Су ресурстарын пайдаланудың тұрақты тәсілі ретінде күн сәулесін тұщыту тұщы су ресурстарының жеткіліксіздігі мәселесін шешуде және су тапшылығын жоюда үлкен әлеуетке ие. Дегенмен, теңіз суын тұщыландырудың дәстүрлі технологиясында энергияны көп тұтыну, күрделі жабдық және жоғары баға сияқты проблемалар жиі кездеседі.
Соңғы жылдары наноматериалдарға негізделген тұзсыздандырудың жаңа технологиялары зерттеушілердің назарын біртіндеп өзіне аударды. Графен оксиді екі өлшемді жаңа материал ретінде графенді төмендетеді, күнді тұщыландыруда маңызды әлеуетті көрсетті.
Дәстүрлі тұщыландыруға арналған жабын материалдарымен салыстырғанда, rGO тамаша өткізгіштіктің, жоғары меншікті бетінің ауданы мен жақсы химиялық тұрақтылықтың артықшылықтарына ие және тұзсыздандыру тиімділігін арттырады және энергия шығынын азайтады деп күтілуде.
Дегенмен, rGO-ның өзінде агрегация және тұндыру проблемалары бар, бұл оның белсенділігі мен тұрақтылығын төмендетеді. Сондықтан, меламин көбігі /rGO композиттік жабынын қалыптастыру үшін rGO-ны көбікті материалдарға бекіту тұщыландыру тиімділігі мен тұрақтылығын арттырудың тиімді тәсіліне айналды.
Беттік түрлендіру және көбік материалының тасымалдаушы қасиеттерін күшейту арқылы біз судағы тұз иондарымен жанасу аймағын ұлғайту үшін көбік бетіне rGO-ны біркелкі бекітеміз. Бұл ретте тұзсыздандыру тиімділігі мен тұрақтылығын оңтайландыру үшін rGO жабынының құрылымы мен қалыңдығы бақыланады.
Тұщысыздандыру механизмін тереңірек түсіну үшін біз қысқартылған графен оксиді (rGO) көбігін де дайындадық. Графен триоксидімен қапталған меламин көбіктің өзіне тән кеуекті микроқұрылымы мен гидрофильділігі бар, ол жақсы ылғалдануға мүмкіндік береді және суды булану аймағына тарта алады, бұл тұзды жауын-шашынды болдырмай, суды тез толтыруға мүмкіндік береді.
Графен тотығымен қапталған меламин көбікінің фазааралық булану жүйесі 89.6кВт m−1 күн отынында 2% тұрақты күйдегі булану тиімділігіне қол жеткізе алады. Бұл фазааралық булану жүйесі күн-жылуға түрлендірудің жоғары тиімділігіне және жақсы ұзақ мерзімді тұрақтылыққа ие, бұл теңіз суын коммерциялық тұщыландыру мүмкіндігін көрсетеді.
Қазіргі уақытта жаһандық энергетикалық дағдарыс пен су тапшылығы адамзат қоғамының тұрақты дамуына үлкен қауіп төндіреді. Өсіп келе жатқан энергия сұранысын қанағаттандыру үшін әртүрлі жоғары өнімді энергияны түрлендіру және суды тазарту технологияларын дамытуға көбірек көңіл бөлінді.
Күннен қуат алатын фазааралық булану технологиясы
Перспективалы жаңартылатын энергия көзі ретінде күн энергиясы оның өте үлкен сыйымдылығымен, әмбебаптығымен, тазалығымен және көп функциялы түрлендіру мүмкіндіктерімен түсіндіріледі. Ол қазбалы отынмен сақталған қазба отындарын алмастыру мүмкіндігін көрсетті.
Электр энергиясын тікелей өндіретін күн фотоэлектрлік технологиясымен қатар, күн-жылу энергиясын түрлендіру технологиясы да күн энергиясын сіңіреді және оны жылу энергиясына айналдырады, бұл күн энергиясын пайдаланудың қарапайым және тиімді әдісі болып саналады.
Күн энергиясынан түрлендірілген жылу энергиясы күн жылу электр станциялары, күн тұщыландыру, зарарсыздандыру, күн суын жылыту жүйелері және басқа да жылумен байланысты қолданбалар сияқты маңызды өнеркәсіптік процестерді қозғай алады. Күнді тұщыландыру, әсіресе инфрақұрылымы жоқ аймақтар үшін тиімді шешім ұсынады, өйткені ол қосымша энергия шығынынсыз теңіз суынан тұщы суды ала алады.
Соңғы жылдары күнмен басқарылатын фазааралық булану технологиясы күн-жылу түрлендіру процесін сұйық-бу интерфейсінде орналастырады және күн энергиясын пайдаланудың жаңа технологиясына айналды. Дәстүрлі интегралды қыздырумен салыстырғанда, фазааралық булану жүйелері жоғары булану тиімділігін және жылдамырақ термиялық реакцияны көрсетеді және теңіз суын тұщыту үшін әлеуетті балама болып табылады.
Осы уақытқа дейін фазааралық булану жүйелерінің жылулық көрсеткіштерін жақсарту бойынша көптеген зерттеулер жүргізілді. Күн батареясымен жұмыс істейтін типтік фазааралық булану жүйесі үш маңызды бөліктен тұрады:
Күн сәулесін сіңіру қабілеті жоғары және күн радиациясын жылу энергиясына тиімді түрлендіретін күн сіңіргіш; түрлендірілген жылуды сусымалы суға беретін оқшаулағыш; және күн сәулесін сіңіргіштің бетіне суды сусымалы судан үздіксіз тартатын сумен жабдықтау жолы.
Алдыңғы зерттеулерде көптеген зерттеушілер кең жолақты және күн энергиясын сіңіретін материалдарды синтездеу, жаңа сумен жабдықтау жолдарының дизайнын оңтайландыру және жылу оқшаулағыш құрылымдарды жақсарту арқылы күн энергиясын буға түрлендірудің жалпы тиімділігін арттыруға арнады.
Осы уақытқа дейін күнмен басқарылатын фазааралық булану жүйелері көптеген өнеркәсіптік процестерде, индукциялық күн дистилляциясында, күн стерилизациясында, күнді тұщыландыруда және күн энергиясын өндіруде қолданылды. Жүйенің жоғары булану өнімділігіне қол жеткізу үшін күн сәулесін сіңіретін материалдардың күн спектрі бойынша кең жолақты сіңіруді зерттеу маңызды.
Күн энергиясымен басқарылатын фазааралық булану жүйелерінде әзірленген және зерттелген күн энергиясын сіңіретін материалдар негізінен көміртекті материалдарды, плазмонды бөлшектерді және спектралды таңдамалы жұтатын материалдарды қамтиды. Олардың ішінде табиғи қара және көміртекті материалдар күшті күн-жылу түрлендіру мүмкіндіктеріне ие және кең жолақты және жоғары қарқынды күн сіңіргіштерге жарамды.
Күн сәулесін сіңірудің жоғары жылдамдығына, төмен құнына және жақсы тұрақтылығына байланысты көптеген көміртегі негізіндегі күн сіңіргіштері, соның ішінде көміртегі нанотүтіктері, графит және төмендетілген графен оксиді зерттелді. Көптеген жылдар бойы дамығаннан кейін жүйенің күндізгі жарықта күнді буға түрлендіру тиімділігі 90%-дан астамға жетті.
Күн энергиясын сіңіретін материалдарды әзірлеуде және фазааралық булану құрылымдарын жобалауда үлкен жетістіктер болғанымен, бұрын хабарланған күн тұщыландыру құрылғыларының көпшілігі тұщыту процесі кезінде буландырғыштың үстіңгі бетінде тұздың жиналуына байланысты болды. Жиналған тұз күн сәулесінің жұтылуын блоктайды және кеуекті буландырғышты бітеп тастайды, нәтижесінде күннің жылуын түрлендіру тиімділігі төмен және булану өнімділігі нашар болады.
Жиналған тұздарды жою үшін әдетте ультрадыбыстық толқындар және суға батыру сияқты дәстүрлі физикалық әдістер қолданылады, бірақ бұл әдістер интерфейстің булану құрылымына оңай зақым келтіруі мүмкін.
Фазааралық булану жүйелерінде тұздың жиналуын азайту үшін көптеген зерттеулер гидрофобты булануды дамытуға бағытталған. Дегенмен, гидрофобты буландырғыштар үстіңгі бетке су беруді шектейді, осылайша жүйенің булану өнімділігін төмендетеді. Бұл мәселені шешудің тағы бір жолы - гидрофильді буландырғышты пайдалану, ол артық тұзды үстіңгі бетінен сусымалы суға жылжытады.
Бүгінгі күні көптеген зерттеулер гидрофильді целлюлоза мата мембраналары, қағаз негізіндегі гидрофильді мембраналар және био-шабытталған буландырғыштар сияқты гидрофильді буландырғыштарды жобалауға бағытталған. Бірақ ұзақ мерзімді тұрақты және жоғары тиімді күнмен басқарылатын фазааралық булану жүйесін жасау маңызды мәселе болып қала береді.
Бұл зерттеуде біз төмен флуоресцентті күн сәулесінің астында күн сәулесімен басқарылатын фазааралық тұщыландыруға арналған тұзға төзімді, жоғары тиімді күнді сіңіретін және жылдам термиялық әсер ететін төмендетілген графен оксиді (rGO) көбігін көрсетеміз.
Жаңа кеуекті құрылымда негіз ретінде гидрофильді меламин көбігі (МФ) таңдалды, ол күн сәулесін сіңіру үшін беткі аумақты кеңейтіп қана қоймай, сонымен қатар бірнеше рет шашырауын күшейтеді.
Тотықсызданған графен тотығымен қапталған меламин көбікінің бетінің гидрофильділігі мен кеуектілігі күн жылуының конверсиялық аймағының жеткілікті ылғалдануын және синтезін қамтамасыз етеді, сонымен қатар тұздардың жиналуын болдырмай, судың тез толтырылуын қамтамасыз етеді.
Төмендетілген графен тотығымен қапталған меламин көбікінің жоғары өнімділігін пайдалана отырып, күн энергиясымен жұмыс істейтін интерфейстік жүйе күннен буға айналу жылдамдығы 89.6% құрайды.
Сонымен қатар, төмендетілген графен оксидімен қапталған меламин көбігін коммерциялық күн энергиясына біріктіру арқылы біз күндізгі жарықта күнді суға түрлендіру тиімділігі 56.4% болатын күн энергиясымен басқарылатын теңіз суын тұщыту құрылғысын жобалап, жасадық. Күннің тұщыландыруына байланысты жиналған таза су ауызсуға жарамды.
Жоғары булану өнімділігімен және күн-термиялық түрлендіру материалдарының ауқымдылығымен, теңіз суын тұщыландырудың күн энергиясымен жұмыс істейтін бұл жүйе теңіз суын тұщыландыруды практикалық қолдануда кең қолдану перспективаларын ұсынады.
Күн тұщыландыру жылу тасымалдағыш материалдарының масштабтылығы
Тотықсыздандырылған графен тотығымен қапталған меламин көбікке негізделген фазааралық булану жүйесі. Тер графен тотығымен қапталған меламин көбігі ортасында орналасқан және өздігінен көпіршікті фазааралық булану жүйесін құру үшін сыртынан полиэтилен (ПЭ) көбік қабатымен оралған.
Теллуры азайған графен оксидімен қапталған меламин көбігі түскен күн радиациясын тез сіңіру, күн энергиясын жылуға айналдыру және фазааралық булану үшін қозғаушы күш жасау үшін қолданылады. Екінші жағынан, гидрофильді төмендетілген графен оксидімен қапталған меламин көбік тұзды ерітіндіні булану аймағына үздіксіз тарта алады.
Графен триоксидімен қапталған меламин көбікінің кеуекті құрылымы түзілген будың қоршаған ортаға шығуына мүмкіндік береді, күн сәулесінің түсуіне ықпал етеді және осылайша күн-жылуға түрлендіру тиімділігін арттырады. Тотықсыздандырылған графен тотығымен қапталған меламин көбігі кеуекті және гидрофильді болып табылады, бұл оған жоғарыда сипатталған булану құрылымына суды тартуға мүмкіндік береді, сонымен бірге концентратталған тұздарды бір уақытта теңіз суына кері ыдыратады.
Булану процесі кезінде көбіктегі тұз концентрациясы түбіндегі теңіз суының концентрациясынан жоғары болады. Концентрацияның өзгеруі тұздың судың негізгі бөлігіне ыдырауына әкеледі. Сонымен қатар, айналасындағы полиэтилен көбігі графен оксидімен қапталған меламин көбігін азайтып қана қоймай , сонымен қатар су бетінде табиғи түрде жиналып, айналасындағы тұзды судың әсерінен жылу жоғалуын тежейді.
Интерфейсті булану жүйелері күрделі құрылыс конструкцияларын қажет етпестен су беттерінде үздіксіз және тиімді жұмыс істей алады. Сонымен қатар, булану газ-сұйықтық интерфейсінде болатындықтан, интерфейс шегінгенде фазааралық булану жүйесі автономды түрде қозғала алады.
Теллурмен қалпына келтірілген графен тотығымен қапталған меламин көбігі фазааралық булану жүйесінің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Тотықсыздандырылған графен оксидімен қапталған меламин көбігін дайындау үшін меламин көбік графен оксиді коллоидты суспензияға батырылды, содан кейін графен оксиді гидротермиялық әдіс арқылы тотықсыздандырылған графамин оксидіне дейін тотықсыздандырылды.
Диаметрі 3.5 см және қалыңдығы 1.6 см қысқартылған графен оксидімен қапталған меламин көбігін дайындау оңай және оның түсі қою қара.
Үш өлшемді оптикалық микроскоптың көмегімен байқалған графен тотығымен қапталған меламин көбік материалының бетінің кедір-бұдыры биіктіктің 300 мкм-ден астам өзгеруін көрсетті. Күн термиялық конверсиялық композиттердің бетінің өрескел құрылымы негізінен меламин көбікінің кеуекті құрылымына жатады, ал өзгертілген төмендетілген графен оксиді де беттің кедір-бұдырлығын арттырады.
Бетінің кедір-бұдырлығы күн сәулесінің жұтылу бетінің ауданын ұлғайтады, сонымен бірге түскен күн сәулесінің бірнеше рет шашырауын арттырады, осылайша жүйенің күннен жылуға айналу тиімділігін арттырады. Дайындалған меламин көбікінің әртүрлі үлкейтудегі микроқұрылымы. Графен оксидімен қапталған меламин көбік беті мыжылған және өзара байланысты желі құрылымын көрсетеді.
rGO жабыны бар меламин көбіктің кеуек өлшемі 20 мен 40 мкм аралығында. Ашық тесік құрылымы және мыжылған беті графен оксидінің тұндырылуын жеңілдетеді. Тотықсыздандырылған графен тотығымен қапталған меламин көбігі кеуекті меламин көбікінің гидрофильділігіне байланысты суды жақсы ылғалдандырады.
Су тамшысы азайған графен тотығымен қапталған меламин көбікінің бетіне тигеннен кейін ол 0.5 секунд ішінде толығымен сіңеді. Төмендетілген графен оксиді композиттерінің гидрофильді беті кеуекті құрылымдағы дренажды жылдам бағыттай алады. Тотықсыздандырылған графен тотығымен қапталған меламин көбікінің кеуектілігі суды сіңіруге дейінгі және одан кейінгі массалық өзгерістерді салыстыру арқылы анықталды.
Графен тотығымен қапталған меламин көбікінің кеуектілігі 85.55% жетуі мүмкін. Графен тотығымен қапталған меламин көбікінің төмендеуі арқылы күн энергиясын сіңіру жүйенің күннен жылуға айналу тиімділігіне тікелей әсер етеді. Тұзға төзімділікті бағалау үшін төмендетілген графен тотығымен қапталған меламин көбік натрий хлоридінің ерітіндісіне (3.5 масса %) орналастырылды.
Содан кейін үстіңгі бетіне 3 г қатты натрий хлориді қойылды және тергомен қапталған меламин көбік 1 кВт м−2 күн тығыздығына орналастырылды. Қатты тұздың мөлшері 120 минуттан кейін біртіндеп ериді.
Күн сәулесі rGO-мен қапталған меламин көбігінің үстіңгі бетіне түскенде , rGO-мен қапталған меламин көбігінің температурасы бірнеше минут ішінде тез көтеріледі және булану процесінде 35°C температурада қалады. Тұздың ерігіштігі температураға байланысты болғандықтан, температура неғұрлым жоғары болса, тұз соғұрлым тез ериді, сондықтан тұз темірі жер үсті суына қайта сіңуі мүмкін.
Жоғарғы бетке үздіксіз су беруді қамтамасыз ете алатын суды сіңіру қабілеті жоғары көптеген кеуектері бар төмендетілген графен тотығымен қапталған меламин көбікінде тұздар судың үстіңгі бетінен судың ішкі қабатына ауыса алады. Температураның өзгеруі жоғарғы булану беті мен дене арасындағы тұздылықтың өзгеруіне әкеледі.
Кең жолақты және тиімді күн энергиясын сіңіру үшін меламин көбік кеуекті гидрофильді меламин көбікімен өзгертілді, осылайша күн сіңіру бетінің ауданын ұлғайтты және бірнеше шашырауды арттырады.
rGO қапталған меламин көбікке негізделген күн аралық булану жүйесі күн энергиясының тығыздығы 1 кВт м−2 болған кезде жылдам термиялық реакцияны көрсетеді, тұрақты күйдегі күн жылуының 89.6% түрлендіру тиімділігіне қол жеткізеді.
Соңында, біз графен тотығымен қапталған меламин көбікті буландырғышты күн батареясына біріктірдік, ол 56.4 кВт м-1 тұзды жинақтаған 2% ауыз суды өндіре алады.
Біз бұл күн энергиясымен жұмыс істейтін аралық тұщыландыру құрылғысын оқшауланған аралдарда немесе мұхитта мол теңіз суынан немесе басқа тұзды су ресурстарынан ауыз су жинау үшін пайдалануға болады деп ойлаймыз.
қорытынды
Тұщысыздандыру rGO қапталған меламинді көбік күн сәулесінен тұзсыздандырудың инновациялық және тиімді технологиясы ретінде үлкен әлеуетке және қолдану перспективаларына ие. Ол су тапшы аймақтарды сенімді тұщы су ресурстарымен қамтамасыз етіп қана қоймай, дәстүрлі энергияға тәуелділікті азайтып, энергия тұтынуды және қоршаған ортаның ластануын азайта алады.
Бұл зерттеудің нәтижелері жаһандық тұщы су ресурстарының тапшылығы мәселесін шешуге маңызды үлес қосып, тұрақты дамуды жүзеге асыруға ықпал етеді.
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.