【摘要】：近年來(lái),淡水資源短缺的問(wèn)題日益凸顯,如何高效地獲取淡水資源成為當(dāng)下重要的議題之一。太陽(yáng)能界面光-蒸汽轉(zhuǎn)化技術(shù)由于其高的能量轉(zhuǎn)化效率,在海水淡化、污水處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。本文在此領(lǐng)域,從基礎(chǔ)理解、仿生設(shè)計(jì)和綜合利用三方面入手,對(duì)以下四部分內(nèi)容進(jìn)行探索:1)分析了光-蒸汽轉(zhuǎn)化過(guò)程中的影響因素,對(duì)光-蒸汽轉(zhuǎn)化效率的準(zhǔn)確測(cè)量和評(píng)估進(jìn)行探討。此章重點(diǎn)討論了測(cè)量中的綜合考慮因素,以及如何正確獲取三個(gè)關(guān)鍵參量:光強(qiáng)、蒸發(fā)量、焓變。這有助于加深對(duì)光致蒸發(fā)過(guò)程的理解,為準(zhǔn)確評(píng)估材料的轉(zhuǎn)化性能提供一定的參考。2)研究了基于天然材料(香菇)的高效光熱轉(zhuǎn)化器件。其獨(dú)特的三維宏觀結(jié)構(gòu)(傘狀的菌蓋、細(xì)長(zhǎng)的菌柄),使之在工作中產(chǎn)生較低的熱傳導(dǎo)、輻射損耗,具有極強(qiáng)的熱局域特性。此外,其含氮基團(tuán)豐富的特性、多孔的微觀結(jié)構(gòu)使之可獲得充足的水供應(yīng),有效的蒸汽逸散�；谝陨喜牧辖Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn),在天然光照下,此香菇基的光熱器件可達(dá)到～78%的光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率。此工作對(duì)吸收體在熱學(xué)調(diào)控設(shè)計(jì)方面具有一定的啟發(fā)性。3)以碳納米管薄膜為吸收體,研究其光-蒸汽轉(zhuǎn)化性能,并進(jìn)一步探索其在海水淡化領(lǐng)域的應(yīng)用。將碳納米管用于海水淡化,可將海水中的主要離子濃度降低數(shù)個(gè)量級(jí)。純化后的水滿足世界衛(wèi)生組織的可飲用水標(biāo)準(zhǔn)。4)受睡蓮葉片結(jié)構(gòu)啟發(fā),我們從不同尺度(微米、納米、分子鏈)精細(xì)設(shè)計(jì),得到多級(jí)仿生結(jié)構(gòu)的光-蒸汽轉(zhuǎn)化器件。由于此器件不僅能實(shí)現(xiàn)高效的太陽(yáng)光捕獲、充足的水供應(yīng)和有效的熱局域,還能及時(shí)排出鹽溶質(zhì),使之可持續(xù)高效地處理高濃鹽水和污水直至固液分離。在整個(gè)過(guò)程中,器件表面沒(méi)有污垢沉積,蒸發(fā)效率并未下降。此工作將在污水處理、海鹽提取、金屬回收方面有廣泛的應(yīng)用前景。
【圖文】：

在過(guò)去的數(shù)十年里，由于淡水資源需求的持續(xù)增長(zhǎng)，淡水資源短缺己成為逡逑人類實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展道路中的重要威脅之一邋［１－５］。預(yù)計(jì)在２０２５年，全球?qū)⒂腥义戏种娜丝诿媾R水資源匱乏的問(wèn)題（圖１．１）邋［６，邋７］。在近期每年的風(fēng)險(xiǎn)報(bào)告中，逡逑世界經(jīng)濟(jì)論壇將水資源短缺列為全球最大的危機(jī)之一［８－１０］。逐漸增長(zhǎng)的世界人逡逑口、不斷提高的生活水平、消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化和農(nóng)業(yè)灌溉的擴(kuò)張是全球性水需求逡逑增長(zhǎng)的主要原因。在中東、阿拉伯、北美、亞洲等部分地區(qū)，人們開(kāi)始利用海逡逑水淡化技術(shù)以滿足淡水需求。從海水淡化工廠排出的污水嚴(yán)重地威脅水生生物逡逑的安全。最常用的海水淡化技術(shù)是：多效閃蒸（ｍｕｌｔｉ－ｓｔａｇｅｆｌａｓｈ，邋ＭＳＦ）、多效逡逑海水淡化（ｍｕｌｔｉ－ｅｆｆｅｃｔ邋ｄｉｓｔｉｌｌａｔｉｏｎ，邋ＭＥＤ）、蒸汽壓縮（ｖａｐｏｒ邋ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ＶＣ）、逡逑反式滲透膜（ｒｅｖｅｒｓｅ邋ｏｓｍｏｓｉｓ，邋Ｒ０）和電滲透（ｅｌｅｃｔｒｏｄｉａｌｙｓｉｓ，，ＥＤ）邋［１１－１６］。但逡逑是傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)需要依靠燃燒化石能源來(lái)驅(qū)動(dòng)。為了生產(chǎn)１０００邋ｍ３邋ｄａｙ１逡逑的淡水，每年需要消耗１００００噸的石油。這大大X椉恿宋率移宓吶歐帕俊Ｔ阱義險(xiǎn)庵智榭魷攏⒁恢幟芄揮稍偕那褰嗄茉辭牡臀鬯砑際蹂義掀仍諉冀蓿郟保罰楨義希校遙希剩牛茫裕牛膩澹牽蹋希攏粒體澹祝粒裕牛義澹櫻茫粒遙茫桑裕�，邋２０２５辶x希ィу義希駑義希攏錚酰睿洌幔潁

本文編號(hào)：2628985