多层结构聚丙烯酰胺水凝胶太阳能蒸发器的制备及性能

优化设计太阳能蒸发器的结构并提高光热转换效率是改善其蒸发性能的有效途径。本工作基于原位自由基聚合反应,设计了一种多层结构的聚丙烯酰胺(PAM)复合水凝胶太阳能蒸发器并研究了其性能。该水凝胶由底部PAM/纳米纤维素(PAM/CNF)水运输层、中部PAM/碳纳米管/氮化钛(PAM/CNTs/TiN)光热转换层以及顶部“孤岛”状PAM/空心MXene微球(PAM/HSMX)构成的粗糙表面层组成。这种设计构建的PAM/CNF-PAM/CNTs/TiN-PAM/HSMX多层结构水凝胶太阳能蒸发器(ML-SVG)不仅能够提高光热转换效率,减少热量的损耗,而且促进了水分的运输,从而赋予ML-SVG优良的蒸发性能。ML-SVG在2kW·m^(-2)太阳光照射下的蒸发速率达到2.2kg·m^(-2)·h^(-1),同时具有优良的循环使用性能,高效的污水净化和盐水淡化性能。

三聚氰胺海绵基太阳能蒸发器的研究进展

太阳能蒸发器利用太阳光从海水和废水中生产清洁水,被认为是缓解水资源紧缺的有效手段。光热材料是决定太阳能蒸发器蒸发效率的关键因素之一。设计新颖复合结构的光热材料成为研究热点。三聚氰胺海绵具有来源广泛、价格便宜且可造性强等特点,本文重点介绍了三聚氰胺海绵与碳材料、导电聚合物、金属纳米材料等复合用于构造太阳能蒸发器,总结了这些太阳能蒸发器的各自特点与蒸发原理,对基于三聚氰胺海绵的太阳能蒸发器的发展提出建议,指出实现吸光材料有效均匀分散在三聚氰胺海绵中,改善三聚氰胺海绵的抗污性能与脱盐性能,是拓展基于三聚氰胺海绵的太阳能蒸发器应用的重要方向。

织物基太阳能蒸发器的研究进展

随着淡水资源短缺的问题日益加剧,太阳能热脱盐技术受到越来越多研究者的关注。太阳能水热蒸发相比其他海水淡化方式具有成本低、污染小等特点,获得高效光热蒸发效率的关键在于如何更好地将收集的太阳能转换为热能并减少热量损失。此外,若要维持蒸发器的蒸发速率并延长使用寿命,需要其具备优异的耐盐性能。织物具有的疏松多孔结构可以实现高效的水运输,优异的柔韧性和弹性能与蒸发器更好地兼容。文章综述了织物基太阳能蒸发器的优势、光热原理不同光热材料的光热效果以及提高耐盐性和蒸发速率的方法。最后对太阳能蒸发器的未来发展和应用方向进行了展望。

经编间隔织物的高性能太阳能蒸发器

为提升太阳能蒸发器的蒸发速率及蒸发效率,将等离子体处理后的间隔织物与还原氧化石墨烯和海藻酸钠复合,制备出一种新型太阳能蒸发器,并对其输水、光热、力学、蒸发和海水淡化性能进行了研究。结果表明:相比传统的还原氧化石墨烯基蒸发器,此新型太阳能蒸发器具有优异的水传输性、光吸收性和力学性能,即在5 s内便达到34.7 g·g^(-1)饱和,其光吸收率约为94%,压缩模量为89.6 kPa;在1 kW·m^(-2)光照下的蒸发速率和蒸发效率分别高达1.76 kg·m^(-2)·h-1和91.7%。同时,此太阳能蒸发器还具有优异的海水淡化性能。

可增强太阳能蒸发器效能的纤维素基材料研究进展

淡水资源紧缺是人类面临的最严峻的问题之一,利用太阳能蒸发器获取淡水被认为是缓解水资源紧缺的有效手段。纤维素基材料具有良好的生物相容性、可再生性和可持续性,可发展其在太阳能蒸发器领域的应用。本文主要介绍了近几年纤维素基气凝胶、纤维素纸和原生态植物作为太阳能蒸发器基材的研究进展,并对其应用前景进行了讨论。

木材用于太阳能界面蒸发器的研究进展

开发低成本、高效率太阳能界面蒸发器是解决淡水资源短缺问题的有效途径之一。太阳能界面蒸发器的材料需要具有多孔性、亲水性和光热转换功能。虽然天然木材具有独特的多孔结构、优异的亲水性以及低热导率,但是木材不具有光热转换功能、易发霉、易油污等特性限制了其用作太阳能界面蒸发器。近年来,木材光热转换功能化改良、木材输水能力提升、木材蒸发器脱盐、防霉、防油等研究为木材应用于太阳能界面蒸发器奠定了基础。综述了近年来木材作为蒸发器的研究情况,并讨论了未来研究的发展方向。

木基太阳能界面蒸发器研究进展

太阳能界面蒸发作为一种新兴的海水淡化技术,因其能耗低、系统简单、成本低等优点而受到广泛关注。木材作为一种资源丰富、可再生、可生物降解的环境友好型生物质材料,具有独特的多尺度分级结构和丰富的孔隙构造,兼具良好的亲水性与低导热性,是一种极具潜力的太阳能界面蒸发器基体材料。木材通过简单的表面炭化或功能性修饰,即可在保留木材天然结构的基础上提升其表面光热转化能力,实现高效的太阳能界面蒸发。笔者从木材的孔隙构造与化学组成出发,阐述了以木材为基材构建木基太阳能界面蒸发器的天然优势,介绍了木基蒸发器的“双层结构”设计策略,总结了提升木材表面光热转化性能的主要方法,探讨了木材孔隙构造及其结构设计对器件蒸发性能的影响,归纳了当前木基蒸发器的主要抗盐沉积策略,同时分析了木基蒸发器现阶段发展所面临的挑战以及未来研究方向,旨在为促进木材在太阳能海水淡化领域的研究与应用提供参考。

碳氮化钛/粘胶纤维束集合体太阳能界面水蒸发器的制备及其性能

为提高太阳能光热转化效率,基于太阳能驱动的界面水蒸发原理,结合粘胶纤维的形貌和性能特点,通过在垂直排列的粘胶纤维束端面构筑碳氮化钛(MXene)作为光热转化层,制备MXene/粘胶纤维束集合体太阳能界面水蒸发器,并系统分析MXene涂层数、光照强度对太阳能界面水蒸发器蒸发性能及稳定性的影响。结果表明:粘胶纤维表面的沟槽结构及其集合体垂直排列形成的毛细孔为水传输提供了有利通道;纤维束集合体端面涂覆光热转换材料MXene和增加光照强度有利于提高器件的水蒸发性能,当MXene涂层数由1层增加至5层时,其蒸发速率和蒸发效率分别从0.78 kg/(m^(2)·h)和39.4%提高至1.47 kg/(m^(2)·h)和74.4%;随着光照强度的增大,太阳能界面水蒸发器的蒸发性能也随之大幅提高,当光照强度由1 kW/m^(2)增加到5 kW/m^(2)时,其蒸发速率由1.47 kg/(m^(2)·h)提高至6.45 kg/(m^(2)·h),蒸发效率由70.6%提高至82.4%;太阳能界面水蒸发器在2 kW/m^(2)的光照强度下使用144 h后,其蒸发速率和蒸发效率仍分别高达3.31 kg/(m^(2)·h)和82.1%,与初始值相比仅降低4.1%和3.5%,具有较好的稳定性能。

用于农田灌溉的轻木基水蒸发器的制备和性能研究

【目的】在淡水资源愈发短缺的背景下,解决传统的海水淡化技术存在的能耗大、成本高、污染重等问题,利用海水淡化技术为农田灌溉提供可持续的水资源。【方法】通过利用植酸水溶液(Phytic acid,PA)对轻木(Balsa wood,BW)表面进行改性,成功制备了具备优异蒸发性能的植酸改性轻木水蒸发器(PA-BW)。以自浮性优异的轻木为研究基础,利用植酸对轻木蒸发面进行一步处理,在120℃的环境中进行保温处理,成功制作了具有优异光-热转化能力的太阳能界面水蒸发器。【结果】PA-BW蒸发器在1个太阳的光照强度下有着1.64 kg·m-2·h-1的蒸发速率和高达94.1%的光-汽转化效率,远远优于未经处理的轻木(0.81 kg·m-2·h-1,44.7%)。【结论】PA-BW蒸发器由于实验步骤简单、成分不会对环境造成负担和污染,具有很大的优势。并且木材改性的方案具有简便、温和、通用性强等优点,在未来利用海水淡化技术助力农田灌溉的研究中具有一定的借鉴意义。

太阳能集热蒸发器与土壤换热器混合型热泵系统运行特性实验研究

介绍了作者自主设计的太阳能-土壤源混合型热泵系统实验平台,对太阳能热泵系统、土壤源热泵系统及太阳能-土壤源混合型热泵系统的运行特性进行了实验研究,并针对亚热带地区太阳能较丰富、环境温度较高等特点,提出了不同季节条件下的合理运行方式。

多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验研究

建立多太阳能集热蒸发器并联热泵系统的实验装置,分析在正常和恶劣工况下,太阳能热泵集热蒸发器的热性能。结果表明,在相同太阳辐照量的条件下,各太阳能集热蒸发器出口处过热度与压缩机进口处过热度基本一致,且均能正常工作;不论在正常工况还是恶劣工况下,蒸发器阵列的整体性能均可满足要求;通过比较多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统与空气源热泵热水系统COP可知,多太阳能集热蒸发器并联热泵热水系统COP基本维持在5.0～6.0之间,相比于空气源热泵热水系统COP在2.0～3.0之间有明显优势;证明多太阳能集热蒸发器并联形成一个大的太阳能热泵系统是可靠的。

纤维基界面光热蒸发器表面除盐的研究进展

为深入探究具有能量转换效率高、清洁无污染的界面光热蒸发器,简要介绍了当前纤维基界面光热蒸发器表面除盐的研究进展,以及其在海水淡化与浓盐处理等领域的应用,探讨了界面蒸发过程中水分迅速逃逸导致的盐分析出抑制对光的吸收和堵塞蒸汽溢出通道的作用机制,以及产生的降低器件蒸汽产生速率及使用周期的影响。分析了基于纤维材料设计的除盐策略,包括主动式(水洗除盐与区域结晶盐收集)和被动式(自清洁设计、对流效应、定向流体传输与Janus织物设计)。最后,对纤维材料在太阳能界面蒸发器表面除盐设计所面临的挑战及未来潜在的应用前景进行总结与展望。

直膨式太阳能热泵供暖系统实验及性能分析

围绕建筑供暖需求,本文构建了太阳能集热/蒸发器和翅片蒸发器并联的直膨式太阳能热泵(direct expansion solar assisted heat pump,DX-SAHP)供暖系统,分析了系统热力循环过程,搭建了系统的工程应用实验平台,实验结果分析表明,DX-SAHP供暖系统在不同运行工况下可获得较高的性能,性能系数(coefficient of performance,COP)最高可达到6.88,压缩机频率、太阳辐照度和环境温度对系统的制热量和COP均有影响;压缩机定频运行时,太阳能集热/蒸发器运行的COP比翅片蒸发器大约高30%,变频运行时大约高45%,变频运行具有更优的性能。

网状骨架CVD生长碳纳米管用于重盐水脱盐

目前,太阳能海水淡化领域通过光子管理、纳米尺度热调控、开发新型光热转换材料、设计高效光吸收太阳能蒸馏器等方法实现了界面太阳能驱动蒸汽生成,这种绿色、可持续的脱盐技术已成为近年来的研究热点。碳基材料如碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵盖整个太阳光光谱的光吸收能力,是一类新型的光热转换材料。本文通过对材料进行微结构设计,使用化学气相沉积(CVD)技术,在不锈钢网状骨架上生长碳纳米管形成光热转换活性区,以实现高效光吸收、光热转换,并进一步设计了房屋型太阳能蒸发器,其中盐水表面被微米网状-碳纳米管蒸发膜覆盖,利用光热转换过程产生的热量驱动重盐水中的水蒸发产生水蒸气,最后对水蒸气进行冷凝回收实现脱盐。实验结果表明,当光照强度为1个太阳光(1 kW·m-2)时,膜表面温度迅速升高并稳定于84.37°C,对于重盐水(100 g·L-1 NaCl)的脱盐率达到99.92%,可实现稳定持续的重盐水脱盐。这种方法可用于构建多孔界面光热转换脱盐系统,对设计界面光蒸汽转化膜材料及器件,实现规模化海水淡化具有重要的意义。

基于无尘纸的复合材料研究进展

无尘纸由纤维素纤维和聚酯组成,孔隙发达,具有优异的机械性能、耐折性和透气性。以无尘纸为载体制备功能复合材料,可以利用无尘纸独特的结构和优异的性能,其在电磁屏蔽、可穿戴电子设备、太阳能海水淡化以及工业擦拭用品等领域具有广泛应用前景。本文综述了三种类型无尘纸的特点和制备方法,并对其潜在应用进行了比较分析;从超级电容器电极、太阳能蒸发器、电磁屏蔽、传感器以及吸收芯等五个方面介绍了无尘纸功能复合材料的研究进展。最后,简要地总结了无尘纸功能复合材料的发展方向,以期为无尘纸复合材料的应用提供参考,开辟无尘纸功能化应用新途径。