Avullimi ndërfaqësor (SIE) i drejtuar nga dielli konsiderohet si një nga teknologjitë më premtuese për të lehtësuar mungesat e ujërave të ëmbla për shkak të aftësisë së tij për të përdorur në mënyrë efikase energjinë diellore për të prodhuar ujë të freskët. Përveç kësaj, avulluesit diellorë kanë avantazhe unike në trajtimin e ujërave të ndotura të kripura të përqendruara . Procesi i avullimit prodhon vetëm kristale kripe si nënprodukt, duke arritur kështu shkarkim zero të lëngshëm. Megjithatë, akumulimi i kripës në avullues do të pengojë thithjen e dritës dhe do të ndikojë në daljen e avullit, duke çuar në fund të fundit në një ulje të performancës së avullimit të avulluesit ose edhe në dështim.
Për të lehtësuar këtë problem, disa studiues kanë propozuar një strategji të "qarkullimit të kripës". Kjo do të thotë, një rrugë qarkullimi është projektuar për tretësirën që të lejojë që jonet e kripës të rrjedhin përsëri në shëllirë, duke parandaluar kështu kristalizimin e kripës në sipërfaqen e avullimit, duke arritur kështu avullimin e vazhdueshëm dhe të qëndrueshëm. Megjithatë, kjo metodë do të bëjë që kripësia e tretësirës të rritet, dhe problemi i kristalizimit të kripës është ende i pashmangshëm.
Një zgjidhje tjetër është strategjia e "kriposjes". Kjo do të thotë, struktura është e rregulluar në mënyrë që kripa të kristalizohet në mënyrë preferenciale në zonën jo avulluese, duke zvogëluar kështu ndikimin e kristalizimit të kripës në performancën e avullimit, duke arritur kështu grumbullimin e njëkohshëm të kripës dhe ujit të freskët. Megjithatë, strategjia e "kriposjes" ende përballet me disa sfida të rënda në zbatimin praktik.
Së pari, transporti njëdimensional i shëllirë kufizon kapacitetin absorbues, duke ulur ndjeshëm shkallën e përgjithshme të avullimit. Së dyti, strategjia e kristalizimit të kripës kërkon heqjen e rregullt të kristaleve të kripës, të cilët janë të vështirë të bien automatikisht nga sipërfaqja e avulluesit për shkak të ngjitjes së tyre të fortë. Nëse kripa e depozituar nuk hiqet në kohë, performanca e avullimit në mënyrë të pashmangshme do të reduktohet. Për më tepër, shumë avullues diellorë me efikasitet të lartë kërkojnë procese përgatitore të rrezikshme ose që kërkojnë kohë, të tilla si trajtime të nxehtësisë me presion të lartë, me vakum të ulët ose me temperaturë të lartë.
Prandaj, zhvillimi i një avulluesi diellor të qëndrueshëm për të arritur avullimin afatgjatë, efikas dhe të qëndrueshëm të ujit dhe mbledhjes së kripës përmes një procesi të thjeshtë përgatitjeje për shkripëzimin me shkarkim të lëngshëm zero është një qëllim shkencor i paarritur.
Bazuar në sfidat e mësipërme, ekipi hulumtues i Universitetit të Parë Mjekësor Shandong përgatiti një avullues tredimensional të gradientit grafeni me aerogel, i cili mund të arrijë avullimin efikas diellor të ujit të kripur me përqendrim të lartë dhe të arrijë zero shkarkim të lëngshëm.
Për të përmbushur kërkesat e rrepta të avulluesve diellorë në drejtim të thithjes efikase të diellit, shfrytëzimit të plotë të energjisë, rezistencës së shkëlqyer ndaj kripës dhe stabilitetit afatgjatë, dizajni i projektit fokusohet kryesisht në katër pikat kryesore të mëposhtme:
Përqendrohuni në dizajnin strukturor dhe rritjen e stabilitetit kimik
Avulluesi duhet të ketë një strukturë të fortë rrjeti dhe stabilitet kimik, gjë që është thelbësore për të arritur shkripëzimin diellor afatgjatë, efikas dhe të qëndrueshëm. Prandaj, ata zgjodhën shkumë melamine me kosto të ulët, superhidrofile, me porozitet të lartë dhe elasticitet të lartë si skeletin mbështetës të avulluesit diellor.
Më pas ata studiuan vetitë mekanike të aerogelëve të grafenit me shkumë melamine si skelet në mënyra të shumta, duke përfshirë ngjeshjen, përkuljen dhe tensionin, për të vlerësuar në mënyrë gjithëpërfshirëse vetitë e tyre mekanike.
Për të verifikuar më tej qëndrueshmërinë dhe qëndrueshmërinë e tij në kushtet aktuale të aplikimit, ekipi hulumtues kreu teste në një sërë kushtesh ekstreme.
Në mënyrë specifike, ata e përkulën mostrën 20 herë në ajër dhe ujë, e zhytën në tretësira acidike dhe alkaline dhe e vendosën në mjedise të ashpra, siç janë temperaturat e larta dhe përzierja me ultratinguj.
Pas këtyre testeve rigoroze, ata nuk gjetën ndryshime të rëndësishme në pamjen dhe mikrostrukturën e kampionit, gjë që demonstroi plotësisht qëndrueshmërinë e saj të shkëlqyer dhe stabilitetin strukturor.
Fokusimi në thjeshtimin dhe përmirësimin ekonomik të proceseve të prodhimit
Për të arritur thjeshtësi dhe ekonomi në procesin e prodhimit të avulluesit dhe për të shmangur përdorimin e pajisjeve të shtrenjta, ata hartuan hapat e mëposhtëm të përgatitjes:
Hapi i parë është shtypja e nxehtë
Duke përdorur teknologjinë e shtypjes së nxehtë, ekipi hulumtues kompresoi shkume melamine me trashësi të ndryshme për të marrë një shtresë melamine të parapresionuar me një trashësi prej 1 mm.
Gjatë këtij procesi, ndërsa raporti i trashësisë origjinale të mostrës me trashësinë përfundimtare të kompresuar rritet, madhësia e poreve të filmit të melaminës të para-presuar rregullohet imët nga 150 μm në 20 μm , duke formuar një strukturë unike të rrjetit gradient tre-dimensional.
Hapi i dytë është spërkatja sipërfaqësore
Përdorni një shishe spërkatëse për të spërkatur pezullimin e oksidit të grafenit në mënyrë të barabartë në sipërfaqen e filmit të melaminës të para-presuar . U arrit shpërndarja uniforme e oksidit të grafenit në film, gjë që hodhi themelet për reduktimin pasues diellor.
Hapi i tretë është tharja me presion atmosferik
Pas spërkatjes, e vendosnin filmin direkt në ajër për tharje natyrale. Ky hap shmang proceset e përgatitjes komplekse, që kërkojnë kohë dhe energji, si tharja në ngrirje, tharja superkritike dhe zëvendësimi i tretësit.
Hapi i katërt është reduktimi i dritës së diellit
Kjo do të thotë, duke përdorur një xham zmadhues për të fokusuar rrezet e diellit në mostër. Nën veprimin e rrezeve ultravjollcë, ngjyra e sipërfaqes së mostrës ndryshon shpejt nga kafe në të zezë, duke treguar se oksidi i grafenit është reduktuar me sukses në oksid grafeni të reduktuar.
Kjo metodë e reduktimit diellor nuk është vetëm e thjeshtë për t'u përdorur dhe miqësore me mjedisin, por gjithashtu nuk kërkon përdorimin e agjentëve reduktues kimikë ose procese të reduktimit termik në temperaturë të lartë, duke ulur ndjeshëm kostot e prodhimit dhe ndotjen e mjedisit.
Përqendrohuni në thithjen efikase të energjisë diellore dhe minimizimin e humbjes së energjisë
Avulluesit diellorë jo vetëm që duhet të thithin dhe shndërrojnë një gamë të gjerë të energjisë diellore në energji termike, por gjithashtu të minimizojnë humbjet e energjisë të shkaktuara nga reflektimi i përhapur dhe rrezatimi termik dhe të kapin energji shtesë nga mjedisi. Procesi i avullimit në ndërfaqen diellore kontrollohet nga tre flukse energjie: inputi i energjisë diellore, prodhimi i energjisë së avullimit dhe energjia e shpërndarë në mjedis.
Fatkeqësisht, avulluesit konvencionalë dydimensionalë diellorë përballen me probleme të shpërndarjes së energjisë për shkak të shkëmbimit të nxehtësisë me mjedisin përreth, duke e bërë të vështirë arritjen e efikasitetit ideal të konvertimit 100% nga dielli në avull. Në të kundërt, avulluesit tre-dimensionale diellore mund të thyejnë kufirin teorik të efikasitetit të konvertimit nga dielli në avull.
Për të reduktuar humbjen e energjisë të shkaktuar nga reflektimi i përhapur dhe rrezatimi termik në sipërfaqen e sipërme të kampionit tredimensional, ekipi projektoi një aerogel grafeni konkav spirale tredimensionale.
Kjo strukturë jo vetëm që ka absorbim më të lartë dhe reflektim më të ulët, por muret e saj anësore janë gjithashtu në gjendje të thithin nxehtësinë e ambientit dhe nxehtësinë e reflektuar në mënyrë të shpërndarë nga fundi, duke mundësuar kështu rikuperimin efektiv të energjisë.
Përqendrohuni në optimizimin e tolerancës së kripës dhe menaxhimin e kristalizimit të kripës
Kjo është; Duke projektuar një kanal unik transporti, promovohet transporti radial i shëllirë, i cili çon në kristalizimin e drejtuar të kripës. Ky dizajn jo vetëm që parandalon në mënyrë efektive depozitimin dhe bllokimin e kripës në sipërfaqen e avulluesit, por gjithashtu realizon mbledhjen dhe përdorimin efektiv të kripës, duke përmirësuar kështu ndjeshëm efikasitetin dhe qëndrueshmërinë e procesit të shkripëzimit.
Në mënyrë specifike, ata projektuan dhe përgatitën një strukturë rrjeti grafeni tre-dimensionale me gradient bazuar në një film poroz melamine të para-presuar . Ky rrjet grafeni me gradient, i cili është i rrallë brenda dhe i dendur jashtë, mund të formojë një ndryshim force kapilare radiale, i cili nxit transportin radial të shëllirës. Ndërsa avulli vazhdon të gjenerohet, rrjedha radiale e shëllirës rrit përqendrimin e shëllirës në sipërfaqen e jashtme, duke bërë që kripa të kristalizohet në drejtim në sipërfaqen e jashtme dhe jo në sipërfaqen e brendshme. Ky dizajn siguron që sipërfaqja e brendshme e avulluesit të mbajë një zonë të mjaftueshme avullimi, duke arritur kështu avullim efikas dhe të qëndrueshëm nga dielli.
Vlen të theksohet se avulluesi përdor të gjithë sipërfaqen e tij të jashtme për kristalizimin e kripës, duke e bërë zonën e kristalizimit shumë më të madhe se avulluesit e tjerë të kristalizimit me drejtim.
Kristalet e kripës përbëhen kryesisht nga kristale kripe të paketuara lirshëm me pore të bollshme, të cilat janë të dobishme për transportin e shëllirë dhe çlirimin e avullit.
Për më tepër, për shkak të efektit ftohës avullues, temperatura e sipërfaqes së shtresës së kripës është më e ulët se temperatura e ambientit. Kjo karakteristikë i mundëson avulluesit të thithë më shumë energji nga mjedisi, duke përmirësuar më tej performancën e avullimit.
Burimi i artikullit: Deep Tech
Grupi i kërkimit: Grupi i Kërkimeve të Ekipit të Parë të Universitetit Mjekësor Shandong
Artikulli është cituar nga: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
Për më shumë informacion në lidhje me shkumën SINOYQX Melamine, ju lutemi na kontaktoni në [email protected] ose na telefononi me zë: +86-28-8411-1861.
Disa foto dhe tekste janë riprodhuar nga interneti dhe e drejta e autorit i përket autorit origjinal. Nëse ka ndonjë shkelje, ju lutemi na kontaktoni për ta fshirë.