CoFe MOF衍生的双金属氢氧化物助催化剂促进稳定的太阳能水分解

金属有机骨架(MOFs)作为一种高效的电催化剂,在光电化学中具有广阔的应用前景。在此,我们开发了一种将金属有机框架作为析氧助催化剂(OEC)与半导体相结合的策略,以改善电荷传输并减少体/表面载流子复合。制备的CoFe MOF/BiVO_(4)光阳极在AM 1.5G照明下,1.23V(vs.RHE)下表现出4.5 mA·cm^(-2)的光电流密度,实现了卓越的长期光稳定性。值得注意的是,随着MOF在长期水氧化反应中的重建,BiVO_(4)表面形成了更稳定的金属氢氧化物,光电极的光电流密度进一步提高到5 mA·cm^(-2)。根据密度泛函理论计算,光电化学(PEC)性能的提高可归因于Co和Fe之间的耦合效应,降低了自由能垒并加速了反应动力学。本工作的重点是在长期水氧化过程中,将CoFe MOF催化剂重新构建为双金属氢氧化物。本文通过设计MOFs催化剂和构筑高效稳定的光阳极,开发了一种有效且可行的PEC水分解的途径。

基于黑云母粉的复合水凝胶的制备及太阳能水蒸发性能研究

文章以黑云母粉为光热转换材料、聚乙烯醇和壳聚糖为凝胶基底材料,经交联和冻融处理制备基于云母的复合水凝胶。通过X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及扫描电子显微镜-能量散射X射线光谱(scanning electron microscopy-energy dispersive X-ray spectroscopy,SEM-EDS)分析技术确定黑云母粉含有铁元素,其质量分数约为3.86%。片层状结构黑云母粉的加入使水凝胶的压缩应力提升1倍以上,显著增强了水凝胶的力学性能。复合水凝胶的太阳能水蒸发速率可以达到1.52 kg/(m^(2)·h)。

一例与使用染有军团菌的水塔和太阳能水有关的重症军团病调查报告

目的对一例重症军团病患者进行确诊;并调查感染来源及传播途径,为防制此病提供科学依据。方法对病例进行流行病学个案调查;其军团菌抗体检测采用试管凝集法;水样按参考文献2进行分离、培养、鉴定。结果患者发病早期,恢复期血清的嗜肺军团菌12型(LP12)抗体滴度呈4倍以上增高。患者居住处的水塔水和太阳能水合用水样共8份,有4份水样嗜肺军团菌培养阳性,血清型与患者军团菌抗体血清型检测一致。结论该患者确诊为军团病;患者患有甲状腺肿大的疾病导致身体抵抗力下降,加上使用染有军团菌的水塔水和太阳能水合用的水源,从而导致感染上军团病。

太阳能水蒸发PVA/炭黑/聚氨酯复合材料的制备及性能研究

以聚酯海绵为基体,通过聚乙烯醇(PVA)水凝胶将炭黑颗粒负载到海绵骨架表面,以炭黑作为光热材料,制备了高效太阳能水蒸发PVA/炭黑/聚氨酯复合材料。通过扫描电子显微镜、紫外-可见光近红外分光光度计、傅里叶红外变换光谱、红外热像仪和人工太阳模拟器,探究了样品的微观结构光吸收、亲水性、光热性能以及水蒸发性能。结果表明:所制备的PVA/炭黑/聚氨酯复合材料具有多级孔结构及优异的亲水性和光热性能,在紫外和可见光范围内光吸收率最高可超过95%,在近红外范围内光吸收率最高可超过90%,在一个太阳辐照下(1kW/m^(2))水蒸发速率最高达到了1.65kg/(m^(2)·h)。

玉米芯生物炭饼的太阳能水蒸发性能及其应用

针对太阳能水蒸发技术中的关键核心光热转化材料存在太阳能利用率不高、价格昂贵且制备工艺复杂等问题,该研究提出以农业废弃物玉米芯为生物质原材料制备玉米芯生物炭饼,探究了热解温度对其理化性质的影响及其在太阳能水蒸发中的应用性能。结果表明,玉米芯生物炭(Corncob Biochar,CB)的理化性质受热解温度的影响明显,随着热解温度升高,CB逐渐由大孔主导转向微孔/介孔主导,CB的热稳定性增强,对光的吸收增强。在一个太阳光照强度下(1 kW/m),CB的太阳能水蒸发速率和表观能量利用率随CB热解温度的升高而增大;相较于250和450℃,650℃制备的玉米芯生物炭(CB650)具有最高的水蒸发速率(4.16kg/(m^(2)·h))和表观能量利用率(97.8%);CB650高效太阳能水蒸发性能主要基于其具有较高的光吸收能力(润湿条件下达96.4%)及以微孔为主的孔隙结构通过毛细管力提供适当的水传输,Li离子蒸发试验证实其水蒸发机制为小水团簇形式蒸发。此外,CB650不仅表现出一定的耐用性,且对海水、重金属和染料废水具有优异的水蒸发处理效果。研究结果不仅为玉米芯的资源化和减量化处置提供了新的技术途径,亦为其在太阳能水蒸发技术中的应用提供了必要的理论和技术依据。

碳化-氧化废报纸用于太阳能水蒸发

碳材料有优异的宽波段光吸收特性和良好的光热转换性能,因此可以用于太阳能水蒸发。将废旧报纸碳化-氧化处理后得到碳材料,用X射线粉末衍射仪和扫描电子显微镜对样品进行相组成和微观结构表征,用紫外-可见光谱仪测试样品的光吸收性能,并且用自组装的装置进行太阳能水蒸发性能测试。结果表明:经过碳化-氧化处理后的废旧报纸在太阳光谱范围吸收率高于87%,在紫外-可见光区的吸收率达到93%,和水的接触角接近零。在一个太阳光强度下,碳化-氧化废旧报纸的水蒸发速率为0.76 kg·(m 2·h)-1,是未加样品时的4倍。样品用于海水淡化时所得淡水的离子含量符合国家饮用水标准,用于甲基橙溶液的处理可以实现完全脱色。

多孔碳基复合膜的真空冷冻干燥制备及高效太阳能水蒸发性能

以多壁碳纳米管(CNTs)和聚偏氟乙烯(PVDF)为原料,通过相转化法形成均匀共混的胶体,利用真空冷冻干燥(冻干)技术使胶体固化,并在真空状态下使部分溶剂挥发,制备了具有多孔结构的CNTs/PVDF复合膜.实验结果表明,冻干CNTs/PVDF复合膜具有优异的光吸收能力、极佳的表面亲水性能.在1 kW/m^(2)光照强度下,其水蒸发速率可达1.95 kg·m^(−2)·h^(−1)、光热转化效率为92.9%.搭载了冻干CNTs/PVDF复合膜的蒸发器在处理模拟海水和染料废水时,均表现出良好的抗盐污染性、显著的稳定性和优异的太阳能蒸发性能.

废弃钻井泥浆生物处理体系太阳能水循环装置设计及应用效果研究

本文在废弃钻井泥浆生物处理基础上,设计出太阳能水循环装置,并对其效果进行了研究。结果表明,废弃泥浆生物处理体系太阳能水循环装置运行良好。经过120天试验,废弃泥浆生物处理体系渗出液COD从35 406 mg·L-1降至394 mg·L-1,降解率达98.89%,是对照处理的1.33倍;渗出液pH从8.52下降至6.96,色度OD560从2.86降至0.106;同时,渗出液中SO2-4、NO-3和Cl-含量有明显的上升趋势,分别从17 050.88,28 237.52和528.38 mg·L-1上升到48 736.73,40 537.33和11 257.84mg·L-1,分别比对照增加了37.23%、14.61%和48.42%。因此,太阳能水循环装置可显著提高生物处理体系的降解效果。

NiCo_(2)O_(4)/玻璃纤维复合材料的制备及其太阳能水蒸发性能

太阳能水蒸发是一种绿色环保的清洁水生产技术。通过液相沉淀法制得NiCo_(2)O_(4)前驱体,再将前驱体与玻璃纤维高温烧结得到亲水性、光吸收性能及太阳能水蒸发性能良好的复合材料。主要研究了不同烧结温度、不同NiCo_(2)O_(4)负载量以及不同光照强度对该材料光吸收和太阳能水蒸发性能的影响,确定了最佳烧结温度为700℃,NiCo_(2)O_(4)最佳负载量为5 mg·cm^(-2)。在两个太阳光照强度下水蒸发效果最佳,蒸发效率高达98.37%。

太阳能水生态修复系统在水源地保护工程中的应用

以徐州市小沿河水源地保护工程为例,介绍了太阳能水生态修复系统在水源地保护工程中的应用,以及太阳能水生态修复系统在复氧、控藻、节能、环保等方面所体现出的优越性。为实现有效、节能、低成本的水源地水质改善和保护提供了一种新的思路。

一种太阳能水炕取暖系统设计

对所就设计的太阳能水炕系统的用途及功能、技术路线、原理和特色优势进行了阐述。该系统主要由供暖系统、热水循环系统、温度控制系统及辅助系统三部分组成。供暖系统主要由太阳能集热器和辅助加热设备组成,热水循环系统主要由供热水箱、供暖水箱、水管和循环泵组成,温度控制系统则由温度控制器和传感器组成。使用结果表明:该系统解决了广大农村尤其是北方农村在晚上、阴天、雨雪天、寒冷冬天等特殊天气利用太阳能取暖效果不佳的问题。

三维整体式碳基光热转换材料在太阳能界面水蒸发中的应用研究进展

光热驱动的海水淡化技术被认为是最具潜力的解决全球淡水资源短缺难题的方法之一。其中,太阳能界面水蒸发(SVG)是海水淡化效率的核心过程,是保证光热海水淡化技术具有能量转换效率高、设备简单、成本效益高的关键。在所有高效SVG候选材料中,三维整体式碳基光热转换材料具有成本低、吸光效率高、结构可调性好、水蒸发速率高、无二次污染等优点。本综述首先简述了SVG的基本原理,以此为依据介绍了高效SVG材料的工作机制和设计原则,最后系统归纳和概述了4种不同类型的三维整体式碳基光热转换材料的研究进展。本综述为未来三维整体式碳基光热转换材料的构建及其在SVG领域的应用研究提供理论基础和研究指导。

甘蔗生物质炭在界面太阳能海水淡化中的应用

太阳能驱动的界面水蒸发作为环保、高效、可持续的海水淡化技术,在近年来受到广泛关注。快速的水运输、高效的光热转换是实现持续、稳定蒸发的关键。多级孔道的生物质衍生蒸发器在太阳能水蒸发应用中展示出高效、环保、可持续的应用潜力。以废弃的甘蔗节为原料,利用冷冻干燥和高温碳化工艺制备了具有天然多级孔道结构的生物质基蒸发器,并研究了材料的光吸收、水运输和蒸发性能以及不同风速下对流空气对蒸发器的蒸发性能和热损失的改善作用。结果表明:具有发达的多级孔道结构的生物质基蒸发器展示出了高达92.8%的太阳光吸收率。在一倍太阳光强下展示出1.55 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率和77.6%的光热转换效率。此外,在风速2 m/s的条件下,蒸发器的蒸发速率展示出了高达2.27 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率和91.6%的光热转换效率,显示了对流效应对淡水产出速率的增强和对热损失的抑制作用。

树枝状介孔二氧化硅负载纳米银用于太阳能驱动的清洁水生产

合成了树枝状介孔二氧化硅纳米颗粒(Dendritic Mesoporous Silica Nanoparticles,DMSNs),随后通过化学还原法在其孔道中装载纳米银(Ag),最终得到Ag@DMSNs复合物。由于纳米银被固定在DMSNs孔道中,因此不易发生团聚,且纳米银的等离激元耦合效应使Ag@DMSNs在太阳辐射范围内具有强的广谱吸收。更重要的是,等离激元弛豫过程中的热效应可以将太阳能高效转化成热,例如,Ag@DMSNs在一个模拟太阳光照射下5 min内(1 k W·m^(-2),420~2500 nm)即可使其表面温度从26℃升温至70℃。将Ag@DMSNs负载于多孔的聚氨酯泡沫材料上,其在一个太阳辐照下的水蒸发速率可达到1.10 kg·m^(-2)·h^(-1),且在模拟海水中也能保持较好的稳定性能。此外,在Ag@DMSNs复合物中纳米银等离激元的弛豫过程中产生的热电子可以有效去除水中污染物,如降解亚甲基蓝。这些结果表明,合理构筑等离激元耦合模式,并利用等离激元弛豫过程中的热效应和热电子效应是实现太阳能驱动的清洁水生产的有效途径,这将为解决日益严峻的淡水稀缺问题提供新思路和新材料。

太阳能驱动水蒸发性能测试系统的实验设计

为了满足对各种光热材料的光热蒸发性能测试以及实验教学需求,设计了一种太阳能驱动水蒸发性能测试系统。该设计以2种典型的金属基光热薄膜(纳米多孔银和纳米多孔铜薄膜)为例,测定了其水蒸发性能(蒸发效率、蒸发速率等指标)。结果表明:2种金属薄膜均展现出优异的光热蒸发能力,在1 kW/m^(2)的光强下,纳米多孔银薄膜具有92.6%的蒸发效率和1.42 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率;而纳米多孔铜薄膜表现出92.9%的蒸发效率和1.47 kg/(m^(2)·h)的蒸发速率,这验证了系统的可行性。同时,该实验也可用于材料科学与工程专业的实验教学。

基于宿舍楼屋面太阳能中央供热水系统的性能改进研究

随着全球对能源危机和环境保护问题的日益重视,太阳能作为一种节能无尽的可再生能源在建筑能源系统领域的应用尤为重要。宿舍楼屋面太阳能中央供热水系统作为一种创新的能源解决方案显著减少了对传统化石能源的依赖,同时在提升能源利用效率、降低能源消耗及成本方面展现出巨大潜力。本研究通过对宿舍楼屋面太阳能中央供热水系统的设计细节、安装过程以及运行效率的深入分析和评估,揭示了该系统在实际应用中的优势与潜在改进空间提供了进一步优化设计和广泛推广的科学支持和实践指导。该系统对促进绿色建筑的发展和改善居住环境质量具有积极影响为提高居住者的生活舒适度提供了有效途径。

独立太阳能扬水系统的最大功率点跟踪方法

为改善独立太阳能扬水系统的动态特性,提出多重判据最大功率点跟踪控制法,并将其与经典的常压法结合,形成混成控制法。同时对变频器输出频率的最小调节步长进行了优化。新的控制方法对MPU性能的要求低,比传统方法具有更高的响应速度及更好的稳定性。长期运行实验表明,混成最大功率点跟踪控制方法可以快速响应光照强度变化,实现系统在最大功率点的稳定运行。

原位水解沉积制备高效氮化钽微球太阳能分解水光阳极（英文）

利用一种新的原位水解沉积方法,以在高湿度空气中老化的甲醇中作为溶剂,通过乙醇钽水解而成前驱体微球颗粒沉积,制备出了高效的Ta_3N_5微球光电极,其1.6 V(vs RHE)电极电位下的光电流值达到了6.6 m A·cm^(-2)。相反地,在新鲜的甲醇溶液中没有钽前驱体微球颗粒沉积。这表明甲醇中水的含量对Ta_3N_5微球光电极的形成十分重要。另外,本制备方法也能方便地在其他透明导电衬底上制备出Ta_3N_5。

绿色环保型太阳能循环水系统阻垢剂的合成及性能研究

以丙烯酸(AA)、马来酸酐(MA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为反应单体,过硫酸铵为引发剂,采用水溶液自由基聚合法,合成一种多官能团太阳能循环水多元共聚阻垢剂。通过静态沉淀抑制法考察了用量、Ca^(2+)浓度、水温及含水量对三元共聚物的阻垢性能的影响。结果表明,共聚物投加量4 mg/L,80℃时,对CaCO_3的阻垢率达到92.4%,钙离子浓度大于360 mg/L时,阻垢率依然能维持在85%以上;90℃时阻垢效果稳定在85%以上,在冷凝点不同的循环水系统中,阻垢效果稳定在80%以上。通过凝胶色谱仪测定共聚物分子量为1 394,属于分布较窄的过渡区分子量共聚物。红外光谱分析表明,共聚物结构中存在羧基、酯基、酰胺基等阻垢官能团,协同起到稳定的阻垢效果。扫描电子显微镜对碳酸钙晶体分析表明,晶格畸变和络合增溶是阻垢的主要机理。