Күн энергиясымен жұмыс істейтін беттік булану (ТББ) тұщы су өндіру үшін күн энергиясын тиімді пайдалану мүмкіндігіне байланысты тұщы су тапшылығын азайтудың ең перспективалы технологияларының бірі болып саналады. Сонымен қатар, күн буландырғыштарының концентрацияланған тұзды ағынды суларды тазартуда бірегей артықшылықтары бар . Буландыру процесі тек қосалқы өнім ретінде тұз кристалдарын шығарады, осылайша сұйықтықтың нөлдік шығынына қол жеткізіледі. Дегенмен, буландырғышта тұздың жиналуы жарықтың сіңуіне кедергі келтіреді және будың шығуына әсер етеді, сайып келгенде, буландырғыштың булану өнімділігінің төмендеуіне немесе тіпті істен шығуына әкеледі.
Бұл мәселені жеңілдету үшін кейбір зерттеушілер «тұз айналымы» стратегиясын ұсынды. Яғни, тұз иондарының тұзды ерітіндіге қайта ағып кетуіне мүмкіндік беретін, осылайша тұздың булану бетінде кристалдануын болдырмайтын, осылайша үздіксіз және тұрақты булануға қол жеткізу үшін айналым жолы ерітіндіге арналған. Дегенмен, бұл әдіс ерітіндінің тұздылығының жоғарылауына әкеледі, ал тұздың кристалдану мәселесі әлі де болдырмайды.
Тағы бір шешім – «тұзды шығару» стратегиясы. Яғни, құрылым тұздың буланбайтын аймақта артықшылықты түрде кристалдануы үшін реттеледі, осылайша тұздың кристалдануының булану өнімділігіне әсерін азайтады, осылайша тұз бен тұщы судың бір мезгілде жиналуына қол жеткізеді. Дегенмен, «тұздану» стратегиясы практикалық қолдануда әлі де кейбір күрделі қиындықтарға тап болады.
Біріншіден, бір өлшемді тұзды суды тасымалдау сіңіру қабілетін шектейді, жалпы булану жылдамдығын айтарлықтай төмендетеді. Екіншіден, тұзды кристалдану стратегиясы күшті адгезиясына байланысты буландырғыш бетінен автоматты түрде түсуі қиын болатын тұз кристалдарын жүйелі түрде алып тастауды талап етеді. Егер тұндырылған тұз уақытында жойылмаса, булану өнімділігі сөзсіз төмендейді. Сонымен қатар, көптеген жоғары тиімді күн буландырғыштары жоғары қысымды, төмен вакуумды немесе жоғары температуралы термиялық өңдеулер сияқты қауіпті немесе көп уақытты қажет ететін дайындық процестерін қажет етеді.
Сондықтан, нөлдік сұйықтықты тұщыландыруға қарапайым дайындау процесі арқылы ұзақ мерзімді, тиімді және тұрақты судың булануы мен тұзды жинауға қол жеткізу үшін ұзақ мерзімді күн буландырғышын жасау қол жеткізілмеген ғылыми мақсат болып табылады.
Жоғарыда аталған міндеттерге сүйене отырып, Шаньдун бірінші медициналық университетінің зерттеу тобы жоғары концентрациялы тұзды судың тиімді күн булануына және сұйықтықтың нөлдік разрядына қол жеткізе алатын үш өлшемді градиентті графен спиральды аэрогельді буландырғышты дайындады.
Күнді тиімді сіңіру, энергияны толық пайдалану, тұзға тамаша төзімділік және ұзақ мерзімді тұрақтылық тұрғысынан күн буландырғыштарының қатаң талаптарын қанағаттандыру үшін жобаның дизайны негізінен келесі төрт негізгі тармаққа бағытталған:
Құрылымдық дизайнға және химиялық тұрақтылықты арттыруға назар аударыңыз
Буландырғыштың берік желілік құрылымы мен химиялық тұрақтылығы болуы керек, бұл ұзақ мерзімді, тиімді және тұрақты күн энергиясымен тұщыландыруға қол жеткізу үшін өте маңызды. Сондықтан олар күн энергиясымен жұмыс істейтін буландырғыштың тірек қаңқасы ретінде арзан, аса гидрофильді, жоғары кеуекті және жоғары төзімділікке ие меламин көбігін таңдады.
Содан кейін олар механикалық қасиеттерін жан-жақты бағалау үшін қаңқа ретінде көбік меламині бар графен аэрогельдерінің механикалық қасиеттерін, соның ішінде қысу, иілу және кернеуді қоса алғанда, механикалық қасиеттерін зерттеді.
Нақты қолдану жағдайында оның беріктігі мен ұзақ мерзімділігін одан әрі тексеру үшін зерттеу тобы әртүрлі экстремалды жағдайларда сынақтар жүргізді.
Нақтырақ айтқанда, олар үлгіні ауа мен суда 20 рет қайта-қайта майыстырды, оны қышқыл және сілтілі ерітінділерге батырды және жоғары температура мен ультрадыбыстық араластыру сияқты қатал ортаға орналастырды.
Осы қатаң сынақтардан кейін олар үлгінің сыртқы түрі мен микроқұрылымында айтарлықтай өзгерістер таппады, бұл оның тамаша беріктігі мен құрылымдық тұрақтылығын толық көрсетті.
Өндірістік процестерді жеңілдету және экономикалық жақсартуға назар аудару
Буландырғышты өндіру процесінде қарапайымдылық пен үнемділікке қол жеткізу және қымбат жабдықты пайдаланбау үшін олар келесі дайындық қадамдарын жасады:
Бірінші қадам - ыстық басу
Ыстық престеу технологиясын қолдана отырып, зерттеу тобы қалыңдығы 1 мм болатын алдын ала престелген меламин пленкасын алу үшін әртүрлі қалыңдықтағы меламин көбіктерін сығымдады.
Бұл процесс кезінде үлгінің бастапқы қалыңдығының соңғы сығылған қалыңдыққа қатынасы артқан сайын, алдын ала сығылған меламин қабықшасының кеуек өлшемі 150 мкм -ден 20 мкм-ге дейін ұсақ реттеледі , бұл бірегей үш өлшемді градиенттік желілік құрылымды құрайды.
Екінші кезең - беткі бүрку
Алдын ала престелген меламин пленкасының бетіне графен оксиді суспензиясын біркелкі бүрку үшін бүріккіш бөтелкені пайдаланыңыз . Пленкадағы графен оксидінің біркелкі таралуына қол жеткізілді, бұл кейіннен күн сәулесінің әсерін азайтудың негізін қалады.
Үшінші кезең - атмосфералық қысымды кептіру
Бүркуден кейін олар табиғи ауада кептіру үшін пленканы тікелей ауаға орналастырды. Бұл қадам мұздатып кептіру, аса критикалық кептіру және еріткіш ауыстыру сияқты күрделі, уақытты және энергияны қажет ететін дайындау процестерін болдырмайды.
Төртінші қадам - күн сәулесін азайту
Яғни, үлгіге күн сәулесін фокустау үшін үлкейткіш әйнекті пайдалану. Ультракүлгін сәулелердің әсерінен үлгі бетінің түсі қоңырдан қараға тез өзгереді, бұл графен оксидінің қалпына келтірілген графен оксидіне сәтті тотықсызданғанын көрсетеді.
Күн сәулесін азайтудың бұл әдісі жұмыс істеуде қарапайым және экологиялық таза ғана емес, сонымен қатар химиялық қалпына келтіретін агенттерді немесе жоғары температурада термиялық қалпына келтіру процестерін қолдануды қажет етпейді, бұл өндіріс шығындары мен қоршаған ортаның ластануын айтарлықтай төмендетеді.
Күн энергиясын тиімді сіңіруге және энергияның жоғалуын азайтуға назар аударыңыз
Күн буландырғыштары күн энергиясының кең ауқымын жұтып, жылу энергиясына айналдырып қана қоймай, сонымен қатар диффузиялық шағылысу мен жылулық сәулеленуден болатын энергия шығындарын барынша азайтып, қоршаған ортадан қосымша энергияны алуы керек. Күн интерфейсіндегі булану процесі үш энергия ағынымен бақыланады: күн энергиясының кірісі, булану энергиясының шығысы және қоршаған ортаға таралатын энергия.
Өкінішке орай, кәдімгі екі өлшемді күн буландырғыштары қоршаған ортамен жылу алмасуға байланысты энергияның шығындалу мәселелерімен бетпе-бет келеді, бұл күн сәулесін буға айналдырудың мінсіз 100% тиімділігіне қол жеткізуді қиындатады. Керісінше, үш өлшемді күн буландырғыштары күннен буға түрлендіру тиімділігінің теориялық шегін бұзуы мүмкін.
Үш өлшемді үлгінің үстіңгі бетіндегі диффузды шағылысу мен жылулық сәулеленуден туындаған энергияның жоғалуын азайту үшін команда үш өлшемді спиральды ойыс графен аэрогельін жасады.
Бұл құрылым жоғары сіңіргіштікке және төмен шағылыстыруға ие ғана емес, сонымен қатар оның бүйір қабырғалары қоршаған ортаның жылуын және түбінен диффузиялық түрде шағылысқан жылуды сіңіре алады, осылайша энергияны тиімді қалпына келтіруге мүмкіндік береді.
Тұзға төзімділікті оңтайландыруға және тұздың кристалдануын басқаруға назар аударыңыз
Яғни; бірегей тасымалдау арнасын жобалау арқылы тұзды радиалды тасымалдауға ықпал етеді, бұл тұздың бағытты кристалдануына әкеледі. Бұл дизайн буландырғыштың бетінде тұздың жиналуын және бітелуін тиімді болдырмайды, сонымен қатар тұзды тиімді жинау мен кәдеге жаратуды жүзеге асырады, осылайша тұзсыздандыру процесінің тиімділігі мен тұрақтылығын айтарлықтай арттырады.
Нақтырақ айтқанда, олар алдын ала престелген меламин кеуекті пленкасына негізделген үш өлшемді градиенттік графен желісінің құрылымын жасап, дайындады . Іші сирек, сырты тығыз бұл градиенттік графен желісі радиалды капиллярлық күш айырмашылығын түзе алады, бұл тұзды судың радиалды тасымалдануына ықпал етеді. Бу түзілуі жалғасқан сайын, тұзды судың радиалды ағыны сыртқы беткі аймақтағы тұзды су концентрациясын арттырады, бұл тұздың ішкі бетінде емес, сыртқы бетінде бағытта кристалдануына әкеледі. Бұл дизайн буландырғыштың ішкі бетінің жеткілікті булану аймағын сақтауын қамтамасыз етеді, осылайша тиімді және тұрақты күн булануына қол жеткізеді.
Айта кету керек, буландырғыш өзінің бүкіл сыртқы бетін тұзды кристалдандыру үшін пайдаланады, бұл кристалдану аймағын басқа бағытталған кристалдану буландырғыштарына қарағанда әлдеқайда үлкен етеді.
Тұз кристалдары, негізінен, тұзды ерітіндіні тасымалдауға және бу шығаруға пайдалы, кең саңылаулары бар, борпылдақ оралған тұз кристалдарынан тұрады.
Сонымен қатар, булану салқындату әсеріне байланысты тұз қабатының бетінің температурасы қоршаған орта температурасынан төмен. Бұл сипаттама буландырғышқа қоршаған ортадан көбірек энергияны сіңіруге мүмкіндік береді, булану өнімділігін одан әрі жақсартады.
Мақала көзі: Deep Tech
Зерттеу тобы: Шаньдун бірінші медициналық университетінің зерттеу тобы
Мақала мына жерден алынған: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
SINOYQX меламин көбігі туралы қосымша ақпарат алу үшін бізге [email protected] электрондық поштасы арқылы хабарласыңыз немесе +86-28-8411-1861 нөміріне қоңырау шалыңыз.
Кейбір суреттер мен мәтіндер интернеттен көшірілген, ал авторлық құқық түпнұсқа авторға тиесілі. Егер қандай да бір бұзушылық болса, жою үшін бізге хабарласыңыз.