Si një mënyrë e qëndrueshme për të shfrytëzuar burimet ujore, shkripëzimi diellor ka potencial të madh në zgjidhjen e problemit të burimeve të pamjaftueshme të ujit të freskët dhe në zbutjen e mungesës së ujit. Megjithatë, teknologjia tradicionale e shkripëzimit të ujit të detit shpesh ka probleme të tilla si konsumi i lartë i energjisë, pajisjet komplekse dhe kostoja e lartë.
Vitet e fundit, teknologjitë e reja të veshjes së shkripëzimit të bazuara në nanomateriale kanë tërhequr gradualisht vëmendjen e studiuesve. Grafeni i reduktuar me oksid grafeni, si një material i ri dydimensional, ka treguar potencial të rëndësishëm në shkripëzimin diellor.
Krahasuar me materialet tradicionale të veshjes së shkripëzimit, rGO ka avantazhet e përçueshmërisë së shkëlqyer, sipërfaqes së lartë specifike dhe stabilitetit të mirë kimik, dhe pritet të përmirësojë efikasitetin e shkripëzimit dhe të zvogëlojë konsumin e energjisë.
Megjithatë, vetë rGO ka probleme me agregimin dhe depozitimin, të cilat zvogëlojnë aktivitetin dhe stabilitetin e tij. Prandaj, fiksimi i rGO në materialet shkumë për të formuar një shtresë kompozite melamine me shkumë /rGO është bërë një mënyrë efektive për të përmirësuar efikasitetin dhe stabilitetin e desalinizimit.
Me modifikimin e sipërfaqes dhe forcimin e vetive bartëse të materialit shkumë, ne fiksuam në mënyrë uniforme rGO në sipërfaqen e shkumës për të rritur zonën e kontaktit të saj me jonet e kripës në ujë. Në të njëjtën kohë, struktura dhe trashësia e veshjes rGO kontrollohen për të optimizuar efikasitetin dhe stabilitetin e shkripëzimit.
Për të fituar një kuptim më të thellë të mekanizmit të shkripëzimit, ne përgatitëm gjithashtu një shkumë të reduktuar të oksidit të grafenit (rGO). Shkuma melamine e veshur me trioksid grafeni ka një mikrostrukturë të natyrshme poroze dhe hidrofilitet, gjë që e lejon atë të ketë lagështi të mirë dhe mund të tërheqë ujin në zonën e avullimit, duke lejuar që uji të rimbushet shpejt duke shmangur reshjet e kripës.
Sistemi i avullimit ndërfaqësor i shkumës melamine të veshur me oksid grafeni mund të arrijë një efikasitet avullimi në gjendje të qëndrueshme prej 89.6% nën karburantin diellor 1kW m−2. Ky sistem avullimi ndërfaqësor ka efikasitet të lartë të konvertimit nga dielli në nxehtësi dhe stabilitet të mirë afatgjatë, duke treguar potencial për shkripëzimin komercial të ujit të detit.
Aktualisht, kriza globale e energjisë dhe mungesa e ujit janë bërë kërcënime kryesore për zhvillimin e qëndrueshëm të shoqërisë njerëzore. Për të përmbushur kërkesën në rritje për energji, zhvillimi i teknologjive të ndryshme të konvertimit të energjisë dhe pastrimit të ujit me performancë të lartë ka marrë vëmendje në rritje.
Teknologjia e avullimit ndërfaqes me energji diellore
Si një burim premtues i energjisë së rinovueshme, energjia diellore është për shkak të kapacitetit të saj jashtëzakonisht të madh, universalitetit, pastërtisë dhe aftësive shumëfunksionale të konvertimit. Ajo ka treguar potencialin për të zëvendësuar lëndët djegëse fosile të mbajtura nga lëndët djegëse fosile.
Përveç teknologjisë diellore fotovoltaike që gjeneron drejtpërdrejt energji elektrike, teknologjia e konvertimit të energjisë diellore-termale gjithashtu thith energjinë diellore dhe e shndërron atë në energji termike, e cila konsiderohet një mënyrë e thjeshtë dhe efektive për të shfrytëzuar energjinë diellore.
Energjia termike e konvertuar nga energjia diellore mund të nxisë procese të rëndësishme industriale si termocentralet diellore, shkripëzimi diellor, sterilizimi, sistemet diellore të ngrohjes së ujit dhe aplikime të tjera të lidhura me nxehtësinë. Shkripëzimi diellor ofron një zgjidhje efektive, veçanërisht për zonat ku mungon infrastruktura, sepse mund të nxjerrë ujë të freskët nga uji i detit pa energji shtesë.
Në vitet e fundit, teknologjia e avullimit ndërfaqësor të drejtuar nga dielli lokalizon procesin e konvertimit të nxehtësisë diellore në ndërfaqen e lëngut-avullit dhe është bërë një teknologji e re e shfrytëzimit të energjisë diellore. Krahasuar me ngrohjen tradicionale integrale, sistemet e avullimit ndërfaqësor shfaqin efikasitet më të lartë të avullimit dhe përgjigje më të shpejtë termike dhe janë një alternativë e mundshme për shkripëzimin e ujit të detit.
Deri më tani, janë kryer shumë studime për përmirësimin e performancës termike të sistemeve të avullimit ndërfaqe. Një sistem tipik avullimi ndërfaqësor i drejtuar nga dielli përbëhet nga tre pjesë të rëndësishme:
Një absorbues diellor me absorbim të lartë diellor dhe konverton në mënyrë efikase rrezatimin diellor në energji termike; një izolant që transferon nxehtësinë e konvertuar në ujin me shumicë; dhe një shteg furnizimi me ujë që tërheq vazhdimisht ujin nga pjesa më e madhe e ujit në sipërfaqen e absorbuesit diellor.
Në studimet e mëparshme, një numër i madh studiuesish i janë përkushtuar përmirësimit të efikasitetit të përgjithshëm të konvertimit nga energjia diellore në avull duke sintetizuar materiale thithëse të energjisë diellore dhe asaj me brez të gjerë, duke optimizuar projektimin e shtigjeve të reja të furnizimit me ujë dhe duke përmirësuar strukturat e izolimit termik.
Deri më tani, sistemet e avullimit ndërfaqësor të drejtuar nga dielli janë përdorur në shumë procese industriale, në distilimin e induktuar diellor, sterilizimin diellor, shkripëzimin diellor dhe prodhimin e energjisë diellore. Për të arritur performancën e lartë të avullimit të sistemit, është e rëndësishme të eksplorohet thithja me brez të gjerë në të gjithë spektrin diellor të materialeve thithëse diellore.
Materialet thithëse të energjisë diellore të zhvilluara dhe të eksploruara në sistemet e avullimit ndërfaqësor të drejtuar nga dielli përfshijnë kryesisht materiale karbonike, grimca plazmonike dhe materiale absorbuese spektrale. Midis tyre, materialet natyrale të zeza dhe karbonike kanë aftësi të forta të konvertimit të nxehtësisë diellore dhe janë të përshtatshme për amortizues diellorë me brez të gjerë dhe me intensitet të lartë.
Për shkak të shkallës së tyre të lartë të absorbimit diellor, kostos së ulët dhe stabilitetit të mirë, janë studiuar shumë amortizues diellorë me bazë karboni, duke përfshirë nanotubat e karbonit, grafitin dhe oksidin e reduktuar të grafenit. Pas vitesh zhvillimi, efikasiteti i konvertimit të sistemit nga dielli në avull nën dritën e ditës ka arritur më shumë se 90%.
Edhe pse ka pasur përmirësime të mëdha në zhvillimin e materialeve që thithin energjinë diellore dhe në projektimin e strukturave të avullimit ndërfaqe, shumica e pajisjeve të shkripëzimit diellor të raportuara më parë ishin për shkak të akumulimit të kripës në sipërfaqen e sipërme të avulluesit gjatë procesit të shkripëzimit. Kripa e akumuluar bllokon thithjen diellore dhe bllokon avulluesin poroz, duke rezultuar në efikasitet të ulët të konvertimit nga dielli në nxehtësi dhe performancë të dobët të avullimit.
Metodat tradicionale fizike si valët ultrasonike dhe zhytja në ujë përdoren përgjithësisht për të hequr kripërat e grumbulluara, por këto metoda mund të shkaktojnë lehtësisht dëmtim në strukturën e avullimit të ndërfaqes.
Për të reduktuar akumulimin e kripës në sistemet e avullimit ndërfaqe, shumë studime janë fokusuar në zhvillimin e avullimit hidrofobik. Megjithatë, avulluesit hidrofobikë kufizojnë furnizimin me ujë në sipërfaqen e sipërme, duke ulur kështu performancën avulluese të sistemit. Një mënyrë tjetër për të zgjidhur këtë problem është përdorimi i një avulluesi hidrofil, i cili lëviz kripën e tepërt nga sipërfaqja e sipërme në ujin me shumicë.
Deri më sot, shumë studime janë fokusuar në projektimin e avulluesve hidrofilë, të tillë si membranat prej pëlhure celuloze hidrofile, membranat hidrofile me bazë letre dhe avulluesit bio-frymëzuar. Por zhvillimi i një sistemi avullimi ndërfaqësor afatgjatë të qëndrueshëm dhe shumë efikas të drejtuar nga dielli mbetet një sfidë e rëndësishme.
Në këtë studim, ne demonstrojmë një shkumë oksid grafeni të reduktuar (rGO) rezistente ndaj kripës, me efikasitet të lartë dhe me reagim të shpejtë termik të oksidit të grafenit për shkripëzimin ndërfaqësor të drejtuar nga dielli nën ndriçimin diellor me fluoreshencë të ulët.
Në strukturën e re poroze, si bazë u zgjodh shkuma hidrofile e melaminës (MF) , e cila jo vetëm zgjeron sipërfaqen për thithjen diellore, por gjithashtu rrit shpërndarjen e shumëfishtë.
Hidrofiliteti i sipërfaqes dhe poroziteti i shkumës së melaminës të veshur me oksid grafeni të reduktuar sigurojnë lagështi dhe shkrirje të mjaftueshme të zonës së konvertimit të nxehtësisë diellore, si dhe rimbushje të shpejtë të ujit, duke shmangur akumulimin e kripërave.
Duke përfituar nga performanca e lartë e shkumës melamine të reduktuar të veshur me oksid grafeni, sistemi ndërfaqësor me energji diellore është i aftë për një shkallë të konvertimit nga dielli në avull prej 89.6%.
Për më tepër, duke integruar shkumën melamine të veshur me oksid grafeni të reduktuar në energjinë diellore komerciale, ne projektuam dhe fabrikuam një pajisje shkripëzimi ndërfaqesore të ujit të detit të drejtuar nga dielli me një efikasitet të konvertimit nga dielli në ujë prej 56.4% nën dritën e ditës. Për shkak të shkripëzimit diellor, uji i pastër i mbledhur është i kërkuar për cilësi të pijshëm.
Me performancën më të lartë të avullimit dhe shkallëzueshmërinë e materialeve të konvertimit nga dielli në termik, ky sistem për shkripëzimin ndërfaqesor të ujit të detit të drejtuar nga dielli paraqet perspektiva të gjera aplikimi në aplikimet praktike të shkripëzimit të ujit të detit.
Shkallëzimi i materialeve të transferimit të nxehtësisë me shkripëzimin diellor
Një sistem avullimi ndërfaqësor i bazuar në shkumën melamine të reduktuar të veshur me oksid grafeni. Shkuma melamine e veshur me oksid grafeni është në mes dhe është e mbështjellë nga një shtresë shkume polietileni (PE) në pjesën e jashtme për të ndërtuar një sistem avullimi ndërfaqësor vetë-flluska.
Shkuma melamine e veshur me oksid grafeni të reduktuar nga teluri përdoret për të absorbuar shpejt rrezatimin diellor që ndodh, për të shndërruar energjinë diellore në nxehtësi dhe për të gjeneruar një forcë lëvizëse për avullimin ndërfaqe. Nga ana tjetër, shkuma melamine e veshur me oksid grafeni të reduktuar hidrofile mund të tërheqë vazhdimisht shëllirë në zonën e avullimit.
Struktura poroze e shkumës së melaminës të veshur me trioksid grafeni lejon që avulli i krijuar të dalë në mjedis, duke nxitur kapjen e dritës së diellit dhe duke rritur kështu efikasitetin e konvertimit nga dielli në nxehtësi. Shkuma e melaminës e veshur me oksid grafeni të reduktuar është poroze dhe hidrofile, duke e lejuar atë të tërheqë ujin në strukturën e avullimit të përshkruar më sipër, ndërsa në të njëjtën kohë zbërthen kripërat e koncentruara përsëri në ujin e detit.
Gjatë procesit të avullimit, përqendrimi i kripës në shkumë është më i lartë se përqendrimi i ujit të detit në fund. Ndryshimet në përqendrim bëjnë që kripa të zbërthehet në ujin e përpunuar. Përveç kësaj, shkuma e polietilenit përreth jo vetëm që zvogëlon shkumën e melaminës të veshur me oksid grafeni , por gjithashtu grumbullohet natyrshëm në sipërfaqen e ujit, duke penguar humbjen e nxehtësisë të shkaktuar nga uji i kripur përreth.
Sistemet e avullimit të ndërfaqes mund të funksionojnë vazhdimisht dhe në mënyrë efikase në sipërfaqet ujore pa pasur nevojë për dizajne komplekse ndërtimi. Për më tepër, meqenëse avullimi ndodh në ndërfaqen gaz-lëng, sistemi i avullimit ndërfaqësor mund të lëvizë në mënyrë autonome kur ndërfaqja tërhiqet.
Shkuma melamine e veshur me oksid grafeni të reduktuar me telurium është një komponent kyç i sistemit të avullimit ndërfaqe. Shkuma e melaminës u zhyt në suspension koloidal të oksidit të grafenit për të përgatitur shkumë melamine të veshur me oksid grafeni të reduktuar, dhe më pas oksidi i grafenit u reduktua në oksid grafine të reduktuar duke përdorur një metodë hidrotermale.
Shkumë melamine e reduktuar e veshur me oksid grafeni me diametër 3.5 cm dhe trashësi 1.6 cm është e lehtë për t'u prodhuar dhe ngjyra e saj është e zezë e thellë.
Vrazhdësia e sipërfaqes së materialit shkumë melamine të veshur me oksid grafeni të reduktuar e vëzhguar duke përdorur një mikroskop optik tredimensional tregoi një ndryshim në lartësi prej më shumë se 300 μm. Struktura e përafërt e sipërfaqes së kompozitave të konvertimit termik diellor i atribuohet kryesisht strukturës poroze të shkumës së melaminës, dhe oksidi i reduktuar i modifikuar i grafenit gjithashtu rrit vrazhdësinë e sipërfaqes.
Vrazhdësia e sipërfaqes amplifikon sipërfaqen e absorbimit diellor duke rritur shpërndarjen e shumëfishtë të dritës së diellit, duke përmirësuar kështu efikasitetin e konvertimit nga dielli në nxehtësi të sistemit. Mikrostruktura e shkumës së melaminës së përgatitur në zmadhime të ndryshme. Sipërfaqja e shkumës melamine e veshur me oksid grafeni shfaq një strukturë rrjeti të rrudhur dhe të ndërlidhur.
Madhësia e poreve të shkumës melamine të veshur me rGO është midis 20 dhe 40 μm. Struktura e poreve të hapura dhe sipërfaqja e rrudhosur lehtësojnë depozitimin e oksidit të grafenit. Shkuma melamine e reduktuar e veshur me oksid grafeni ka lagështi të mirë të ujit për shkak të hidrofilitetit të shkumës poroze të melaminës.
Sapo një pikë uji prek sipërfaqen e shkumës së melaminës të veshur me oksid grafeni të reduktuar, ajo absorbohet plotësisht brenda 0.5 sekondave. Sipërfaqja hidrofile e përbërjeve të reduktuara të oksidit të grafenit mund të drejtojë shpejt kullimin brenda strukturës poroze. Poroziteti i shkumës melamine të veshur me oksid grafeni të reduktuar u përcaktua duke krahasuar ndryshimet në masë para dhe pas thithjes së ujit.
Poroziteti i shkumës melamine të veshur me oksid grafeni mund të arrijë 85.55%. Thithja e energjisë diellore nga shkuma melamine e reduktuar e veshur me oksid grafeni ndikon drejtpërdrejt në efikasitetin e konvertimit nga dielli në nxehtësi të sistemit. Për të vlerësuar rezistencën e kripës, shkuma melamine e veshur me oksid grafeni të reduktuar u vendos në tretësirën e klorurit të natriumit (3.5 wt%).
Pastaj 3 g klorur natriumi të ngurtë u vendosën në sipërfaqen e sipërme dhe shkuma melamine e veshur me Tergo u vendos me një densitet diellor prej 1 kW m−2. Sasia e kripës së ngurtë shpërbëhet gradualisht pas 120 minutash.
Kur rrezet e diellit shkëlqejnë mbi sipërfaqen e sipërme të shkumës së melaminës të veshur me rGO , temperatura e shkumës së melaminës të veshur me rGO rritet me shpejtësi brenda disa minutash dhe mbetet në 35°C gjatë gjithë procesit të avullimit. Meqenëse tretshmëria e kripës varet nga temperatura, sa më e lartë të jetë temperatura, aq më shpejt tretet kripa dhe për këtë arsye hekuri i kripur mund të ritretet në ujërat sipërfaqësore.
Në shkumën melamine të reduktuar të veshur me oksid grafeni, e cila ka pore të shumta me kapacitet të lartë thithës uji që mund të sigurojë një furnizim të vazhdueshëm me ujë në sipërfaqen e sipërme, kripërat mund të lëvizin nga sipërfaqja e sipërme në nënshtresën e ujit. Ndryshimet e temperaturës çojnë në ndryshime të kripësisë midis sipërfaqes së sipërme të avullimit dhe trupit.
Për të marrë një përthithje me brez të gjerë dhe efikas të energjisë diellore, shkuma melamine u modifikua me shkumë poroze hidrofile melamine, duke rritur kështu sipërfaqen e absorbimit diellor dhe duke rritur shpërndarjen e shumëfishtë.
Sistemi i avullimit ndërfaqesor diellor i bazuar në shkumën melamine të veshur me rGO shfaq përgjigje të shpejtë termike në një densitet të energjisë diellore prej 1 kW m−2, duke arritur një efikasitet të konvertimit termik diellor në gjendje të qëndrueshme prej 89.6%.
Së fundi, ne integruam një avullues shkume melamine të veshur me oksid grafeni të reduktuar në një aparat diellor, i cili mund të prodhojë 56.4% ujë të pijshëm me akumulim kripe në 1 kW m−2.
Ne parashikojmë që kjo pajisje shkripëzimi ndërfaqes me energji diellore mund të përdoret në ishuj të izoluar ose në oqean për të mbledhur ujin e pijshëm nga uji i bollshëm i detit ose burime të tjera të ujit të kripur.
Përfundim
Shkuma melamine e veshur me rGO shkripëzimi, si një teknologji inovative dhe efikase e shkripëzimit diellor, ka potencial dhe perspektiva të mëdha aplikimi. Ai jo vetëm që mund të sigurojë burime të besueshme të ujit të freskët për zonat me pak ujë, por gjithashtu të zvogëlojë varësinë nga energjia tradicionale, të zvogëlojë konsumin e energjisë dhe ndotjen e mjedisit.
Rezultatet e këtij hulumtimi do të japin një kontribut të rëndësishëm në zgjidhjen e problemit global të mungesës së burimeve të ujërave të ëmbla dhe do të nxisin realizimin e zhvillimit të qëndrueshëm.
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.