中科院寧波工業技術研究院研制出新型光熱蒸發海水淡化裝置
發布者:lzx | 來源:界面新聞 | 0評論 | 535查看 | 2019-11-26 11:30:39    

地球表面71%的面積被海洋占據,但海水無法直接作為人類的生活用水。


太陽能光熱蒸發技術是實現海水淡化的主要方法之一,但傳統的光熱轉化材料制備復雜、成本高、穩定性低。


據報道,日前,中國科學院寧波工業技術研究院智能高分子材料團隊陳濤研究員課題組,研發出了一種新型海水淡化裝置,且這一研究成果已刊登在Solar RRL期刊上。


Solar RRL是Advanced Material期刊的子刊。Advanced Material是工程與計算大學科、材料與化學大領域的頂尖期刊。


該新型海水淡化裝置呈三維仿生樹狀結構,課題組技術負責人肖鵬把它稱之為“蒸騰樹”。它通過模擬植物吸水、蒸騰和冷凝的過程,利用光照促使表面水份蒸發,從而將吸收的海水轉化為純凈水。


實驗中,將“蒸騰樹”放置在盛有海水的大杯里,外部套上塑料容器,在有光照的條件下,塑料容器內壁陸續附著上小水珠,然后滴落到底部的容器中,形成純凈水。


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圖:“蒸騰樹”模型


“蒸騰樹”主要由三部分構成,包括作為光吸收劑的CP基葉子、用于輸水/隔熱的紙基莖和用于抽水的紙基根。


CP基葉子可以經受強度較大的彎曲,且折疊過程中不出現明顯的斷裂。經課題組研究人員測試發現,疊加四層的CP基葉子可以吸收近95%的紫外線、96%的可見光和90%的紅外太陽輻射。


光照后,CP基葉子表面的溫度可在2分鐘內迅速升高至75℃,水分蒸發后,收集到的清水符合世界衛生組織的飲用水標準。


CP基葉子、紙基莖和紙基根這三部分,都主要由高分子材料聚吡咯棉布制成。


聚吡咯是一種輕質高效的光熱轉換材料,將其覆蓋在普通棉織物表面上,可使棉布具有吸水快、蒸發性強等特性,同時該棉布可洗可縫、能重復利用,制作成本較低。


實驗室數據表明,由該材料制成的“蒸騰樹”可將日常水體的蒸騰速率提升3.5倍以上。1平方米“蒸騰樹”7小時可淡化海水超過5千克,能夠滿足三個普通成年人一天的飲水需求。


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圖:“蒸騰樹”的應用材料及原理


由于聚吡咯棉布具有強大的纖維結構,它可將地下水從紙根持續抽取到葉片表面。因此,該裝置除了可以淡化海水外,還可以從沙子等固體基質中提取水分。


這意味著,這種裝置在諸如水蒸餾、污水處理,以及在某些沙漠或沼澤條件下的極端水提取場景中,具有巨大的應用潛力。


肖鵬向記者表示,這種新型裝置本身幾乎不耗能,生產加工成本也低,應用前景十分廣闊。


據聯合國新發布的《世界水發展報告》顯示,全球用水量已達到一個世紀前的六倍,預計2050年還將增加20%至50%。


未來,海水淡化將成為化解水資源短缺的重要途徑之一。這也成為眾多科學人員的研究領域。


上海交通大學的趙斌元副教授課題組與倫敦城市大學喬治丹尼斯助理教授吳衛平博士課題組、牛津大學材料系Robert Bradley教授合作,還研制出了一種太陽能風能海水淡化裝置。


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地質聚合物介孔碳復合結構用于光熱海水蒸發設計示意圖。圖片來源:上海交通大學材料科學與工程學院該裝置以地質聚合物和生物質介孔碳復合材料為基礎。核心是利用大孔結構的地質聚合物進行水傳導,再用生物質介孔碳復合材料吸收太陽能。生物質介孔碳主要由生物質秸稈制成。


最后再利用微弱的風能,在蒸發層上方快速形成蒸汽負壓,加速水蒸氣的蒸發和逃逸。


通過這兩種環保材料的組合,該光熱蒸發裝置在一個標準太陽光照射、3m/s的風速下,每平方米每小時可獲得7.55升淡水。

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