Суу ресурстарын пайдалануунун туруктуу жолу катары күндүн тузсуздануусу таза суу ресурстарынын жетишсиздигинин көйгөйүн чечүүдө жана суунун тартыштыгын жоюуда чоң потенциалга ээ. Бирок деңиз суусун тузсуздаштыруунун салттуу технологиясында көп учурда энергияны көп керектөө, татаал жабдуулар жана кымбат баа сыяктуу көйгөйлөр бар.
Акыркы жылдары наноматериалдардын негизинде тузсуздандыруучу жаңы каптоо технологиялары акырындык менен изилдөөчүлөрдүн көңүлүн бурду. Графен кычкылы жаңы эки өлчөмдүү материал катары графенди кыскарткан, күндүн тузсуздануусунда олуттуу потенциалды көрсөттү.
Салттуу тузсуздандыруу каптоочу материалдар менен салыштырганда, rGO мыкты өткөргүчтүк, жогорку өзгөчө беттик аянты жана жакшы химиялык туруктуулуктун артыкчылыктарына ээ жана тузсуздандыруу натыйжалуулугун жогорулатуу жана энергия керектөөнү азайтат деп күтүлүүдө.
Бирок, rGOнун өзүндө агрегация жана чөкмө көйгөйлөрү бар, бул анын активдүүлүгүн жана туруктуулугун төмөндөтөт. Ошондуктан, меламин көбүгү /rGO композиттик каптоосун түзүү үчүн rGOну көбүктүү материалдарга бекитүү тузсуздандыруунун натыйжалуулугун жана туруктуулугун жогорулатуунун натыйжалуу жолу болуп калды.
Беттик модификациялоо жана көбүк материалынын алып жүрүүчү касиеттерин бекемдөө менен биз көбүктүн бетине rGO-ну бир калыпта бекитип, анын суудагы туз иондору менен байланыш аянтын көбөйттүк. Ошол эле учурда, тузсуздандыруунун натыйжалуулугун жана туруктуулугун оптималдаштыруу үчүн rGO каптамасынын түзүмү жана калыңдыгы көзөмөлдөнөт.
Тузсуздандыруу механизмин тереңирээк түшүнүү үчүн биз кыскартылган графен оксиди (rGO) көбүгүн да даярдадык. Графен триоксиди менен капталган меламин көбүгү мүнөздүү көзөнөктүү микроструктурага жана гидрофилдүүлүккө ээ, бул жакшы нымдуулукка ээ болууга мүмкүндүк берет жана буулануу аймагына сууну тарта алат, ал эми туздуу жаан-чачынга жол бербей, сууну тез толтурууга мүмкүндүк берет.
Графен кычкылы менен капталган меламин көбүгүнүн интерфациалдык буулануу системасы 89.6кВт м-1 күн отунунун астында 2% туруктуу абалдагы буулануу натыйжалуулугуна жете алат. Бул фаза аралык буулантуу системасы жогорку күндөн жылуулукка айландыруу эффективдүүлүгүнө жана узак мөөнөттүү туруктуулугуна ээ, бул деңиз суусун коммерциялык тузсуздаштыруу мүмкүнчүлүгүн көрсөтөт.
Азыркы учурда дүйнөлүк энергетикалык кризис жана суунун тартыштыгы адамзат коомунун туруктуу өнүгүүсүнө негизги коркунуч болуп калды. Өсүп жаткан энергияга болгон суроо-талапты канааттандыруу үчүн ар кандай жогорку натыйжалуу энергияны конверсиялоо жана сууну тазалоо технологияларын өнүктүрүүгө көбүрөөк көңүл бурулду.
Күн энергиясы менен иштөөчү интерфейстик буулантуу технологиясы
Келечектеги кайра жаралуучу энергия булагы катары күн энергиясы анын ультра чоң кубаттуулугу, универсалдуулугу, тазалыгы жана көп функциялуу конверсиялык мүмкүнчүлүктөрү менен шартталган. Ал казылып алынуучу отун менен сакталып калган казылып алынуучу отунду алмаштыруунун потенциалын көрсөттү.
Электр энергиясын түздөн-түз өндүргөн күн фотоэлектрдик технологиясынан тышкары, күн-жылуулук энергиясын конверсиялоо технологиясы да күн энергиясын өзүнө сиңирип, аны жылуулук энергиясына айландырат, бул күн энергиясын колдонуунун жөнөкөй жана эффективдүү жолу болуп эсептелет.
Күн энергиясынан айландырылган жылуулук энергиясы күн жылуулук электр станциялары, күн тузсуздандыруу, стерилизация, күн сууну жылытуу системалары жана башка жылуулук менен байланышкан колдонмолор сыяктуу маанилүү өнөр жай процесстерин иштете алат. Күн тузсуздандыруу өзгөчө инфраструктурасы жок аймактар үчүн эффективдүү чечимди сунуштайт, анткени ал кошумча энергиясыз деңиз суусунан таза суу чыгара алат.
Акыркы жылдарда күн энергиясы менен иштетилген интерфейстик буулануу технологиясы суюк-буу интерфейсинде күн-жылуулук конверсия процессин аныктайт жана күн энергиясын колдонуунун жаңы технологиясы болуп калды. Салттуу интегралдык жылытууга салыштырмалуу, фаза аралык буулантуу системалары буулануунун эффективдүүлүгүн жана тезирээк жылуулук реакциясын көрсөтөт жана деңиз суусун тузсуздандыруу үчүн потенциалдуу альтернатива болуп саналат.
Ушул убакка чейин фаза аралык буулантуу системаларынын жылуулук көрсөткүчтөрүн жакшыртуу боюнча көптөгөн изилдөөлөр жүргүзүлдү. Күн менен башкарылган типтүү фазалык буулануу системасы үч маанилүү бөлүктөн турат:
Күн радиациясын эффективдүү түрдө жылуулук энергиясына айландыруучу жана жогорку күндү сиңирүү менен күн соргуч; айландырылган жылуулукту суюктукка өткөрүүчү изолятор; жана сууну тынымсыз куюучу суудан күн соргучтун бетине сууну тартып турган суу берүү жолу.
Мурунку изилдөөлөрдө көптөгөн изилдөөчүлөр кең тилкелүү жана күн энергиясын сиңирүүчү материалдарды синтездөө, жаңы суу менен камсыздоо жолдорунун дизайнын оптималдаштыруу жана жылуулук изоляциялоочу конструкцияларды жакшыртуу аркылуу күн энергиясын бууга айландыруунун жалпы натыйжалуулугун жогорулатууга арнашкан.
Буга чейин, күн менен башкарылган interfacial буулануу системалары көптөгөн өнөр жай процесстеринде колдонулган, күн дистилляциясы, күн стерилизациясы, күн тузсуздандыруу жана күн энергиясын өндүрүү. Системанын жогорку буулануу көрсөткүчтөрүнө жетүү үчүн, күндү сиңирүүчү материалдардын күн спектри боюнча кең тилкелүү сиңирүүнү изилдөө маанилүү.
Күн энергиясы менен иштетилген фаза аралык буулануу системаларында иштелип чыккан жана изилденген күн энергиясын сиңирүү материалдарына негизинен көмүртектүү материалдар, плазмоникалык бөлүкчөлөр жана спектралдык тандалма жутуучу материалдар кирет. Алардын арасында, табигый кара жана көмүртектүү материалдар күчтүү күн-жылуулук кайра мүмкүнчүлүктөрү бар жана кең тилкелүү жана жогорку интенсивдүү күн соргучтар үчүн ылайыктуу болуп саналат.
Күндүн жогорку сиңүү ылдамдыгына, арзан баасына жана жакшы туруктуулугуна байланыштуу, көмүртектин негизиндеги көптөгөн күн абсорберлери, анын ичинде көмүртек нанотүтүктөрү, графит жана кыскартылган графен оксиди изилденген. Көп жылдык өнүгүүдөн кийин системанын күндүн нурунан бууга айландыруу эффективдүүлүгү 90% дан ашты.
Күн энергиясын сиңирип алуучу материалдарды иштеп чыгууда жана фаза аралык буулантуучу түзүлүштөрдү долбоорлоодо чоң жылыштар болгонуна карабастан, мурда билдирилген күндүн тузсуздандыргыч түзүлүштөрүнүн көбү бууланткычтын үстүнкү бетинде тузсуздандыруу процессинде туздун топтолушу менен шартталган. Чогулган туз күндүн сиңирүүсүнө бөгөт коёт жана көзөнөктүү бууланткычты бөгөттөйт, натыйжада күндөн жылуулукка конверсиянын эффективдүүлүгү төмөн жана буулануу начар иштейт.
УЗИ толкундары жана сууга чөмүлүү сыяктуу салттуу физикалык ыкмалар топтолгон туздарды жок кылуу үчүн колдонулат, бирок бул ыкмалар интерфейстин буулануу түзүмүнө оңой эле зыян келтириши мүмкүн.
Фаза аралык буулануу системаларында туздун топтолушун азайтуу үчүн көптөгөн изилдөөлөр гидрофобдук бууланууну өнүктүрүүгө багытталган. Бирок, гидрофобдук бууланткычтар үстүнкү бетине суу берүүнү чектеп, ошону менен системанын буулануу натыйжалуулугун төмөндөтөт. Бул маселени чечүүнүн дагы бир жолу - гидрофилдүү бууланткычты колдонуу, ал ашыкча тузду үстүнкү бетинен көлөмдүү сууга жылдырат.
Бүгүнкү күнгө чейин, көптөгөн изилдөөлөр гидрофиликтүү бууланткычтарды долбоорлоого багытталган, мисалы, гидрофиликтүү целлюлоза кездеме мембраналары, кагаз негизиндеги гидрофилдик мембраналар жана био-шыктандыруучу бууланткычтар. Бирок, узак мөөнөттүү туруктуу жана жогорку натыйжалуу күн менен башкарылган interfacial буулануу системасын иштеп чыгуу олуттуу көйгөй бойдон калууда.
Бул изилдөөдө биз аз флуоресценттүү күн жарыктандыруусунда күн менен башкарылган фаза аралык тузсуздандыруу үчүн тузга туруктуу, жогорку эффективдүү күндү сиңирүүчү жана тез жылуулукка жооп берүүчү кыскартылган графен оксиди (rGO) көбүгүн көрсөтөбүз.
Жаңы тешиктүү түзүлүштө негиз катары гидрофилдик меламин көбүгү (МФ) тандалып алынган, ал күндүн сиңирүүсү үчүн беттик аянтты кеңейтип гана тим болбостон, бир нече жолу чачыроону да күчөтөт.
Азайтылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгүнүн бетинин гидрофиликтүүлүгү жана көзөнөктүүлүгү туздардын топтолушуна жол бербестен, күндүн жылуулук конверсиясынын зонасын жетиштүү нымдоону жана биригүүнү, ошондой эле сууну тез толтурууну камсыз кылат.
Кыскартылган графен кычкылы менен капталган меламин көбүгүнүн жогорку өндүрүмдүүлүгүнөн пайдаланып, күн энергиясы менен иштеген интерфейстик система күндөн бууга айландыруу курсун 89.6% түзө алат.
Андан тышкары, кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгүн коммерциялык күн энергиясына интеграциялоо менен биз күндүн нурунан сууга айландыруу эффективдүүлүгү 56.4% болгон күн нурунан башкарылган деңиз суусун тузсуздаштыруучу түзүлүштү долбоорлоп, жасап чыктык. Күндүн тузсуздануусунан улам чогулган таза суу ичүүгө жарактуу сапатка ээ.
Жогорку буулануу көрсөткүчтөрү жана күндөн жылуулукка айландыруу материалдарынын масштабдуулугу менен, күн энергиясы менен иштетилген деңиз суусун тузсуздандыруу үчүн бул система деңиз суусун тузсуздандырууну практикалык колдонууда кеңири колдонуу перспективаларын сунуштайт.
Күн тузсуздандыруу жылуулук өткөрүүчү материалдардын масштабдуулугу
Кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгүнө негизделген интерфациалдык буулантуу системасы. Тер графен оксиди менен капталган меламин көбүгү ортодо жайгашкан жана сыртынан полиэтилен (ПЭ) көбүк катмары менен оролуп, өзүн-өзү көбүкчөлүү интерфациалдык буулануу системасын куруу үчүн.
Теллур кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү күн радиациясын тез сиңирүү, күн энергиясын жылуулукка айландыруу жана фаза аралык буулануу үчүн кыймылдаткыч күчтү түзүү үчүн колдонулат. Башка жагынан алганда, гидрофилдик кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү тынымсыз туздуу сууну буулануу зонасына тарта алат.
Графен үч кычкылы менен капталган меламин көбүгүнүн тешиктүү түзүлүшү пайда болгон буунун айлана-чөйрөгө чыгуусуна мүмкүндүк берип, күн нурунун түшүшүнө өбөлгө түзөт жана ошону менен күндүн жылуулукка конверсиясынын натыйжалуулугун жогорулатат. Кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү тешиктүү жана гидрофиликтүү болуп, ага жогоруда сүрөттөлгөн буулануу түзүмүнө суу тартууга, ошол эле учурда концентрацияланган туздарды кайрадан деңиз суусуна ыдыратууга мүмкүндүк берет.
Буулануу процессинде көбүктөгү туздун концентрациясы түбүндөгү деңиз суусунун концентрациясынан жогору болот. Концентрациянын өзгөрүшү туздун сууга сиңип кетишине алып келет. Мындан тышкары, аны курчап турган полиэтилен көбүгү графен оксиди менен капталган меламин көбүгүн азайтып гана тим болбостон, суунун бетинде табигый түрдө чогулуп, айланадагы туздуу суудан келип чыккан жылуулуктун жоголушуна тоскоол болот.
Интерфейстик буулантуу системалары татаал курулуш долбоорлорун талап кылбастан, суу бетинде үзгүлтүксүз жана натыйжалуу иштей алат. Андан тышкары, буулануу газ менен суюктуктун тилкесинде жүргөндүктөн, интерфейс чегингенде фаза аралык буулануу системасы автономдуу кыймылдай алат.
Теллур менен кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү фаза аралык буулануу системасынын негизги компоненти болуп саналат. Меламин көбүгү графен кычкылынын коллоиддик суспензиясына салынып, кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү даярдалган, андан кийин графен оксиди гидротермикалык ыкманы колдонуу менен кыскартылган графамин оксидине чейин кыскартылган.
Диаметри 3.5 см жана калыңдыгы 1.6 см болгон кыскартылган графен кычкылы менен капталган меламин көбүктү жасоо оңой жана анын түсү терең кара.
Үч өлчөмдүү оптикалык микроскоптун жардамы менен байкалган кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүк материалынын бетинин оройлугу 300 мкмден ашык бийиктиктин өзгөрүшүн көрсөттү. Күн жылуулук айландыруу композиттеринин орой бетинин түзүлүшү, негизинен, меламин көбүгүнүн тешиктүү түзүлүшү менен түшүндүрүлөт, ал эми өзгөртүлгөн кыскартылган графен кычкылы да беттик тегиздикти жогорулатат.
Беттин тегиздиги күндүн сиңирүү бетинин аянтын күчөтүп, ошол эле учурда түшкөн күн нурунун бир нече чачырандылыгын жогорулатат, ошентип системанын күндөн жылуулукка айлануу эффективдүүлүгүн жогорулатат. Даярдалган меламин көбүгүнүн микроструктурасы ар кандай чоңойтууда. Графен оксиди менен капталган меламин көбүк бети бырыштуу жана бири-бири менен байланышкан тармак түзүлүшүн көрсөтөт.
rGO менен капталган меламин көбүктүн тешикчелеринин өлчөмү 20 жана 40 мкм ортосунда. Ачык тешикчелердин түзүлүшү жана бырыштуу бети графен оксидинин чөктүрүлүшүн шарттайт. Кыскартылган графен кычкылы менен капталган меламин көбүгү, тешиктүү меламин көбүгүнүн гидрофиликтүүлүгүнөн улам жакшы суу нымдуулукка ээ.
Суу тамчысы кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгүнүн бетине тийгенден кийин, ал 0.5 секунданын ичинде толугу менен сиңет. Кыскартылган графен кычкылынын композиттеринин гидрофилдик бети тешиктүү структуранын ичиндеги дренажды тез жетектей алат. Кыскартылган графен кычкылы менен капталган меламин көбүгүнүн көзөнөктүүлүгү сууну сиңирүүгө чейинки жана андан кийинки массалык өзгөрүүлөрдү салыштыруу жолу менен аныкталган.
Графен оксиди менен капталган меламин көбүгүнүн көзөнөктүүлүгү 85.55% жетиши мүмкүн. Кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү менен күн энергиясын сиңирүү системанын күндөн жылуулукка айландыруу эффективдүүлүгүнө түздөн-түз таасир этет. Тузга туруктуулукту баалоо үчүн, кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүгү натрий хлоридинин эритмесинде (3.5 масса %) салынган.
Андан кийин үстүнкү бетине 3 г катуу натрий хлориди салынып, Терго менен капталган меламин көбүгү 1 кВт м-2 күн тыгыздыгына жайгаштырылды. Катуу туздун көлөмү 120 мүнөттөн кийин акырындык менен эрийт.
Күн нуру rGO менен капталган меламин көбүгүнүн үстүнкү бетине тийгенде , rGO менен капталган меламин көбүгүнүн температурасы бир нече мүнөттүн ичинде тез көтөрүлүп, буулануу процессинде 35°C бойдон калат. Туздун эригичтиги температурага көз каранды болгондуктан, температура канчалык жогору болсо, туз ошончолук тез эрийт жана ошондуктан туз темири жер үстүндөгү сууга кайра эрийт.
Азайтылган графен кычкылы менен капталган меламин көбүгүндө, анын үстүнкү бетине үзгүлтүксүз суу менен камсыз кыла ала турган, сууну сиңирүү жөндөмдүүлүгү жогору көптөгөн тешикчелери бар, туздар суунун үстүнкү бетинен суунун субкатмарына жылышы мүмкүн. Температуранын өзгөрүшү жогорку буулануу бети менен дененин ортосундагы туздуулуктун өзгөрүшүнө алып келет.
Кең тилкелүү жана эффективдүү күн энергиясын сиңирүүнү алуу үчүн, меламин көбүгү тешиктүү гидрофиликтүү меламин көбүгү менен өзгөртүлгөн, ошону менен күндүн сиңирүү бетинин аянты көбөйүп, бир нече чачыранды көбөйтүлгөн.
rGO-капталган меламин көбүгүгө негизделген күн аралык буулануу системасы 1 кВт m−2 күн энергиясынын тыгыздыгында тез жылуулук реакциясын көрсөтүп, 89.6% туруктуу абалдагы күн жылуулук конверсиясынын эффективдүүлүгүнө жетишет.
Акыр-аягы, биз кыскартылган графен оксиди менен капталган меламин көбүк бууланткычты күн камерасына киргиздик, ал 56.4 кВт м-1 туз топтоо менен 2% ичүүчү сууну өндүрө алат.
Биз бул күн энергиясы менен иштеген фаза аралык тузсуздандыруучу түзүлүш обочолонгон аралдарда же океанда көп көлөмдөгү деңиз сууларынан же башка туздуу суу ресурстарынан ичүүчү сууну чогултуу үчүн колдонулушу мүмкүн деп ойлойбуз.
жыйынтыктоо
Тузсуздандыруу rGO-капталган меламин көбүгү, новатордук жана эффективдүү күн тузсуздандыруу технологиясы катары чоң потенциалга жана колдонуу келечегине ээ. Ал суу тартыш аймактарды ишенимдүү таза суу ресурстары менен камсыз кылуу менен гана чектелбестен, салттуу энергияга болгон көз карандылыкты азайтып, энергия керектөөнү жана айлана-чөйрөнүн булганышын азайтат.
Бул изилдөөнүн натыйжалары дүйнөлүк таза суу ресурстарынын тартыштыгын чечүүгө маанилүү салым кошот жана туруктуу өнүгүүнү ишке ашырууга көмөктөшөт.
SINOYQX меламин көбүгү тууралуу көбүрөөк маалымат алуу үчүн, биз менен [email protected] дареги боюнча байланышыңыз же +86-28-8411-1861 үн менен байланышыңыз.
Кээ бир сүрөттөр жана тексттер интернеттен көчүрүлгөн жана автордук укук түпнуска авторго таандык. Эгерде кандайдыр бир бузуу болсо, өчүрүү үчүн биз менен байланышыңыз.