Новости

Jun 09, 2024

Купол

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 4403 (2022) Цитировать эту статью 4177 Доступов 4 Цитирования 1 Подробности об альтернативных метриках Системы испарения воды с солнечной энергией в качестве основного двигателя

Том 12 научных докладов, номер статьи: 4403 (2022) Цитировать эту статью

4177 Доступов

4 цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

В последние годы широкое внимание привлекли системы испарения воды, в которых солнечная энергия является основной движущей силой. В данной работе изучаются способ изготовления и характеристики гидрогелевых испарителей с использованием хитозана и поливинилового спирта (ПВС) в качестве каркаса и углеродных наночастиц (УНЧ) в качестве фототермического материала. Скорость испарения полученного гидрогеля ХПК (хитозан/ПВС и ХНЧ) достигает 2,28 кг м-2 ч-1. Одновременно в данном исследовании на основе двумерной двухслойной системы испарения проектируется трехмерная структура. Разработан испаритель миниатюрной структуры и гидрогель куполообразной структуры. Эти две конструкции обеспечивают высокоэффективную скорость испарения 2,28 кг м-2 ч-1 и 3,80 кг м-2 ч-1 соответственно. Эти оптимизированные конструкции улучшают скорость испарения всей системы примерно на 66,7%. Разработанные испарительные устройства открывают перспективный путь для разработки двухслойных испарителей, которые способствуют новому развитию очистки воды с помощью солнечной системы испарения.

Вода является наиболее ценным ресурсом для поддержания выживания человечества и экономического развития1,2. Однако количество пресной воды на поверхности земли ограничено и не способно удовлетворить растущий спрос. При этом океан покрывает более 70% площади земной поверхности2. Таким образом, проблема преобразования морской воды в пресную для использования человеком является жизненно важной темой, над которой работают многие исследователи, чтобы способствовать устойчивости человеческого общества.

Традиционные заводы по выпариванию воды работают на нефти. Этот метод вызывает значительное загрязнение сточных вод и выбросы парниковых газов. Чтобы снизить загрязнение окружающей среды и финансовые затраты, исследователи вынуждены использовать возобновляемые источники энергии в качестве движущей силы испарения3. Система генерации пара на солнечной энергии — это метод, который может легко преобразовывать морскую воду в пресную воду на основе обильной, возобновляемой и чистой солнечной энергии4. Солнечная дистилляция имитирует естественный круговорот воды, при котором солнце нагревает морскую воду до точки испарения5. После испарения водяной пар конденсируется на более прохладной поверхности. В целом системы производства водяного пара на солнечной энергии можно разделить на два типа. Один из них использует фотоэлектрические (PV) элементы, которые преобразуют солнечную энергию в электричество для обеспечения процесса испарения. Другой вариант использует солнечную тепловую энергию непосредственно в качестве движущей силы испарения. PV-система опреснения включает в себя обратный осмос (RO) и электродиализ (ED). Солнечная тепловая система включает в себя многоступенчатую вспышку (MSF), многоступенчатую дистилляцию (MED), сжатие пара (VC), опреснение вымораживанием (FD) и мембранную дистилляцию (MD)6.

Основной целью текущих исследований системы солнечного термического опреснения является повышение фототермической эффективности и качества дистиллированной воды после очистки. Исследователи стремятся улучшить скорость поглощения тепла светопоглотителем, способность улавливать солнечный свет на поверхности газ-жидкость, а также полезную площадь поверхности светопоглотителя на единицу площади проекции, поскольку это ключевые факторы в создании высокоэффективной системы опреснения. .

Двухслойная система состоит из светопоглотителя с широкополосным поглощением, теплоизоляционного барьера и гидрофильного водного канала для передачи морской воды к светопоглотителю. Эта система с превосходной эффективностью испарения была тщательно изучена. В 2013 году Омара и др.7 разработали двухуровневую систему опреснения и дистилляции с использованием вакуумного солнечного водонагревателя, геотекстиля Jut и солнечного перегонного аппарата. Эта солнечная батарея с двухслойным квадратным фитилем (DLSW) все же увеличила производительность воды на 114%. Среднесуточная эффективность ДЛСВ составила 71,5%, а производительность по дистиллированной воде увеличилась на 215% при подаче горячей солоноватой воды в ночное время. Ли и др.8 предложили супергидрофильную термоизолированную микропористую мембрану, состоящую из карбонизированной сахарозы и полидиметилсилоксана, в качестве эффективного солнечного испарителя, который достиг производительности очищенной воды 1,28 кг м-2 ч-1. В их исследовании солнечная энергия используется как единственная движущая энергия. Поглотитель фототермического преобразования получает солнечную энергию от солнечного света и нагревает воду внутри пористой структуры9. Это требует широкополосного поглощения спектра и высокой эффективности фототермического преобразования.