中美科學(xué)家利用具有多級納米結(jié)構(gòu)的水凝膠材料在1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽光（1kWm-2）下實(shí)現(xiàn)了高效、快速的水蒸發(fā)及鹽水分離
在這一天，太陽在天空中，上帝像雨一樣冒汗。但是水囊已經(jīng)是空的了，而且底部的水太咸了，根本不能喝。我剛要暈倒，西北方向突然開始發(fā)光，一個(gè)留著長長的白胡子的老人慢慢地走著。猴子說:猴子，撿起財(cái)寶!說完，一個(gè)織錦被從袍子里射出來，落在了猴子的手里�？吹胶镒拥拿曰�，老人解釋說:看盒子，方形，黑色像墨跡。把它放在海面上，讓陽光照進(jìn)來，看到白色的霧升起來，用毛皮撿起來。這樣，它就可以被稱為苦海。猴子很驚訝，問:這是什么浪費(fèi)?老人笑著回答說:“這類廢物有很多，有些是細(xì)小的顆粒，有些是精細(xì)的結(jié)構(gòu)，是陽光直射下最寶貴的太陽，攪動(dòng)著白色的霧工業(yè)純水設(shè)備。”在你的手中，老人穿越了時(shí)間的海洋，從未來未知的地方得到它的人叫它大海抓住它并使用它。然后老人消失了，他想:“在海里拍一張?zhí)柕恼掌！本褪沁@樣。一張大海的照片水處理設(shè)備。
直到最近,美國德克薩斯大學(xué)奧斯丁分校于桂花教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組與科羅拉多大學(xué)博爾德分校容桂楊教授,北京理工大學(xué)教授QuLiang身體合作,使用多級納米結(jié)構(gòu)的水凝膠材料規(guī)范陽光(1 KWM - 2實(shí)現(xiàn)高效、快速的分離水蒸發(fā)和鹽水,人們意識到仙女變成了一片水凝膠把握”的相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在《NaturNanotechnolog最近,論文的第一作者Zerof博士。
多級納米結(jié)構(gòu)水凝膠是由聚乙烯醇(PVA)和聚吡咯(polypyrrole)組成的水處理設(shè)備。其中，聚乙烯醇分子鏈連接成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，形成凝膠骨架。微孔結(jié)構(gòu)是由凍融循環(huán)引起的物理交聯(lián)效應(yīng)進(jìn)一步形成的。同時(shí)，聚吡咯分子在聚乙烯醇的物理交聯(lián)中起著模板作用。因此，不同于純聚乙烯醇凝膠，這種復(fù)合凝膠形成了更大的通道。這三階段的多孔結(jié)構(gòu)有利于水的蒸發(fā)。
此外，聚乙烯醇分子的分子網(wǎng)絡(luò)可以將水分子限制在分子網(wǎng)格上，防止水對流造成的熱量損失。微孔結(jié)構(gòu)在膠體中廣泛使用，保證了水的均勻分布。內(nèi)部大尺寸通道可以利用毛細(xì)管效應(yīng)有效地將水從底水轉(zhuǎn)移到蒸發(fā)表面，從而實(shí)現(xiàn)連續(xù)水蒸發(fā)。
特別是，研究人員發(fā)現(xiàn)具有特定聚合物/水比的水凝膠能夠加速水的蒸發(fā)。進(jìn)一步的研究表明，這種促進(jìn)來自親水分子鏈和水分子之間的相互作用。這種相互作用能有效降低水的焓，提高蒸發(fā)率。這是水從液體到氣體所需要的能量工業(yè)純水設(shè)備。
圖2:基于多級納米結(jié)構(gòu)水凝膠的陽光海水淡化效果。
通過調(diào)整交聯(lián)度，這種復(fù)合水凝膠能夠在正常太陽照射下達(dá)到約3.2 KGM -2h-1的水蒸發(fā)。相應(yīng)的太陽能效率可達(dá)94%。另一方面，這種凝膠可以直接用于太陽能海水淡化。在水分蒸發(fā)率基本不變的條件下，水分含量可以顯著降低實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備。
世界最具代表性的鹽度,例如(包括最低的鹽度在波羅的海,占據(jù)最大面積的大海,和高鹽度的死海)基于凝膠水蒸發(fā)過程可以減少水的鹽度為3到4個(gè)數(shù)量級,海水淡化或超過世界衛(wèi)生組織和美國國家環(huán)保局規(guī)定的海水淡化。進(jìn)一步的耐久性試驗(yàn)也消除了對水凝膠太陽能海水淡化的穩(wěn)定性的擔(dān)憂。這種快速有效的脫鹽過程可以維持很長時(shí)間。
圖3:基于多級納米結(jié)構(gòu)水凝膠的太陽能海水淡化系統(tǒng)模型。
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