Mar bhealach inbhuanaithe chun acmhainní uisce a úsáid, tá acmhainneacht mhór ag díshalannú gréine chun fadhb na n-acmhainní uisce úra neamhleor a réiteach agus ganntanas uisce a mhaolú. Mar sin féin, is minic a bhíonn fadhbanna ag teicneolaíocht díshalannaithe uisce farraige traidisiúnta ar nós tomhaltas ardfhuinnimh, trealamh casta, agus ardchostas.
Le blianta beaga anuas, tá teicneolaíochtaí nua brataithe díshalannaithe bunaithe ar nana-ábhair tar éis aird na dtaighdeoirí a mhealladh de réir a chéile. Tá graphene laghdaithe ocsaíd graphene, mar ábhar nua déthoiseach, tar éis cumas suntasach a thaispeáint i díshalannú gréine.
I gcomparáid le hábhair bhrataithe díshalannaithe traidisiúnta, tá na buntáistí a bhaineann le seoltacht den scoth, achar dromchla ard sonrach agus cobhsaíocht mhaith ceimiceach ag rGO, agus táthar ag súil go bhfeabhsóidh sé an éifeachtúlacht díshalannaithe agus go laghdóidh sé tomhaltas fuinnimh.
Mar sin féin, bíonn fadhbanna comhiomlánaithe agus taiscthe ag baint le rGO féin, rud a laghdaíonn a ghníomhaíocht agus a chobhsaíocht. Dá bhrí sin, is bealach éifeachtach é rGO a shocrú ar ábhair chúr chun sciath ilchodach cúr meilimín / rGO a fhoirmiú chun éifeachtúlacht agus cobhsaíocht díshalannú a fheabhsú.
Trí mhodhnú dromchla agus neartú airíonna iompróra an ábhair cúr, shocraigh muid rGO go haonfhoirmeach ar an dromchla cúr chun a limistéar teagmhála le hiain salainn san uisce a mhéadú. Ag an am céanna, déantar struchtúr agus tiús an sciath rGO a rialú chun éifeachtúlacht agus cobhsaíocht díshalannaithe a bharrfheabhsú.
Chun tuiscint níos doimhne a fháil ar an meicníocht díshalannaithe, ullmhaíomar cúr laghdaithe ocsaíd graphene (rGO). Tá micreastruchtúr agus hidreafaileacht scagach dúchasach ag cúr meilimín brataithe trí-ocsaíd graphene, rud a fhágann go bhfuil fliuchtacht maith aige agus is féidir uisce a mhealladh chuig an limistéar galú, rud a fhágann gur féidir uisce a athlánú go tapa agus deascadh salainn á sheachaint.
Is féidir leis an gcóras galú interfacial de chúr meilimín atá brataithe le ocsaíd graphene éifeachtúlacht galú seasta de 89.6% a bhaint amach faoi bhreosla gréine 1kW m−2. Tá éifeachtacht chomhshó gréine-go-teas ard agus cobhsaíocht mhaith fhadtéarmach ag an gcóras galú idir-éadanach seo, rud a léiríonn go bhféadfadh díshalannú tráchtála uisce farraige a bheith ann.
Faoi láthair, tá an ghéarchéim dhomhanda fuinnimh agus an ganntanas uisce ina bhagairtí móra ar fhorbairt inbhuanaithe na sochaí daonna. Chun freastal ar an éileamh atá ag fás ar fhuinneamh, tá aird mhéadaithe faighte ag forbairt teicneolaíochtaí comhshó fuinnimh agus íonú uisce ardfheidhmíochta éagsúla.
Teicneolaíocht ghalúcháin idir-éadan faoi thiomáint na gréine
Mar fhoinse fuinnimh in-athnuaite gealladh, tá fuinneamh na gréine mar gheall ar a chumas ultra-mhór, uilíocht, glaineacht, agus cumais chomhshó ilfheidhmeach. Tá sé léirithe ann go bhféadfaí breoslaí iontaise a choinneáil in áit breoslaí iontaise.
Chomh maith le teicneolaíocht fótavoltach gréine a ghineann fuinneamh leictreach go díreach, déanann teicneolaíocht comhshó fuinnimh gréine-teirmeach freisin fuinneamh na gréine a ionsú agus é a thiontú go fuinneamh teirmeach, a mheastar gur bealach simplí agus éifeachtach é fuinneamh na gréine a úsáid.
Is féidir le fuinneamh teirmeach arna thiontú ó fhuinneamh na gréine próisis thionsclaíocha tábhachtacha a thiomáint mar stáisiúin chumhachta gréine teirmeacha, díshalannú gréine, steiriliú, córais téimh uisce gréine agus feidhmeanna eile a bhaineann le teas. Cuireann díshalannú gréine réiteach éifeachtach ar fáil, go háirithe i limistéir ina bhfuil easpa bonneagair, mar is féidir leis fíoruisce a bhaint as uisce farraige gan ionchur fuinnimh breise.
Le blianta beaga anuas, aimsíonn teicneolaíocht galú idir-éadan gréine-tiomáinte an próiseas comhshó teasa gréine ag an gcomhéadan leacht-ghala agus tá sé ina theicneolaíocht nua úsáide fuinnimh gréine. I gcomparáid le téamh lárnach traidisiúnta, léiríonn córais galú idir-éadan éifeachtacht galú níos airde agus freagairt teirmeach níos tapúla agus is rogha eile iad le haghaidh díshalannú uisce farraige.
Go dtí seo, rinneadh go leor staidéir ar fheabhas a chur ar fheidhmíocht theirmeach na gcóras galú interfacial. Tá trí chuid thábhachtacha i ngnáthchóras galú idir-éadan gréine-tiomáinte:
Glacann ionsúire gréine a bhfuil ard-ionsú gréine aige agus athraíonn sé radaíocht na gréine go héifeachtach i bhfuinneamh teasa; inslitheoir a aistríonn an teas comhshóite chuig an mórchóir uisce; agus cosán soláthair uisce a tharraingíonn uisce go leanúnach ón mórchóir uisce go dromchla an ionsúire gréine.
I staidéir roimhe seo, tá líon mór taighdeoirí dírithe ar fheabhas a chur ar éifeachtúlacht iomlán an chomhshó ó ghréine go gaile trí ábhair leathanbhanda agus ionsúiteacha fuinnimh gréine a shintéisiú, dearadh conairí nua soláthair uisce a bharrfheabhsú, agus struchtúir inslithe theirmigh a fheabhsú.
Go dtí seo, baineadh úsáid as córais galú idir-éadan gréine-tiomáinte i go leor próisis thionsclaíocha, driogadh gréine spreagtha, steiriliú gréine, díshalannú gréine agus giniúint cumhachta gréine. Chun ardfheidhmíocht galú an chórais a bhaint amach, tá sé tábhachtach an t-ionsú leathanbhanda ar fud speictream gréine na n-ábhar ionsúcháin gréine a iniúchadh.
I measc na n-ábhar ionsúcháin fuinnimh gréine a forbraíodh agus a scrúdaítear i gcórais ghalaithe idir-éadan gréine-tiomáinte tá ábhair charbónacha, cáithníní plasmonacha agus ábhair ionsúcháin atá roghnaithe go speictreach. Ina measc, tá cumas láidir comhshó teasa gréine ag ábhair nádúrtha dubh agus carbónúla agus tá siad oiriúnach do mhaolaitheoirí gréine leathanbhanda agus ard-déine.
Mar gheall ar a n-ardráta ionsú gréine, ísealchostas, agus dea-chobhsaíocht, tá staidéar déanta ar go leor ionsúirí gréine carbóin-bhunaithe, lena n-áirítear nanafeadáin charbóin, graifít, agus ocsaíd graphene laghdaithe. Tar éis blianta forbartha, tá éifeachtacht chomhshó gréine-go-gaile an chórais faoi sholas an lae níos mó ná 90%.
Cé go bhfuil feabhsuithe móra maidir le hábhair ionsúcháin fuinnimh gréine a fhorbairt agus struchtúir ghalúcháin idir-éadan a dhearadh, bhí an chuid is mó de na feistí díshalannaithe gréine a tuairiscíodh roimhe seo mar gheall ar charnadh salainn ar dhromchla barr an evaporator le linn an phróisis díshalannaithe. Blocann an salann carntha ionsú gréine agus blocann sé an evaporator scagach, rud a fhágann go bhfuil éifeachtacht chomhshó íseal gréine go teas agus droch-fheidhmíocht galú.
Úsáidtear modhanna fisiceacha traidisiúnta ar nós tonnta ultrasonaic agus tumoideachas uisce go ginearálta chun salainn carntha a bhaint, ach is féidir leis na modhanna seo damáiste a dhéanamh go héasca ar struchtúr galú an chomhéadain.
Chun carnadh salainn a laghdú i gcórais galú interfacial, dhírigh go leor staidéar ar ghalú hidreafóbach a fhorbairt. Mar sin féin, cuireann galaithe hidreafóbach teorainn leis an soláthar uisce go dtí an dromchla barr, rud a laghdóidh feidhmíocht galaithe an chórais. Bealach eile chun an fhadhb seo a réiteach ná evaporator hydrophilic a úsáid, a bhogann an bhreis salainn ón dromchla barr go dtí an mórchóir uisce.
Go dtí seo, dhírigh go leor staidéir ar evaporators hidrophilic a dhearadh, mar shampla seicní fabraic ceallalóis hidrofilic, seicní hidrofilic atá bunaithe ar pháipéar, agus evaporators bith-spreagtha. Ach is dúshlán suntasach fós é córas galú idir-éadanach atá cobhsaí agus an-éifeachtach a fhorbairt go fadtéarmach faoi thiomáint na gréine.
Sa staidéar seo, léirímid cúr ocsaíd graphene laghdaithe (rGO) atá resistant salann, sár-éifeachtúil ionsúite go teirmeach le haghaidh díshalannú idir-éadan gréine faoi soilsiú gréine ísealfhluaraiseachta.
Sa struchtúr scagach nua, roghnaíodh cúr meilimín hidreafíleach (MF) mar bhonn, rud a leathnaíonn ní hamháin an achar dromchla le haghaidh ionsú gréine ach a fheabhsaíonn il-scaipeadh freisin.
Soláthraíonn hydrophilicity dromchla agus porosity an cúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene fliuchadh agus comhleá sa chrios comhshó teasa gréine, chomh maith le hathshlánú tapa uisce, agus carnadh salainn á sheachaint.
Ag baint leasa as ardfheidhmíocht cúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene, tá an córas interfacial faoi thiomáint gréine in ann ráta comhshó gréine-go-gaile de 89.6%.
Ina theannta sin, trí chúr meilimín atá brataithe le hocsaíd graphene laghdaithe a chomhtháthú isteach i bhfuinneamh gréine tráchtála, dhear agus dhearamar feiste díshalannaithe uisce farraige idir-éadan gréine-tiomáinte le héifeachtúlacht chomhshó gréine-go-uisce de 56.4% faoi sholas an lae. Mar gheall ar dhíshalannú na gréine, tá an t-uisce glan a bhailítear de riachtanas cáilíochta inólta.
Le feidhmíocht ghalú níos fearr agus inscálaithe na n-ábhar comhshó gréine-go-teirmeach, cuireann an córas seo le haghaidh díshalannú uisce farraige idir-éadan gréine-tiomáinte ionchais fhorleathana iarratais i bhfeidhmchláir praiticiúla díshalannú uisce farraige.
Inscálaitheacht ábhar aistrithe teasa díshalannaithe gréine
Córas galú interfacial bunaithe ar cúr meilimín laghdaithe ocsaíd-brataithe graphene. Tá cúr meilimín ter graphene brataithe le ocsaíd sa lár agus tá sé fillte le sraith cúr poileitiléin (PE) ar an taobh amuigh chun córas galú interfacial féin-mboilgeog a thógáil.
Úsáidtear cúr meilimín atá brataithe le ocsaíd graphene laghdaithe teallúiriam chun radaíocht gréine teagmhasach a ionsú go tapa, fuinneamh na gréine a thiontú ina theas, agus fórsa tiomána le haghaidh galú idir-éadan a ghiniúint. Ar an láimh eile, is féidir le cúr meilimín atá brataithe le hocsaíd graphene laghdaithe hidreafail sáile a tharraingt isteach sa chrios galú go leanúnach.
Ligeann struchtúr scagach an chúr meilimín atá brataithe le trí-ocsaíd graphene don ghal a ghintear éalú isteach sa chomhshaol, ag cur chun cinn gabháil solas na gréine agus mar sin ag méadú éifeachtacht chomhshó gréine-go-teas. Tá an cúr meilimín laghdaithe atá brataithe le hocsaíd graphene scagach agus hidreafail, rud a ligeann dó uisce a tharraingt isteach sa struchtúr galú a thuairiscítear thuas agus salainn tiubhaithe a bhriseadh síos ag an am céanna ar ais san uisce farraige mórchóir.
Le linn an phróisis galúcháin, bíonn tiúchan an tsalainn ag an gcúr níos airde ná tiúchan an uisce farraige ag bun an uisce. Fágann athruithe sa tiúchan go mbriseann an salann síos isteach san uisce mórchóir. Ina theannta sin, ní hamháin go laghdaíonn an cúr poileitiléine máguaird an cúr meilimín atá brataithe le hocsaíd graiféine , ach bailíonn sé go nádúrtha ar dhromchla an uisce freisin, rud a chuireann cosc ar chailliúint teasa de bharr an uisce salainn máguaird.
Is féidir le córais galú comhéadain oibriú go leanúnach agus go héifeachtach ar dhromchlaí uisce gan gá le dearaí casta tógála. Ina theannta sin, ós rud é go dtarlaíonn galú ag an gcomhéadan gáis-leachtach, is féidir leis an gcóras galú idir-aghaidhe gluaiseacht go neamhspleách nuair a théann an comhéadan i léig.
Tá cúr meilimín brataithe ocsaíd graphene laghdaithe Tellurium ina phríomhchuid den chóras galú interfacial. Bhí cúr meilimín tumtha i bhfionraí colloidal ocsaíd graphene chun cúr meilimín laghdaithe ocsaíd-brataithe graphene a ullmhú, agus ansin laghdaíodh ocsaíd graphene isteach i ocsaíd grafamine laghdaithe ag baint úsáide as modh hidrothermal.
Tá cúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene le trastomhas 3.5 cm agus tiús 1.6 cm éasca a dhéanamh agus tá a dath dubh domhain.
Léirigh roughness dhromchla an ábhair cúr meilimín laghdaithe ocsaíd-brataithe graphene a breathnaíodh ag baint úsáide as micreascóp optúil tríthoiseach, éagsúlacht airde níos mó ná 300 μm. Tá struchtúr garbh dromchla na gcomhchodanna comhshó teirmeach gréine curtha i leith go príomha le struchtúr scagach cúr meilimín, agus méadaíonn an ocsaíd graphene laghdaithe modhnaithe freisin garbh an dromchla.
Méadaíonn garbh an dromchla an t-achar dromchla ionsúcháin gréine agus é ag méadú scaipthe iolraí de sholas na gréine teagmhais, agus mar sin feabhsaítear éifeachtúlacht chomhshó gréine-go-teas an chórais. Micreastruchtúr an chúr meilimín ullmhaithe ar mhéaduithe éagsúla. Taispeánann an dromchla cúr meilimín atá brataithe le ocsaíd graphene struchtúr líonra roctha agus idirnasctha.
Tá méid pore cúr meilimín brataithe rGO idir 20 agus 40 μm. Éascaíonn an struchtúr pore oscailte agus an dromchla rocach sil-leagan ocsaíd graphene. Tá dea-fhliuchtacht uisce ag an cúr meilimín laghdaithe ocsaíd-brataithe graphene mar gheall ar hydrophilicity an cúr meilimín scagach.
Chomh luath agus a théann braoinín uisce i dteagmháil le dromchla an chúr meilimín atá brataithe le hocsaíd graphene laghdaithe, déantar é a ionsú go hiomlán laistigh de 0.5 soicind. Is féidir le dromchla hidrofilic na gcomhchodanna laghdaithe ocsaíd graphene draenáil a threorú go tapa laistigh den struchtúr scagach. Cinneadh porosity cúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene trí chomparáid a dhéanamh ar na hathruithe mais roimh agus tar éis ionsú uisce.
Is féidir le porosity cúr meilimín atá brataithe le ocsaíd graphene 85.55% a bhaint amach. Bíonn tionchar díreach ag ionsú fuinnimh gréine trí chúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene ar éifeachtúlacht chomhshó gréine-go-teas an chórais. Chun an friotaíocht salainn a mheas, cuireadh cúr meilimín laghdaithe ocsaíd graphene i dtuaslagán clóiríd sóidiam (3.5 wt%).
Ansin cuireadh 3 g de chlóiríd sóidiam soladach ar an dromchla uachtarach agus cuireadh an cúr meilimín atá brataithe le Tergo ag dlús gréine 1 kW m−2. Tuaslagann an méid salainn soladach de réir a chéile tar éis 120 nóiméad.
Nuair a lonraíonn solas na gréine ar dhromchla uachtarach an chúir meilimín atá brataithe le rGO , ardaíonn teocht an chúir meilimín atá brataithe le rGO go tapa laistigh de nóiméid agus fanann sé ag 35°C i rith an phróisis galúcháin. Ós rud é go mbraitheann intuaslagthacht an tsalainn ar an teocht, dá airde an teocht, is ea is tapúla a thuaslagann an salann agus dá bhrí sin is féidir an t-iarann salainn a aththuaslagadh san uisce dromchla.
I cúr meilimín atá brataithe le ocsaíd graphene laghdaithe, a bhfuil go leor pores aige le cumas ard ionsú uisce a fhéadfaidh soláthar leanúnach uisce a sholáthar don dromchla barr, is féidir le salainn bogadh ón dromchla barr go dtí an sublayer uisce. Tá athruithe salandachta mar thoradh ar athruithe teochta idir an dromchla galú uachtarach agus an comhlacht.
D'fhonn ionsú leathanbhanda agus éifeachtach fuinnimh gréine a fháil, athraíodh cúr meilimín le cúr meilimín hidrofilic póiriúil, rud a mhéadaigh achar dromchla an ionsú gréine agus ag méadú scaipthe iolracha.
Léiríonn an córas galú idir-éadan gréine atá bunaithe ar chúr meilimín atá brataithe le rGO freagra teirmeach tapa ag dlús cumhachta gréine 1 kW m−2, ag baint amach éifeachtúlacht chomhshó teirmeach gréine seasta de 89.6%.
Ar deireadh, rinneamar evaporator cúr meilimín atá brataithe le hocsaíd graphene laghdaithe i bhfostú gréine, ar féidir leis 56.4% uisce óil a tháirgeadh le carnadh salainn ag 1 kW m−2.
Samhlaímid go bhféadfaí an gléas díshalannaithe idir-éadan seo atá faoi thiomáint gréine a úsáid ar oileáin iargúlta nó san aigéan chun uisce óil a bhailiú ó uisce farraige flúirseach nó acmhainní sáile eile.
Conclúid
Tá acmhainneacht mhór agus ionchais iarratais ag cúr meilimín díshalannú atá brataithe le rGO, mar theicneolaíocht díshalannaithe gréine nuálach agus éifeachtach. Ní féidir leis ach acmhainní úra iontaofa a sholáthar do cheantair atá gann ar uisce, ach freisin spleáchas ar fhuinneamh traidisiúnta a laghdú, tomhaltas fuinnimh agus truailliú comhshaoil a laghdú.
Cuirfidh torthaí an taighde seo go mór le fadhb ganntanas acmhainní fionnuisce domhanda a réiteach agus réadú na forbartha inbhuanaithe a chur chun cinn.
Le haghaidh tuilleadh eolais faoi SINOYQX Melamine Foam, déan teagmháil linn ag [email protected] nó seol guth chugainn: +86-28-8411-1861.
Déantar roinnt pictiúr agus téacs a atáirgeadh ón Idirlíon, agus is leis an údar bunaidh an cóipcheart. Má tá aon sárú ann, déan teagmháil linn le scriosadh.