基于太阳能驱动水蒸发的系统设计及研究进展

太阳能驱动水蒸发作为一种光热转换应用,由于光热转换效率高,且具有清洁水生产的工业潜力,从而引起了人们的关注。近年来,太阳能驱动的蒸发系统-将太阳能与热能的能量转换定位在空气/液体界面上,因其可以减少热损失并提高能量转换效率,已经被作为传统的体积加热蒸发的替代系统。讨论了如何实现高性能蒸发的系统设计策略,包括多孔纳米结构、界面蒸发结构和芯吸结构。介绍了太阳能驱动水蒸发的3种系统,即体积系统、界面系统和隔离系统。描述了将这种太阳能驱动的界面蒸发工艺应用于海水淡化和污水处理中的可能性,还讨论了其中存在的一些问题和挑战     

聚吡咯/纤维素水凝胶的制备及其太阳能驱动水蒸发性能

使用化学氧化法合成光热转换材料聚吡咯(PPy),通过化学交联制备聚吡咯/纤维素复合水凝胶(PCG)作为太阳能蒸发器。PCG具有优异的光吸收性能,当纤维素质量分数为3%、m(PPy)/m(纤维素)为0.3∶1时,蒸发速率最高,在一个太阳光强下可达到1.86 kg/(m²·h),经过20次循环测试后蒸发速率保持稳定,表现出优异的循环稳定性。此外,PCG在海水脱盐与印染废水处理方面有巨大的应用价值。     

基于碳纳米管-聚乙烯醇水凝胶的太阳能驱动界面水蒸发性能研究

太阳能驱动界面水蒸发是解决偏远干旱地区淡水资源短缺问题的重要技术,由于制备成本、制造工艺、蒸发性能等因素的限制,目前该技术仍难以推广应用.本文采用碳纳米管-聚乙烯醇(CNT-PVA)为太阳能吸收器,在1倍标准太阳强度(1 kW·m-2)下实现了1.43 kg·m-2·h-1的蒸发速率和92.4％的光热蒸发效率.由于CNT-PVA水凝胶对太阳能光谱良好的吸收性能和较低的散热损失,稳态蒸发阶段其表面温度达到40℃,高于本体水域温度,证实了CNT-PVA水凝胶的局域加热能力.同时,水凝胶丰富的内部孔隙可为蒸发前缘持续不断地输运水分,并为产生的蒸汽提供逃逸通道.良好的蒸发性能、较低的制备成本、简单的制造工艺等优势使得CNT-PVA水凝胶在太阳能驱动界面水蒸发技术的应用中展现出较大潜力.     

碳纳米管/多孔纤维素凝胶材料的制备及其蒸发性能

以微晶纤维素(MCC)为基体材料、碳纳米管(CNTs)为光热转换材料,通过溶胶-凝胶法制备出用于太阳能水蒸发的碳纳米管/多孔纤维素凝胶材料(CNTs-PCG)。扫描电镜图像显示该材料具有蜂窝状的多级孔隙,可以快速吸水。太阳能水蒸发测试和红外热像测试显示该材料在1 kW/m~2的光照强度下,具有优异的蒸发性能与较高的蒸发效率:当CNTs质量分数为0.2%时,CNTs-PCG最高的水蒸发速率为1.274 kg/(m~2·h),是纯水对照组的4.2倍,水蒸发效率为82.3%,材料最高温度可达44.4℃。     

Ag@Ag_2S/C光热转换材料的制备及其太阳能水蒸发性能

以核壳结构的Ag@Ag_2S纳米颗粒、羧甲基纤维素为原料,利用冷冻铸造/碳化工艺制备了具有孔道结构的Ag@Ag_2S/C光热转换材料。所制备Ag@Ag_2S/C光热转换材料能吸收93%的太阳光,在1个太阳光下,水蒸发效率可达81.5%。     

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。     

碳化土豆的太阳能界面水蒸发性能

以土豆为原料,通过表面打孔、碳化工艺得到光热转换材料。研究了该材料的组成、微观结构、光吸收、亲水性、光热转换以及太阳能界面水蒸发性能。结果表明：碳化土豆是多孔结构的无定形碳,在紫外(250～380 nm)和可见光范围内(380～780 nm)光吸收超过90%;具有极好的亲水性、光热转换以及太阳能界面水蒸发性能。在1个太阳辐照下(光功率密度为1 kW·m^-2)蒸发速率达到了1.44 kg·(m²·h)^-1,蒸发效率达到了90.71%。碳化土豆可用于含有机染料废水、重金属离子废水的处理。     

废弃碳纤维复合材料基碳材料构建及其 太阳光水蒸发性能研究

近年来，由于环氧树脂基碳纤维增强复合材料（ECFRP）在航空航天、军事国防、民用等领域广泛应 用，ECFRP 废弃物越来越多。拓展废弃 ECFRP 回收方法和应用领域是解决该问题的有效方法之一。本文通过不 同碳化温度获得 ECFRP 基碳材料，并将其应用于光热转换领域。超景深显微镜和 SEM 结果显示：碳化温度 500℃ 条件下，碳纤维表面残留较多树脂；而 550℃和 600℃条件下，碳纤维呈分散状态。当温度超过 650℃后，碳纤 维紧密贴在一起。由 X-射线能谱仪结果可知，随着碳化温度升高，碳材料中碳元素含量呈增加趋势，由碳化 温度 500℃下的 91.97%上升到碳化温度 800℃下的 98.39%。在一个太阳光条件下，ECFRP 基碳材料纯水蒸发效 率呈现先增加后减小趋势，这可能是由于在高温碳化下碳纤维之间紧密相连，阻碍了蒸汽的传递与挥发。当碳 化温度为 550℃时蒸发速率最高，为 1.71 kg·m-2·h-1，显示出较好的光热转换水蒸发效率。本研究为废弃 ECFRP 回收及在海水淡化、污水处理等领域的应用提供借鉴指导意义。近年来，由于环氧树脂基碳纤维增强复合材料（ECFRP）在航空航天、军事国防、民用等领域广泛应用，ECFRP 废弃物越来越多。拓展废弃 ECFRP 回收方法和应用领域是解决该问题的有效方法之一。本文通过不 同碳化温度获得 ECFRP 基碳材料，并将其应用于光热转换领域。超景深显微镜和 SEM 结果显示：碳化温度 500℃ 条件下，碳纤维表面残留较多树脂；而 550℃和 600℃条件下，碳纤维呈分散状态。当温度超过 650℃后，碳纤 维紧密贴在一起。由 X-射线能谱仪结果可知，随着碳化温度升高，碳材料中碳元素含量呈增加趋势，由碳化 温度 500℃下的 91.97%上升到碳化温度 800℃下的 98.39%。在一个太阳光条件下，ECFRP 基碳材料纯水蒸发效 率呈现先增加后减小趋势，这可能是由于在高温碳化下碳纤维之间紧密相连，阻碍了蒸汽的传递与挥发。当碳 化温度为 550℃时蒸发速率最高，为 1.71 kg·m-2·h-1，显示出较好的光热转换水蒸发效率。本研究为废弃 ECFRP 回收及在海水淡化、污水处理等领域的应用提供借鉴指导意义。     

太阳能驱动制冷空调技术

太阳能驱动制冷空调技术主要分为光热转换、光电转换及光化转换等3种方式．详细阐述了太阳能吸收式制冷、太阳能吸附式制冷、太阳能溶液除湿蒸发制冷及太阳能喷射式制冷等方法的原理、组成特点和研究现状与进展．简要分析了太阳能光电制冷和太阳能光化制冷的特点及发展趋势,并对光热转换、光电转换及光化转换等3种方式制冷方法的性能进行综合比较,从系统能耗、系统初投资以及推广应用等角度探讨了太阳能用于制冷空调的前景与技术难题．     

光热转换用碳基材料的制备及应用进展

光热转换技术可将太阳能转换为热能,是提升资源利用率、实现能源利用可持续发展的有效途径;碳基材料具有优异的宽光吸收性能和高的光热转换效率,是太阳能光热转换用的核心材料。该文系统综述了光热转换用碳基材料的研究进展,概述了光热转换的基本原理和碳基材料的分类,总结了光热转换用碳基材料的制备方法,分析了光热转换用碳基材料在海水淡化、废水净化、光热除冰、光热治疗和热能存储等领域的应用进展,并对光热转换用碳基材料的研究方向作出展望。     

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。     

PVA-TiN复合薄膜的制备及其光热转换性能研究

为了提高太阳能驱动水蒸发技术中光热转换薄膜的水蒸发速率,选择亲水性的滤纸作为基底,聚乙烯醇(PVA)作为水输送层,TiN纳米颗粒作为光热转换材料,表面沉积法制备PVA-TiN复合薄膜.利用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、紫外/可见/近红外分光光度计和傅里叶变换红外光谱对复合薄膜的晶体结构、微观形貌及光学性质进...     

碳黑/聚酰胺6复合膜的制备及其高效太阳能蒸发应用

为提高聚酰胺6(PA6)的光热转化性能,拓展其应用范围,通过共混碳黑(CB)改性聚酰胺6(PA6),采用非溶剂致相分离方法制备了碳黑/聚酰胺6光热转化材料(CB/PM).通过模拟真实的光照条件,考察了改性前后PA6复合材料光热转化性能的变化情况.结果表明:当光照强度为1 kW/m2、CB质量分数为1％时,采用CB/PM...     

太阳能集热材料的光热特性研究

光滑金属板的作为吸热板芯时，其吸收率取决于涂层的吸收率，而用表面多孔板作为吸热板芯时，其吸收率则取决于板孔隙率和孔尺寸与涂层的吸收率．作者通过光线跟踪法多孔板的光热性能作了简单的分析，并设想采用表面多孔金属板代替光滑板作为太阳能集热器吸热板芯．分析得知：多孔板等效吸收率高于同等条件下光滑板的吸收率．同时详细阐述了太阳能集热器的发展状况、种类、原理以及集热器的光热转换原理．     

NiCo2O4/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NiCo2 O4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NiCo2 O4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℃,NiCo2 O...     

PAM-PDA-PEG改性气凝胶的光热转换性能研究

气凝胶具有高孔隙率和低热导率,能够吸收太阳光并转换为热能加热液态水,因此被广泛应用于太阳能驱动水蒸发领域,可以实现高效的海水淡化和污水处理。为了提高气凝胶的水蒸发速率,选择吸水性好的聚丙烯酰胺(PAM)为基底,聚多巴胺(PDA)为亲水改性材料,聚乙二醇(PEG)为分散剂,通过冷冻干燥法制备PAM-PDA-PEG(PG-PAM)改性气凝胶。利用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外/可见/近红外分光光度计(UV-vis-NIR)、水接触角和拉曼光谱(Raman)对改性气凝胶的微观形貌、化学组成、光学性质、亲水性及水状态进行了表征。还利用模拟蒸发系统测试了PAM-PDA-PEG的光热转换性能。结果表明,纯PAM的光热转换性能较弱,但经过改性后的PAM-PDA-PEG气凝胶不仅具有良好的吸光性和亲水性,还蕴含大量的中间水,可以有效地降低蒸发所需要的能量。经过测试,PAM-PDA-PEG在1 k W·m^-2的光强下蒸发速率达到2.40 kg·m^-2·h^-1,是纯PAM的5倍。此外,脱盐和染料去除实验证明了PAM...     

太阳能蓄能/蒸发/集热器性能研究

提出了一种新型的太阳能蓄能/蒸发/集热器,建立了蓄能/蒸发/集热器的相变传热数学模型,得到了充灌石蜡或癸酸的蓄能/蒸发/集热器在蓄能过程中温度场和液化率随时间的变化规律.在南京地区春季典型工况下对充灌水、癸酸或石蜡作为蓄能材料的太阳能蓄能/蒸发/集热器管内温度进行了实验对比研究,结果表明充灌石蜡或癸酸等相变材料,可将白天的太阳能储存下来在夜间利用.并对充灌三种介质的蓄能/蒸发/集热器瞬时集热效率随太阳辐射的变化规律进行了研究,分别拟合得到了瞬时集热效率公式,结果表明充灌石蜡的太阳能蓄能/蒸发/集热器瞬时集热效率最高.     

煤基碳负极材料在锂离子电池中的应用研究进展

随着碳达峰、碳中和成为全球共识,电化学储能技术和相关产业得到了飞速发展,与此同时电极材料的需求也与日俱增。因此,如何利用来源广泛、成本低廉的前驱体制备高性能负极材料成为国内外研究的热点。煤炭因具有碳含量高、储量丰富和价格低廉等特点成为最有潜力的负极材料前驱体。近年来,研究者以煤炭为原料制备了无定型碳、石墨、碳纳米管和石墨烯等负极材料,并对其在锂离子电池中的应用进行了深入研究。总结了三类典型的煤基碳负极材料在锂离子电池中应用的研究进展,并对其合成方法、优化改性及电化学性能等方面进行了综述,最后对煤基碳负极材料的发展及应用进行了展望。     

原生生物质水热炭化制备碳材料及其应用

作为地球上储量最丰富的可再生资源，生物质具有低成本、不会增加大气中CO2含量等优点，其应用已成为能源利用和环境保护领域的研究热点。原生生物质可经由水热炭化过程（Hydrothermal Carbonization，HTC）制备多种功能碳材料。对以原生生物质为原料通过HTC法制备具有广泛用途碳材料的研究进展进行了概述，并就现阶段基于HTC法制备的碳材料在气体液体吸附、磁性碳材料、电池材料等领域的应用进行了分析和展望。     

碳基吸波材料的研究进展

为了研究铁氧体的电磁性能以及铁氧体引入量的质量分数和样块厚度对材料性能的影响,以玻璃和陶瓷造粒料为基料,炭黑为发泡剂,引入铁氧体,经过球磨、烧结、发泡、退火工艺后制备出泡沫吸波材料. 结果表明:900℃处理对铁氧体的电磁性能无明显影响. 铁氧体引入量的质量分数为5%和10%的吸波性能优于铁氧体为15%和20%引入量的吸波性能;研究初步显示,该结果是由于铁氧体的引入影响多孔材料的泡孔结构. 铁氧体引入量的质量分数为10%时,材料的吸波性能随着样块厚度的增加而增大;样块厚度为50mm时,材料的有效吸收带宽(反射率小于-10dB)达18GHz,反射率低至-23.4dB.