耐盐型太阳能驱动界面光热材料及蒸发器的研究进展

太阳能驱动界面蒸发技术（SDIE）依靠光热材料和蒸发器进行海水淡化，因光热转换效率高、环境友好、制造工艺简单和材料丰富等优点引起了学者们的广泛关注。但在海水淡化过程中，光热材料和蒸发器表面盐结晶的积累会直接影响太阳能界面蒸发效率，解决光热材料和蒸发器表面盐结晶问题是SDIE中重要的一步。本文简述了近年来耐盐型光热材料及蒸发器的设计理念与研究现状，阐述了不同耐盐设计的优点和局限性，梳理了其耐盐机制和性能，分析表明通过调控光热材料的孔结构、亲-疏水性、离子基团等方法可以增强光热材料的耐盐性，通过调控盐溶液的浓度和盐的结晶位置等可设计多种耐盐型蒸发器，讨论了目前在SDIE中解决盐结晶问题存在的共性问题并提出未来的研究挑战，以推进未来SDIE的研究与发展。     

太阳能界面蒸发协同发电：进展与展望

太阳能界面蒸发(SIE)是将太阳能集中于“空气-水”的界面处加热,进行高效产气,实现海水淡化的过程。该方法可有效解决淡水资源短缺和能源转换效率低等问题。随着光热材料及集成系统的快速发展,界面蒸发器的功能不断优化,促进了该方法在水处理、蒸汽杀菌、稀缺资源富集和联产发电等领域的技术突破。本文在延续前期研究的基础上,结合SIE协同发电的最新研究进展,梳理SIE协同发电的机理,分析SIE协同发电装置的设计要点,总结SIE协同发电的实际应用现状,并展望其未来的发展及挑战。     

面向水处理与有机溶剂回收的太阳能界面蒸发系统与材料

海水淡化是缓解全球淡水资源短缺的重要途径,但传统海水淡化技术受限于过大的能源消耗,而太阳能界面蒸发技术因高蒸发效率、可持续性和低成本等优点引起了人们极大的关注。太阳能界面蒸发技术利用光热转换材料将光捕获并高效地转化为热能,随之将热量传递给水分子将其蒸发收集而实现净化。本文综述了近年太阳能界面蒸发系统结构设计的演变,总结了新兴的光热材料如金属基等离子体材料、碳基材料、半导体材料、生物质材料等在海水淡化、污水处理等方面的研究,并基于系统设计理念提出了太阳能蒸发技术应用于有机溶剂纯化领域的可能性。在此基础上,对太阳能界面蒸发技术的前景和面临的挑战进行了总结,提出了太阳能界面蒸发技术与蒸汽发电、光催化、光解水产氢等多种技术的耦合。     

仿生太阳能驱动界面蒸发器的进展与挑战

太阳能驱动界面蒸发（SDIE）作为一种高效、可持续的水资源获取方法,近年来受到了广泛的关注。基于仿生原理设计的太阳能驱动界面蒸发器在提高能源转换效率、降低盐结晶和抗污染等方面展现了巨大的潜力,在解决淡水资源紧缺和能源短缺等问题上发挥重要作用。该文梳理了近年来的仿生学在SDIE领域的应用,对比了仿生太阳能驱动界面蒸发器的结构、性能和仿生机理,探讨了不同类型仿生太阳能驱动界面蒸发器的优缺点,分析了仿生太阳能驱动界面蒸发器所面临的共性问题,并提出了未来的研究挑战。     

基于界面蒸发的太阳能蒸馏器海水淡化性能研究

应用界面蒸发技术对传统太阳能蒸馏器结构尤其是侧壁进行优化,研究了界面蒸发结构与蒸馏器海水淡化性能之间的构效关系。蒸馏器系统中的界面蒸发结构可以有效地避免底面和侧壁的界面蒸发层向海水层的漏热,减少海水层的热量存储,从而减小系统热量损失,还能更高效地利用低入射角的阳光。改进后的太阳能蒸馏器最高日淡水收集量为5.7 kg/m²,能量利用效率约为50%,比传统太阳能蒸馏器性能平均提升了近28%。     

绝热结构对太阳能界面蒸发性能影响的实验研究

太阳能界面蒸发技术将太阳能光热转换集中在气液界面处,具有不需要消耗额外能源、响应速度快、结构简单等优点,已经成为实现高效光热转换的新方式。本文使用碳粉作为吸光材料,将其用聚乙烯醇沉积在纤维素海绵上,制备出一种加工容易,成本低廉的蒸发器,并通过实验分析了蒸发器结构与太阳辐照强度变化对太阳能界面蒸发过程的影响规律,探讨了上述规律形成的原因。研究发现：通过在蒸发器中设计一个绝热层,可以有效地提高蒸发效率,其效率最大可以提高28%。另外,相同蒸发器结构条件下,随着太阳辐照强度的增强,绝热层对蒸发速率的强化作用随之增强。本文研究将有助于太阳能界面蒸发技术从理论走向实际。     

硅橡胶膜渗透蒸发去除水中VOC性能的研究

研究了硅橡胶膜渗透蒸发去除水中挥发性有机化合物(VOC)的性能。考察了水的进料流量、温度、进料液中溶解气体和水蒸气的存在对VOC去除率的影响。结果表明,溶液中VOC气体的进料质量分数为2.0×10-4、进料流量为70cm3/min时,苯的去除率达到了90%,而进料流量为50cm3/min时,甲苯的去除率仅达72%,且随进料温度的增加而增加。空气溶解气体的存在增加了膜去除效率,但水蒸气的存在降低了VOC气体的透过系数。基于Henry系数的计算模型对实验结果进行了较好的预测。     

改性PU海绵三维多孔界面蒸发器的制备及性能

采用聚乙烯醇(PVA)对商用疏水聚氨酯海绵(简称PU海绵)进行亲水改性,并在其上面喷涂多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(MWCNTs/PDMS)复合分散液,获得一侧超疏水另一侧亲水的三维多孔界面蒸发器。采用SEM、红外热像仪及紫外-可见-近红外分光光度计对涂层表面形貌、光热响应能力及反射率和透过率进行了测试,并对构建的三维多孔界面蒸发器的性能进行了评价。结果表明,由MWCNTs含量(以PDMS预聚物质量分数为0.55%的四氢呋喃溶液的质量计,下同)为0.5%的MWCNTs/PDMS复合分散液喷涂亲水改性的PU海绵制得的三维多孔界面蒸发器表面温度为81℃,吸收率为98.57%,具有良好的透水汽性、光热性能、蒸发性能、拒盐性能、脱盐性能、自清洁性能。该三维多孔界面蒸发器在盐水中进行蒸发作用时,其在1个太阳光强(1.0 kW/m²)下的表面温度为61.3℃,光热转换效率达96.75%,在模拟海水(质量分数为3.5%的NaCl溶液)蒸发过程中,蒸发速率可达1.80 kg/(m²·h),而PU海绵的蒸发速率较低,仅为0.44 kg/(m²     

可旋转的太阳能集热—减压膜蒸馏式脱盐研究

设计构建了1套新型可旋转的太阳能集热—减压膜蒸馏脱盐系统装置,以太阳能集热提供热源,以3.5%的氯化钠溶液模拟海水进行脱盐实验。研究了不同进料液温度、冷侧真空度、进料液流量对膜组件性能的影响,以及1个工作日内膜通量、淡水电导率和截留率的影响变化。结果表明:当系统运行稳定时,膜组件入口进料液温度、冷侧真空度和进料液流量是影响系统性能的主要因素,且在1个工作日内系统所产淡水的电导率可达到10μS/cm以下,截留率可达到99.9%以上。     

PVDF/PPy复合多孔泡沫的制备以及性能研究

采用发泡法制备了聚偏二氟乙烯(PVDF)泡沫,并在其上沉积了光热转换材料聚吡咯(PPy),制备了PVDF/PPy复合多孔泡沫光热材料。PVDF/PPy泡沫内的多孔结构有利于水分的输运,并且黑色的PPy有效地增加了其光吸收性能和光热转换性能。在PVDF/PPy-3中,其表面温度为56.3oC,光热蒸发速率为1.561 2 kg/(m2·h)。并且具有较好的稳定性和环境耐久性,可以在不同环境下长时间使用,具有较好的实用性。     

基于不同类型溶液蒸气压特性的太阳能界面蒸发实验研究

太阳能界面蒸发可实现高效太阳能海水淡化和蒸发式污水处理,但目前的研究大多局限于纯水或NaCl溶液。实际脱盐或废水处理中溶质会与此不同,导致溶液蒸气压变化并影响蒸发性能。本文首先分析了溶液表面蒸气压曲线类型,将其分为上凸型、下凹型和直线型。针对这几种蒸气压曲线进一步选取[EMIM][OTf]、[EMIM][Ac]和NaCl水溶液作为代表溶液,在不同辐照强度和浓度下进行了实验研究,并与纯水的蒸发作对比。实验结果表明：低浓度下[EMIM][OTf]水溶液展现出了良好的蒸发性能, 主要原因是由于其蒸气压处于上凸区间;当溶液浓度升高或辐照强度提升时,[EMIM][OTf]溶液的蒸发速率提升较NaCl水溶液小,主要原因在于蒸发过程的浓度极化导致气液界面处的[EMIM][OTf]浓度升高,蒸气压相差较小;不同工况下[EMIM][Ac]水溶液的蒸发速率均较慢,纯水的蒸发速率最快,体现了蒸气压对蒸发性能的关键影响,原因是低蒸气压导致高蒸发温度,并带来更多的能量损失。     

可用于海水淡化的PVDF/PANI光热蒸发膜的制备与性能研究

利用多孔塑料聚偏二氟乙烯(PVDF)和高吸光性的聚苯胺(PANI)进行复合,制备了一种具有较高热效率的PVDF/PANI光热蒸发膜。光热蒸发实验表明,在经过2 h的蒸发后,复合膜的蒸发量达到了25 g,远高于纯水和PVDF膜;并且该薄膜在经过多次蒸发实验后仍然保持了较好的蒸发效率,说明该材料可以很好地用于海水淡化领域。     

膜吸收从废水中脱氨的研究

利用自制疏水聚偏氟乙烯(PVDF)中空纤维膜组件对氨/水分离过程中的影响因素进行了研究.考察膜两侧液体流速、pH值、温度等因素对膜吸收过程传质系数和氨去除率的影响.研究结果表明膜吸收法对废水中的氨有很高的去除率(90%以上).适当提高原料液的温度,流速和pH值都会显著提高氨的传质效率.吸收液侧硫酸的温度、流速对传质影响很小,相对于原料液侧各参数的影响可以忽略,而吸收液的pH应小于4才能获得较好的吸收效果.此外,使用外压式组件可以利用其较大的传质面积获得较内压式更高的氨去除率,而不同的组件放置方式对膜吸收脱氨的效果并无明显影响.     

基于聚多巴胺包覆的光热相变微胶囊的制备及性能

以正十八烷(n-OD)为芯材,二氧化硅(SiO2)和聚多巴胺(PDA)为复合壁材,采用界面水解缩合法成功制备光热相变微胶囊n-OD@SiO2/PDA.采用FESEM、FETEM、FTIR、DSC、TG、UV-Vis-NIR和模拟光源等对所制备了微胶囊的表面形貌、化学结构、热性能、光吸收性能和光热转换性能进行了分析和表征...     

基于聚多巴胺包覆的光热相变纳胶囊的制备及性能

以正十八烷（n-OD）为芯材，二氧化硅（SiO2）和聚多巴胺（PDA）为复合壁材，采用界面水解缩合法成功制备光热相变微胶囊n-OD@SiO2/PDA。采用FESEM、FETEM、FTIR、DSC、TG、UV-Vis-NIR和模拟光源等对所制备微胶囊的表面形貌、化学结构、热性能、光吸收性能和光热转换性能进行了分析和表征。在探究了不同芯材与硅源（正硅酸四乙酯）质量比对相变微胶囊储热性能影响的基础上，确定了以m(n-OD):m(TEOS)为2:1制备光热相变微胶囊。实验结果表明，所制备的光热相变微胶囊具有规整的表面形貌和明显的核壳结构，具有良好的耐热性能，复合壁材可以有效保护芯材。与相变微胶囊n-OD@SiO2相比，光热相变微胶囊仍具备良好的储热性能，其熔融热焓值为151.2 J/g，展现出较好的光热转换性能，其光热转换与存储效率为91.8%。     

改性PVDF中空纤维膜处理汽车脱脂废水的性能研究

采用经过亲水疏油改性的聚偏氟乙烯(PVDF)超滤膜对汽车脱脂废水进行了油水分离研究。结果表明,在跨膜压差0.08～0.10 M Pa,浓水回流量为膜初始通量的2倍,进液温度30～40℃的操作条件下,PVDF膜处理脱脂废水的分离效果最佳。在清洗液温度45℃条件下,采用纯水-HCl-Na OH+十二烷基苯磺酸钠(SDS)清洗方式可基本去除膜的不可逆污染,通量恢复率达97%。膜的稳定通量达15 L/(m~2·h),油、化学需氧量(COD)、浊度的去除率分别达到98.0%、92.9%、98.5%以上,滤液油含量低于15 mg/L、浊度低于5 NTU、COD质量浓度低于1 350 mg/L,在脱脂废水处理方面表现出巨大的应用潜力。     

掺水滑石生态混凝土物理力学及水质净化性能研究

研制了一种掺水滑石生态混凝土(HEC),并通过试验研究了水滑石掺量、骨料粒径对HEC物理力学性能、净水效果的影响.结果表明:增大骨料粒径可有效提高HEC孔隙率,但会降低抗压强度,而水滑石掺量对其物理力学性能的影响并不明显.在净水试验方面,增大骨料粒径可提高TN、TP的去除率,而水滑石的增加只能提高TP的去除率.当骨料粒径为16.5～31.5 mm,水滑石掺量取5 kg/m3时,孔隙率为28.51％,抗压强度为5.6 MPa,TN去除率为46.8％,TP去除率则可达到最大值78.1％,此时HEC的净水效果相对最优,其物理力学性能也基本满足应用要求.