'pikining teshik hajmi 20 dan 40 mkm gacha. Ochiq teshik tuzilishi va ajin yuzasi grafen oksidining cho'kishini osonlashtiradi. Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik, gözenekli melamin ko'pikining hidrofilligi tufayli suvni yaxshi namlash qobiliyatiga ega.
Suv tomchisi qisqartirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining yuzasiga tegsa, u 0.5 soniya ichida to'liq so'riladi. Kamaytirilgan grafen oksidi kompozitlarining hidrofilik yuzasi g'ovakli struktura ichidagi drenajni tezda yo'naltirishi mumkin. Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining g'ovakliligi suvni singdirishdan oldin va keyin massa o'zgarishlarini solishtirish orqali aniqlandi.
Grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikining porozligi 85.55% ga yetishi mumkin. Kamaytirilgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik bilan quyosh energiyasini yutish tizimning quyoshdan issiqlikka o'tkazish samaradorligiga bevosita ta'sir qiladi. Tuzga chidamliligini baholash uchun grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pik natriy xlorid eritmasiga (3.5 og'irlikda) joylashtirildi.
Keyin yuqori yuzaga 3 g qattiq natriy xlorid qo'yildi va Tergo bilan qoplangan melamin ko'pik 1 kVt m-2 quyosh zichligida joylashtirildi. Qattiq tuz miqdori 120 daqiqadan so'ng asta-sekin eriydi.
Quyosh nuri rGO bilan qoplangan melamin ko'pikining ustki yuzasiga tushganda , rGO bilan qoplangan melamin ko'pikining harorati bir necha daqiqa ichida tez ko'tariladi va bug'lanish jarayonida 35°C da qoladi. Tuzning eruvchanligi haroratga bog'liq bo'lgani uchun, harorat qancha yuqori bo'lsa, tuz shuncha tez eriydi va shuning uchun tuz temiri yer usti suviga qayta eriydi.
Yuqori sirtga doimiy suv ta'minotini ta'minlaydigan yuqori suvni singdirish qobiliyatiga ega bo'lgan ko'plab teshiklarga ega bo'lgan grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikida tuzlar yuqori sirtdan suvning pastki qatlamiga o'tishi mumkin. Haroratning o'zgarishi yuqori bug'lanish yuzasi va tana o'rtasida sho'rlanishning o'zgarishiga olib keladi.
Keng polosali va samarali quyosh energiyasini singdirish uchun melamin ko'pik gözenekli hidrofilik melamin ko'pik bilan o'zgartirildi va shu bilan quyoshni yutish sirt maydonini oshirdi va ko'p tarqalishini oshirdi.
RGO-qoplangan melamin ko'pikiga asoslangan quyosh interfasial bug'lanish tizimi quyosh energiyasining zichligi 1 kVt m-2 bo'lgan tez issiqlik ta'sirini ko'rsatadi va 89.6% barqaror quyosh issiqlik konversiya samaradorligiga erishadi.
Nihoyat, biz grafen oksidi bilan qoplangan melamin ko'pikli evaporatatorni quyosh batareyasiga qo'shdik, u 56.4 kVt m-1 da tuz to'planishi bilan 2% ichimlik suvini ishlab chiqarishi mumkin.
Biz quyosh energiyasi bilan ishlaydigan ushbu interfasial tuzsizlantirish qurilmasi alohida orollarda yoki okeanda mo'l dengiz suvi yoki boshqa sho'r suv resurslaridan ichimlik suvini yig'ish uchun ishlatilishi mumkinligini tasavvur qilamiz.
Xulosa
Tuzsizlantirish rGO bilan qoplangan melamin ko'pik, innovatsion va samarali quyosh tuzsizlantirish texnologiyasi sifatida, katta salohiyatga ega va qo'llash istiqbollariga ega. Bu nafaqat suv tanqis bo'lgan hududlarni ishonchli chuchuk suv resurslari bilan ta'minlash, balki an'anaviy energiyaga qaramlikni kamaytirish, energiya sarfini va atrof-muhitning ifloslanishini kamaytirishi mumkin.
Ushbu tadqiqot natijalari global chuchuk suv resurslari tanqisligi muammosini hal qilishga muhim hissa qo'shadi va barqaror rivojlanishni amalga oshirishga yordam beradi.
SINOYQX Melamin ko'pik haqida qo'shimcha ma'lumot olish uchun biz bilan [email protected] elektron pochta manzili orqali bog'laning yoki +86-28-8411-1861 telefon raqami orqali bog'laning.
Ba'zi rasmlar va matnlar Internetdan ko'paytiriladi va mualliflik huquqi asl muallifga tegishli. Agar biron bir qoidabuzarlik bo'lsa, o'chirish uchun biz bilan bog'laning.