光热膜蒸馏水处理技术与应用研究进展

利用高效的水处理技术对海水、苦咸水脱盐淡化,以及将工业废水循环再利用,是解决水资源短缺及水污染问题的关键。目前应用较多的膜分离技术尚存在高能耗、低热效率、二次污染等问题。因此,新型的膜分离技术受到广泛关注。光热膜蒸馏技术具有热效率高、能耗低、零排放等特点,在海水淡化、水资源再利用等领域的应用已展现出良好前景。文章综述了光热膜蒸馏的基本过程和原理,光热膜材料的研发和光热膜蒸馏系统的设计研究进展,并对光热膜蒸馏的综合实际应用进行详细阐述。另外,还探讨了当前光热膜蒸馏技术的局限性及未来的挑战,以期为光热膜蒸馏系统的进一步发展及应用提供参考。

光热膜蒸馏过程去除高盐有机废水中苯酚的性能研究

膜蒸馏技术对于非挥发性物质具有100%的理论截留率,但对于挥发性物质的截留效果不佳。本研究使用光热膜蒸馏技术,利用光能对膜表面进行原位加热,改善温差极化问题,提高水通量,降低苯酚/水透过比值.本工作通过喷涂法在聚四氟乙烯(PTFE)基膜上制备了碳纳米管(CNTs)复合膜.膜表面CNTs层赋予了复合膜优异的光吸收和光热转换性能,在全光谱范围内光吸收率可达90.64%.在1个太阳光强度下,膜表面温度可上升至(61±1)℃.在使用200 mg/L苯酚、3.5%(质量分数)NaCl溶液在35℃下作为进料液并施加1个太阳光辐射的光热膜蒸馏系统中,膜通量提高了34.4%,太阳能利用率为33.1%,同时盐的截留率始终大于99.9%.光热膜蒸馏对于高盐苯酚溶液中苯酚的分离效果相比传统膜蒸馏有明显提高:在进料液苯酚浓度为200 mg/L的条件下,施加1个太阳光强度后苯酚/水的透过比降低了35.2%.

细菌纤维素/壳聚糖/聚丙烯酰胺光热膜的抑菌性

选用细菌纤维素(BC)水凝胶作为光热膜基底材料,利用壳聚糖(Chi)及聚丙烯酰胺(PAM)中氨基等基团的抑菌作用来增强其抗污染性能。通过对大肠杆菌抑菌圈、生长曲线的分析,以及沼液混合菌生长情况的观察,发现BC膜中壳聚糖和聚丙烯酰胺的加入对微生物的生长有明显的抑制作用。大肠杆菌抑菌圈试验表明,BC/Chi/PAM光热膜对大肠杆菌有明显的抑制效果,抑菌圈达到5.0 mm,远高于BC膜的0.5 mm抑菌圈。添加不同光热膜与沼液共培养发现,添加BC/Chi/PAM光热膜对细菌生长有显著抑制作用,生物量比添加BC膜的处理少53%;而添加PAM的复合膜对沼液真菌的抑制效果显著,BC/PAM膜与BC/Chi/PAM膜真菌生物量显著少于BC膜。

陶瓷基碳纳米管复合膜的光热膜蒸馏性能研究

构筑新型光热多功能蒸馏膜界面具有重要的研究价值,本研究以氧化铝(Al2O3)陶瓷膜作为载体,通过原位化学气相沉积(CVD)过程制备了氧化铝-碳纳米管(Al2O3-CNTs)复合膜,复杂交错的CNTs网络结构同时为复合膜提供了较好的疏水性以及高效的光热转换性能.Al2O3-CNTs膜的氮气渗透性为1135.14 m^(3)/(m^(2)·h·MPa),水接触角达到171.0°,液体渗透压力为0.15 MPa.复合膜在模拟太阳辐照下辐照600 s后,表面温度升高至82.7℃,光吸收率最高可达66.2%.通过研究传统膜蒸馏及光热膜蒸馏性能,结果表明,在进料液温度为75℃,流速为60 r/min,进料液质量分数为3.5%NaCl溶液的情况下,相比于传统膜蒸馏过程,该复合膜在4 kW/m^(2)的模拟光照强度下,通量提升率为33.7%,太阳能利用效率达到22.7%,同时盐截留率(>99.8%)和渗透侧电导率(<60.0μS/cm)在运行过程中保持稳定,表明特殊设计的Al2O3-CNTs复合膜具有较好的光热膜蒸馏性能.

石墨烯-MXene光热脱盐膜的制备及协同增强界面光蒸汽脱盐性能的研究

界面太阳能蒸发脱盐是一种低成本、环保、高效的海水淡化技术。通过自组装方法合成了2D-2D交联结构的石墨烯-MXene光热脱盐膜,讨论了不同厚度光热膜的微观结构、形貌、浸润性、光吸收等特性,以及这些特性与光热蒸发脱盐性能的关系。结果表明,1 kW/m^(2)太阳光辐照下,最优石墨烯-MXene光热脱盐膜在0.2 mol/L盐水中的最高蒸发速率可以达到1.68 kg/(m^(2)·h),效率为85.38%。

太阳能驱动膜蒸馏中光热疏水膜研究进展

太阳能驱动膜蒸馏技术是目前膜蒸馏领域的研究热点,光热疏水膜的性能直接决定其光热转换效率和运行成本。本文综述了适用于太阳能驱动膜蒸馏技术的光热疏水膜制备方法及其脱盐效能;重点分析了不同种类光热疏水膜的渗透性能和光热转换性能;指出了光热疏水膜结构和性质对其SMD性能的影响,并提出了其优化策略。

溶胶-凝胶法制备太阳能光热转换膜玻璃

将光热转换材料与玻璃结合起来制作成太阳能光热转换膜玻璃,可以提高玻璃对太阳能的吸收率。用溶胶-凝胶法将纳米光热转换材料Cu7S4制备成复合涂料,在玻璃上形成一层具有光热转换功能的复合涂层。通过进行试验测试,制备得到的太阳能光热转换膜玻璃在保证透过率的前提下,涂层均匀、稳定性良好,与玻璃结合力强,具有良好的升温效果。

新型聚多巴胺纳米颗粒光热蒸发性能评价

聚多巴胺具有与黑色素相似的吸光性能,是一种被广泛关注的高分子近红外吸收材料,在光热转化方面有良好前景。但由于其本身聚合机理多样,内部结构复杂,目前对聚多巴胺功能性设计的研究较少。本文通过设计Fe3+和硅烷偶联剂与多巴胺反应,提高了聚多巴胺的吸光特性和亲水性;通过X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)等表征证明,成功合成了高吸光度亲水聚多巴胺纳米颗粒,吸光度达到90%。同时将合成的纳米颗粒真空抽滤,堆叠构建亲水输运通道。实验表明:在太阳光蒸发环境,一个太阳光强下,使用本文设计的光热膜进行纯水蒸发实验,纯水蒸发速率可以达到1.1 kg/(m^(2)·h),光热转化效率为80%,比普通聚多巴胺提高15%,证明该材料有很好的光热转化性能,在海水淡化领域有着良好的应用前景。

光热膜的制备以及光芬顿催化性能的研究

以刻蚀模板法制备的多孔碳纤维(CF)为载体,选取四氧化三铁(Fe_(3)O_(4))作为催化剂,将二者均匀混合并通过真空抽滤的方式制备出了具有界面加热和光芬顿催化性能的光热膜(PTM)。通过X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、比表面与孔隙度分析仪、紫外可见光分光光度计等对材料进行表征,研究了pH值、H_(2)O_(2)投加量和太阳光辐照密度对降解效率的影响。实验结果表明:在pH值为5、H_(2)O_(2)投加量为300μL和太阳光辐射密度为3 kW/m^(2)的条件下,反应进行80 min后,质量浓度为10 mg/L的罗丹明B(RhB)的降解率可以达到100%。此外,用PTM反复降解RhB溶液10次后,催化效率依然可以达到92%,表明此光热膜具有高的稳定性。

钌/石英滤纸:可回收型CO_(2)甲烷化光热催化膜

光热催化提供了一条将太阳能转变为化学能的绿色途径.既往光热催化剂多数为分散颗粒粉体,面临底层催化剂无法被光照而不能充分利用的问题.本研究开发了一种钌(Ru)/石英滤纸光热催化膜,Ru金属颗粒负载于厚度为0.36mm的石英滤纸上,使得所负载的Ru金属颗粒均能够充分进行光热转换进而催化CO_(2)甲烷化反应.此外,该钌/石英滤纸采用光热合成方法制备,极大节约催化剂生产能耗,该光热催化膜也便于回收再利用,因而具有潜在应用前景.

利用激光诱导石墨烯实现高效太阳能界面蒸发

传统的石墨烯制备方法过程复杂且环境严苛,本文使用激光诱导法制备石墨烯,并探索其在太阳能界面蒸发领域的应用。以商业隔热软木板(ICB板)为基底,在其表面通过激光刻蚀诱导生成石墨烯(laser-induced graphene,LIG)作为光热膜(ICB-LIG膜),辅以隔热装置和水输送通道,构建了一个新型的太阳能蒸发器。蒸发性能测试结果表明,该太阳能蒸发器能够在1个标准太阳光照射下实现高达1.33 kg·m-2·h-1的蒸发速率,相应的光热转化效率为86.0%。此外,该太阳能蒸发器还具有良好的耐久性,在7次循环实验中蒸发速率仅下降3.0%。