發(fā)布時間：2022-01-11 11:16

　　無污染、高效的太陽能海水淡化對于緩解傳統(tǒng)能源危機、減少水污染、促進環(huán)境保護具有十分重要的意義。然而,作為太陽能蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的核心部件,目前已有的光熱材料在實際運行中仍存在著諸多復(fù)雜挑戰(zhàn),例如光熱轉(zhuǎn)換效率低、原料成本高昂、制備工藝繁瑣等,從而限制其大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用。針對能源效率低下的問題,目前學(xué)術(shù)界研究的焦點主要集中于提高太陽能界面蒸發(fā)光熱材料的光吸收、減少熱損失和優(yōu)化供水從而進一步提高水蒸氣產(chǎn)生率和太陽能轉(zhuǎn)換率。結(jié)合上述情況,本研究課題主要的目的在于發(fā)展新型、高效的太陽能界面蒸發(fā)光熱材料,研究的側(cè)重點在通過調(diào)控多孔光熱材料表面浸潤性,以期達到水傳輸優(yōu)化從而提高太陽能轉(zhuǎn)換效率。同時在光熱材料的制備以及底物選擇方面,考慮壓縮成本,簡化工藝以便于大規(guī)模推廣使用。具體而言,本論文中以商用聚氨酯海綿和制備出的二氧化錳納米線為底物,分別按照不同方法進行表面改性,制備出兩種新型的超浸潤太陽能界面蒸發(fā)光熱材料,并系統(tǒng)研究了影響光熱材料的太陽能蒸汽效率的一系列因素。研究結(jié)果不但為未來超浸潤光熱材料的制備提供新的研究思路,而且可為太陽能界面蒸發(fā)光熱轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的設(shè)計和優(yōu)化提供了一條新途徑。論文的主要研究內(nèi)容及... 

【文章來源】：蘭州理工大學(xué)甘肅省

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

太陽能蒸汽發(fā)生裝置發(fā)展趨勢示意圖[8]

超浸潤多孔材料的制備及其光熱轉(zhuǎn)換性能的研究2學(xué)激發(fā)等離子體共振來引起局部熱化從而一定程度上減少熱損失，提高光熱轉(zhuǎn)換效率，缺點在于過程涉及對整個水體的加熱，因此光熱轉(zhuǎn)換效率偏低。同時納米粒子易團聚，容易發(fā)生二次沉降，循環(huán)穩(wěn)定性差，需要長期對納米流體進行泵送，需要額外做功[7]；另一種是界面蒸發(fā)技術(shù)，能夠?qū)⑻栞椛滏i定水-空氣的蒸發(fā)界面上，局部加熱以最大限度減少熱損失，可以實現(xiàn)很高的太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率[8]。通過引入不同材料和對結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計共同促成了應(yīng)用前景廣闊的太陽能光熱蒸發(fā)技術(shù)。本篇論文將重點在第二種技術(shù)的基礎(chǔ)上研究水傳輸對于最終太陽能光熱轉(zhuǎn)換效率的影響，在盡可能提高光熱轉(zhuǎn)換效率的同時，降低生產(chǎn)成本和制備工藝，以使其盡可能實際應(yīng)用于發(fā)展中國家。1.2界面蒸發(fā)太陽能產(chǎn)汽系統(tǒng)的設(shè)計要點1.2.1水分傳輸在太陽光的照射下，光熱轉(zhuǎn)換材料將其表面上的水迅速變成蒸汽。因此，一個良好的光熱蒸發(fā)系統(tǒng)離不開良好的供水，以便水分子可以快速連續(xù)地傳輸?shù)焦鉄岵牧系谋砻�，以實現(xiàn)高效的水蒸發(fā)。供水的改善可以從兩個方面著手：（1）輸水通道的優(yōu)化設(shè)計；（2）改善材料本身的浸潤性。圖1.2水通路示意圖：（a）一維的輸水通道；（b）二維的輸水通道；（c）三維輸水通道；（四）自調(diào)節(jié)輸水通道[9]Figure1.2Schematicillustrationof:(a)1Dwatertransportchannels;(b)2Dwatertransportchannels;(c)3Dwatertransportchannels;(d)self-regulatingwatertransportchannels.[9]輸水通道的設(shè)計：類似于天然木材孔道，水通過毛細作用力在一維通道中傳輸。Hu的課題組使用3D打印技術(shù)設(shè)計了具有一系列垂直多孔結(jié)構(gòu)且具有一維水

超浸潤多孔材料的制備及其光熱轉(zhuǎn)換性能的研究4圖1.3界面太陽能蒸發(fā)期間的熱傳遞。（a）常規(guī)蒸發(fā)和（b）具有精確熱量管理的新型蒸發(fā)系統(tǒng)示意圖[18]Figure1.3Theheattransferduringtheinterfacialsolarevaporation.(a)Theconventionalevaporatorand(b)thenovelevaporatingsystemwithpreciseheatmanagement[18]熱管理設(shè)計還可以賦予光熱蒸發(fā)系統(tǒng)收集環(huán)境能量的能力。2018年，Li等人發(fā)明了一種熱量增強的界面太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)，以優(yōu)化現(xiàn)有的熱能產(chǎn)生方法[18]。作者組裝了圓柱形光熱蒸發(fā)系統(tǒng)以收集太陽能以及環(huán)境能量，因此能量轉(zhuǎn)換效率理論上超過了100％。蒸發(fā)系統(tǒng)的上層使用吸光材料收集太陽輻射，含水量高的側(cè)壁在環(huán)境能量驅(qū)動下可以緩慢釋放產(chǎn)生的蒸氣。除了減少潛在的熱量損失外，從產(chǎn)生的蒸汽中收集能量可能是通過熱管理提高能源利用率的一種新穎策略[19]。Chang等人提出了收集太陽能的新思路[20]。在一個密閉空間內(nèi)，太陽能通過紙支撐的金納米顆粒薄膜轉(zhuǎn)化為熱能，將水加熱成水蒸汽后，蒸汽擴散到腔室的另一側(cè)，冷凝并釋放吸收的熱能。這項杰出的工作實現(xiàn)了將太陽能迅速轉(zhuǎn)換為熱能的高效過程，并且能夠借助熱蒸氣將收集到的熱能轉(zhuǎn)移到指定目標(biāo)。2018年，Li等人提出一種出色的熱管理方式，可以很好地存儲和回收太陽能蒸汽能[21]，可以在生產(chǎn)清潔水的同時發(fā)電。將蒸汽能，能量存儲和發(fā)電相結(jié)合，這項工作為利用來自熱蒸汽的額外熱能提供了一種有前景的方法，證明了將太陽能產(chǎn)汽與發(fā)電相結(jié)合的創(chuàng)新方法。1.2.3成本控制與可擴展制備先進的光熱材料大大提高了光收集界面的效率，同時也增加了這些材料的成本。昂貴的原料和繁瑣的制備工藝都阻礙了太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。例如，金納米顆粒在太陽能蒸汽生產(chǎn)中顯示出令人鼓舞的性能，但是這種

【參考文獻】：
期刊論文
[1]納米銀顆粒尺寸的可控制備[J]. 張治,劉繼憲,劉艷偉,薛靜,劉遠猛,李海龍.  山東工業(yè)技術(shù). 2018(05)
[2]太陽能海水淡化的新技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J]. 張學(xué)鐳,卜躍剛,劉強,王梅梅.  電力科學(xué)與工程. 2017(12)



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