在UV_(365)和太阳光辐照下EfOM生成DBPs及其毒性的变化

为了探究污水厂出水中溶解性有机物(EfOM)经氯化消毒处理后生成的消毒副产物(DBPs)暴露在太阳光下的变化规律,探究了单一及混合DBPs在UV_(365)和太阳光辐照下的光解和水解特性,从而揭示氯化EfOM过程生成的DBPs的增衰规律以及伴随的两种生物毒性的变化.结果表明,氯化EfOM生成的6种DBPs中,一氯二溴甲烷和1,1,1-三氯丙酮在UV_(365)和太阳光辐照下均可降解,在UV_(365)辐照下的光解速率分别为0.0072和0.0523h~(-1),而在太阳光下光解速率分别为0.0293和0.1551h^(-1),其在太阳光下的光解速率大于UV_(365).混合DBPs体系中,在UV_(365)或者太阳光的辐照下,共存的DBPs之间可产生促进/抑制降解现象.在UV_(365)辐照下,Ef OM生成的DBPs(除了三氯甲烷)基本随着时间的延长而增加了16.5%~231.1%,并且氯化EfOM溶液的急性毒性和遗传毒性分别升高了17.0%和降低了5.6%.但是,在太阳光辐照下,三氯乙酸和1,1,1-三氯丙酮则下降了36.2%和82.2%,其它DBPs基本保持稳定,且氯化EfOM溶液的急性毒性和遗传毒性降低了35.8%和37.7%.这将为污水厂尾水排放到开放性水体受太阳光辐照后的生态安全保障提供了一定的依据.

用于太阳光泵浦光纤激光聚光系统的改进型复合抛物面聚光器的设计

为研制适用于太阳光泵浦光纤激光器的聚光系统,在分析了传统复合抛物面聚光器(CPC)用于耦合光纤的可行性及其缺陷的基础上,提出了一种改进型CPC用于光纤耦合。完成了由主级抛物面反射镜和次级改进型CPC组成的太阳光泵浦多级聚光方案,并与普通CPC和透镜组构成次级聚光器的方案以及无次级聚光器的方案进行了对比。光线追迹仿真模拟结果表明:改进型CPC能够克服普通CPC出射光线发散的缺陷,从而提高与光纤的耦合效率,当主镜接收角度在±0.55°范围内,其耦合效率维持在93.53%-96.43%,该结果优于其他方案。

改性TiO_(2)-太阳光协同强化秸秆产糖的研究

为了强化生物质能源的清洁利用,提高生物质糖转化率,合成了L-缬氨酸改性二氧化钛复合催化剂;随后以稻草秸秆为原料,木质素去除率与还原糖产量为目标,通过改性二氧化钛-太阳光协同预处理强化秸秆酶解糖化效率。过程中考察了催化剂种类、浓度、pH、太阳光光照时间以及光照方式对秸秆还原糖转化率的影响。在单因素试验基础上,对工艺参数进行了正交试验优化。SEM与FT-IR分析结果显示,L-缬氨酸成功负载于二氧化钛颗粒上;形成的复合催化剂联合太阳光辐照可有效强化秸秆还原糖转化率。综合考虑经济性因素,最终方案选择催化剂浓度为35 mg/L、pH为6.0、预处理时间70 min。验证试验显示,木质素去除率可达93.1%。预处理后,酶解糖化过程采用光暗交替循环方案,酶载量20 FPU/g,其还原糖转化率可达117.3 mg/g,还原糖转化率非常显著。

低轨光学卫星相控阵数传期间太阳光规避方法

为防止低轨光学卫星相控阵数传任务过程中相机进光而对传感器造成损伤,提出了一种相控阵数传任务期间的太阳光姿态规避方法。首先,计算出地心固连坐标系中卫星指向太阳的向量与卫星指向地面数传站的向量,并建立两向量所在平面的单位法向量。其次,以单位法向量为旋转轴使卫星指向地面数传站的向量以相控阵最大离轴角进行旋转,旋转后的向量即为卫星在地心固连坐标系下的太阳光规避向量。然后,通过太阳光规避向量、地心固联坐标系中卫星的位置及地心固联坐标系到轨道坐标系的转换矩阵,规划卫星在轨道坐标系下的太阳光规避姿态并计算出相控阵指向角。最后,在吉林一号高分02D星上进行了仿真分析和在轨试验。仿真结果表明,在相控阵最大波束角为60°的情况下,卫星使用太阳光姿态规避方法进行数传后,在12月份内相机与太阳光夹角在90°以下的概率由传统凝视姿态数传方法的44.1%降低为2.1%。吉林一号高分02D星在轨试验结果表明,近似相同条件下的两次数传任务在使用太阳光姿态规避方法进行数传后,相机与太阳光的夹角由传统凝视姿态的31.3°~152.1°提升为96.3°~180°,验证了太阳光姿态规避方法可在数传任务期间有效规避太阳光,保证了低轨光学卫星相机在轨的安全性和可靠性。

模拟太阳光/ClO_(2)高级氧化技术降解卡马西平及其水环境适用性

基于ClO_(2)光解的高级氧化技术在微污染物去除方面得到了广泛研究,一般通过ClO_(2)光解产生的活性物种(Cl·、ClO·、^(1)O_(2)、O_(3)和HO·等)来实现水体中目标污染物的降解.抗癫痫药卡马西平(CBZ)难以被生物降解和自然光降解,在水环境中具有持久性.该文系统研究了模拟太阳光/ClO_(2)体系中活性物种对CBZ去除效率及降解路径的影响,同时评估了水基质(如pH的变化及Cl^(-)、HCO_(3)^(-)、腐殖酸和富里酸等的存在)对污染物降解效率的影响.研究结果表明^(1)O_(2)、O_(3)和HO·等在CBZ降解过程中发挥重要作用,模拟太阳光/ClO_(2)体系中CBZ降解效率随着pH的增大而减小,Cl^(-)的存在对CBZ降解影响较小,HCO_(3)^(-)的存在不利于CBZ降解,天然有机质中的腐殖酸对CBZ降解的抑制作用要大于富里酸,水体中K^(+)、Ca^(2+)、Mg^(2+)等阳离子的存在不影响CBZ降解效率.

模拟太阳光下驱动H_(2)O_(2)生成及含量测定的综合实验

近年来,新能源研发和太阳能储能在“双碳”背景下受到广大学生的关注。然而,在本科生教学实验中,缺乏涉及能源转换的实验,导致学生对低碳和绿色化学的理解停留在理论层面。本实验方案深入结合科学前沿的热门领域,利用模拟太阳光制备过氧化氢(H_(2)O_(2)),实现太阳能到化学能的转换和储存。整个实验过程不使用任何有毒有害试剂,充分体现绿色低碳的化学宗旨。本实验以双氰胺合成石墨相氮化碳(g-C_(3)N_(4))纳米片为例,分析聚合反应机制,充分融合了无机、物化和分析的基本操作,同时结合一些现代分析手段,进行g-C_(3)N_(4)催化H_(2)O_(2)生成和含量测定的开放性综合实验。实验中结合无机到有机材料的聚合反应,基于有氧实验环境的处理,利用紫外分光光度计测定产率,可有效提升学生的综合素质和创新能力,实现了“融时政于教学,培育全面发展的学生”的目标。

太阳光驱动的界面海水淡化研究进展

太阳驱动的界面海水蒸发系统能够有效利用太阳能实现海水淡化过程。该体系对太阳能的高效利用和潜在的工业化使用使得该技术具有较好的应用前景。本文从太阳光驱动的界面海水淡化工艺的主要影响因素光热材料和结构设计角度出发,综合论述了光热材料研究进展(碳基材料、纳米金属和复合材料)和结构设计,期待能够为实现高效太阳光驱动的界面海水淡化技术设计和应用提供有益思路。

太阳光模拟器光谱对光伏组件I-V特性测试的影响分析

太阳光模拟器是目前测试光伏组件I-V特性的主流设备,然而其光谱辐照度与标准太阳光谱(AM1.5G)的辐照度存在差异,此差异是造成测试结果偏差的主要原因之一。从光谱匹配度、光谱覆盖率(SPC)和光谱偏离率(SPD)的角度对3台太阳光模拟器光谱进行了分析,并结合目前市场上主流的PERC、HJT、TOPCon 3种光伏组件的光谱响应特性,通过计算光谱失配因子来分析光谱对光伏组件I-V特性测试结果的影响。分析结果显示:1)光伏组件I-V特性测试结果偏高或偏低与光谱匹配度等级无关,而是由参考器件光谱响应和测试样+品光谱响应差异处的光谱分布决定。2)通常,A级光谱匹配度的太阳光模拟器SPC接近100%,在光谱匹配度等级一致时,使用SPD较小的太阳光模拟器测试光伏组件I-V特性,得到的结果偏差更小。3)为更准确测试光伏组件的I-V特性,推荐使用具有与样品相同光谱响应的参考器件,或进行光谱失配修正。

用太阳光“照”出乙烯——记中国科学院理化技术研究所光催化乙烷氧化脱氢反应机制

“乙烷是天然气、页岩气开采过程的主要副产物之一,因经济价值低、运输难度大,难以资源化利用。光催化技术能直接利用太阳能,将这些乙烷转化为乙烯,具有成本效益。”中国科学院理化技术研究所施润副研究员介绍了这个技术的前景。

用人工神经网络方法计算太阳光谱辐照度分布

针对传统太阳光谱辐照度分布计算模型计算速度慢,需要大量气象参数等问题,提出了一种基于人工神经网络(ANN)算法模型计算特定气象参数下的太阳光谱辐照度分布的方法。首先将数据集通过Mini-Batch-Kmeans算法聚类并标签化,利用Python平台搭建ANN算法模型并对数据集进行训练,从而获得该气象条件下的太阳光谱辐照度分布。结果表明,相对于其他机器学习算法模型,提出的ANN算法具有更好的误差评估参数表现以及更稳定的预测性能。此预测模型可运用于光伏器件的输出性能参数的计算,为光伏组件实际应用中预测发电量输出和性能评估提供了便捷工具。

全固态太阳光泵浦激光器热效应分析

太阳光泵浦激光器是将太阳光直接转化为激光的装置,具有能量转换环节少、效率高、结构简单可靠、性能稳定以及无污染等优点。对应用于空间环境(4 K)的全固态太阳光泵浦激光器进行了建模,并对泵浦太阳光收集阶段进行了热效应分析。先后考虑两种安装底座和四种太阳光线偏转情况,运用ANSYS Workbench@热分析软件分别进行了稳态热分析。针对第一种情况得到的可行性验证,提出了下一步的改进优化意见,并初步设想进行实际模型搭建和测试。针对第二种不可行情况,提出了几种可能的改进措施,并对未来的工作进行了展望。该研究为太阳光泵浦激光器在空间环境中的实际应用提供了一种全新的、采用全固态传导冷却方式温控系统的可行方案,为未来空间太阳光泵浦激光器能够得到实际应用提供了研究资料。

S,W共掺杂球形纳米TiO2复合材料的制备及太阳光催化性能

以硫脲为S源、NaWO4·2H2O为W源采用改性溶胶–凝胶法制备S,W共掺杂的球形纳米TiO2复合材料,并以10 mg/L的甲基橙溶液为底物测定了其太阳光催化性能。结果表明,当S,W掺杂质量分数为5%,制备时的焙烧温度为500℃,甲基橙溶液的pH值为4时,复合材料的太阳光催化性能最高,甲基橙溶液太阳光照射6 h降解率达到99.8%。

太阳光入射角差异对不同气候区立面垂直安装光伏组件发电量的影响研究

对于安装在不同地区、以不同倾角安装的光伏组件来说,全年的太阳光入射角差异较大,而太阳光入射角的变化会极大影响光伏组件的发电量情况。基于入射角修正模型,分析了中国不同气候区因太阳光入射角差异而引起的立面垂直安装光伏组件的发电量和地面最佳倾角安装光伏组件的发电量变化及差异,并通过相对偏差对二者的发电量差异进行了量化。研究结果表明:立面垂直安装光伏组件的年发电量比地面最佳倾角安装光伏组件的年发电量低,且随着光伏组件安装地区纬度的降低,二者的发电量差值逐渐增大。低纬度地区立面垂直安装光伏组件的年发电量与地面最佳倾角安装光伏组件的年发电量的相对偏差较大。研究结果对指导光伏发电系统设计意义重大。

基于太阳光的可调节综合方向的遮阳装置研究

首先以北京地区办公建筑为研究案例,对13种水平百叶倾角下的全年综合能耗进行模拟计算。基于最佳倾角,将遮阳控制方式改为基于阻挡太阳辐射的动态遮阳百叶后,全年综合能耗节能率为16.36%。其次,通过分析夏季和冬季时水平百叶和垂直百叶的翻转角度计算原理,得出影响百叶翻转角度的关键因素为太阳光线垂直阴影角和太阳光线水平阴影角。最终提出一种基于太阳光照的可调节综合方向的动态遮阳装置,能有效降低建筑能耗,促进建筑节能与可持续发展。

Cl掺杂NaBiO_(3)强化模拟太阳光催化降解水中双酚S

本文以Bi(NO_(3))_(3)和NaBiO_(3)为Bi源,通过水热法制备具有大偶极矩的Cl掺杂NaBiO_(3)(Cl-NaBiO_(3))。以新型环境激素双酚S(BPS)为目标污染物,研究了Cl-NaBiO_(3)的光催化活性及其提升BPS降解效率的机制。结果表明,Cl掺杂原子的引入进一步提升了NaBiO_(3)的光催化活性,有效抑制光生电子-空穴对的复合。与BiOCl相比,Cl-NaBiO_(3)对BPS的模拟太阳光催化降解效率明显提升,对BPS 30 min降解率可达到90%,降解速率常数分别是纯NaBiO_(3)和BiOCl的2.73和3.19倍,在处理废水中有机污染物方面拥有潜在的应用前景。

中国科学家通过红外光上转换 实现高效太阳光合成

据报道,中国科学院大连化学物理研究所的吴凯丰研究员团队在量子点光化学研究中取得了重要进展,率先实现了低毒性量子点敏化的近红外至可见光的高效上转换,并将该体系与有机光催化融合,实现了高效快速的太阳光合成。相关研究成果于2023年2月7日发表在《自然·光子学》上。

基于全光谱太阳光利用的光热转换材料研究进展

利用光热转换材料有效提高全光谱太阳光的利用及转换率,是目前国内外学者广泛关注的研究领域。本文综述了近年来主要研究的基于全光谱太阳光利用的光热转换材料类型及研究进展,分析了光热转换材料提高太阳光水蒸气产生效率的应用方式,介绍了太阳光水蒸气产生系统的优化设计模型,强调了低热导率的基质材料在系统中起到的作用,最后展望了光热转换材料在海水淡化领域的应用前景,并指出光热转换物理机制的深入探索和材料的规模化制备将成为未来重要的研究内容。

一束太阳光

一抬头,眼前一片金光:朝阳正跳跃在书架顶上玻璃盒内日本玩偶藤娘身上,一身和服,花团锦簇,手里拿着淡紫色的藤萝花,都熠熠发光,而且闪灼不定。我开始工作的时候,窗外暗夜正在向前走动。不知怎样一来,暗夜已逝,旭日东升。这阳光是从哪里流进来的呢?窗外一棵高大的梧桐树,枝叶繁茂,仿佛张开了一张绿色的网。再远一点,在湖边上是成排的垂柳。所有这一些都不利于阳光的穿透。然而阳光确实流进来了,就流在藤娘身上……

制作太阳光影模拟器

根据《义务教育小学科学课程标准》的学习目标,小学科学教材中有关于探究太阳光影的内容,主要是探究一天中太阳光影的变化,以及不同季节中太阳光影的变化。本期介绍一款四季太阳光影模拟器。此器材用手电模拟太阳光,手电在半圆形轨道上的运动模拟太阳的东升西落,用于观察太阳光下物体影子的变化。

纳米氧化锌的制备及其在太阳光下的光催化性能

本文以醋酸锌、浓氨水为原料,采用均匀沉淀法,制备了在太阳光下具有优良光催化性能的纳米氧化锌粉体,并利用透射电镜(TEM)、UV-Vis、X射线衍射(XRD)和ξ电位对所得样品进行了表征;以亚甲基蓝(MB)溶液的光催化脱色降解为模型反应,考察了煅烧温度对其结构与催化性能的影响。研究结果表明:在150℃下煅烧4h得到了具有良好分散性和结晶性能的纳米氧化锌粒子,粒径分布均匀、平均粒径约10nm;该纳米材料在太阳光下具有高的光催化活性和稳定性,照射2h可以使MB溶液的脱色率达100%,且重复使用5次时染料的脱色率仍在95%以上;所得样品的ξ电位均为负值,样品表面过剩的负电荷源自于样品的结构缺陷,即Zn2+空位或O2-过剩,且表面电荷量随煅烧温度的不同而不同;结构缺陷是其光谱响应范围的拓展和在太阳光条件下具有良好催化性能等的重要原因。