可飲用的淡水作為人類賴以生存的自然資源正在面臨嚴(yán)重短缺問題。海水（苦咸水）淡化正在成為獲取淡水的重要途徑。目前已在運(yùn)行的海水淡化方式如熱法和膜法處理過程中存在著消耗化石能源并且產(chǎn)生大量溫室氣體的問題。相比于傳統(tǒng)化石能源,太陽能作為一種可持續(xù)綠色能源,可以為海水淡化提供新型的能量支撐。太陽能蒸發(fā)海水淡化作為直接利用太陽能得到蒸餾凈水的技術(shù),正在逐漸得到廣泛關(guān)注。目前,以界面加熱為基礎(chǔ)的太陽能蒸發(fā)海水淡化技術(shù)存在著太陽能吸收率不佳、產(chǎn)生蒸汽通量較低、鹽結(jié)晶無法處理等問題。針對這些問題,本研究設(shè)計和制備出了一系列高效且經(jīng)濟(jì)的光熱界面蒸發(fā)體,保證蒸發(fā)體的太陽光的光譜吸收和良好的能量轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)了太陽能蒸發(fā)海水淡化整體效率的提升。目前所取得的研究成果如下:首先,由于疏水膜表面截留空氣使水難以附著,可以降低水的表面張力從而利于蒸發(fā)界面蒸發(fā),設(shè)計了一種廉價石墨薄層與纖維紙結(jié)合的疏水膜進(jìn)行太陽能海水淡化處理。通過對石墨含量的優(yōu)化得到了具有高的光譜吸收率（77%）的光熱膜,該膜由于其疏水層性質(zhì)可以自漂浮在水面進(jìn)行界面加熱,并且蒸發(fā)速率是直接光照水的1.5倍。在加入保溫層進(jìn)行熱管理之后,系統(tǒng)熱損失降低,界面... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：144 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

（a）平流式LT-MED工藝流程示意圖，（b）海水循環(huán)MSF工藝流程示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)博士論文-8-開發(fā)了一系列具有廣譜太陽能吸收能力的光熱材料。1.3.2常見的太陽能吸收材料光熱材料是可以有效的吸收太陽能并將其轉(zhuǎn)換為熱能的材料統(tǒng)稱，這類材料通常具有高效的太陽能吸收率。目前，很多不同類型的光熱材料被開發(fā)用于直接式太陽能蒸餾系統(tǒng)，來提高蒸發(fā)效率。如圖1-2所示，光熱材料主要分為三大類：金屬基等離子體，碳基無機(jī)物和有機(jī)高分子[31]。圖1-2常用于太陽能蒸發(fā)的光熱材料種類Fig.1-2Typesofphotothermalmaterialscommonlyusedinsolarevaporation1.3.2.1金屬基等離子體金屬基光熱轉(zhuǎn)換材料因具有良好的生物惰性、優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，是目前研究最為透徹且應(yīng)用最廣泛的一類光熱轉(zhuǎn)換材料。由于金屬表面等離子體共振效應(yīng)與其種類、形貌、粒徑大小有著密切的關(guān)系，因此可通過精確調(diào)控金屬納米顆粒的形貌、粒徑大小等方式，制備具有特定吸收波長的光熱轉(zhuǎn)換材料。目前，金屬類光熱轉(zhuǎn)換材料中，研究最多的主要分為兩類：金屬單體和半導(dǎo)體[32]。金屬單體主要為金、銀、鈀、鉑等貴金屬納米材料。等離子體共振產(chǎn)生大量的流動電子，等離子體共振是金屬結(jié)構(gòu)上的一種獨(dú)特的光學(xué)現(xiàn)象，當(dāng)入射光的頻率與金屬中的離域電子的振蕩頻率匹配時，會觸發(fā)電子的集體激發(fā)，這些激發(fā)態(tài)的熱電子與入射電磁場相干。施加在粒子內(nèi)的自由電子氣體振蕩，通過焦耳機(jī)制產(chǎn)生熱。通過電子-電子散射過程，熱載流子在較快的時間尺度內(nèi)實現(xiàn)了能量的再分布，導(dǎo)致等離子體的顯著加熱。當(dāng)其分散在液體介質(zhì)中時也可以有效地吸收太陽光中的能量，導(dǎo)致粒子溫度和蒸汽產(chǎn)生的迅速增加，盡管體

第1章緒論-11-光熱泡沫具有機(jī)械強(qiáng)度高、熱穩(wěn)定性好、耐300℃和耐化學(xué)腐蝕的特點(diǎn)有機(jī)溶劑。聚合物提供了無機(jī)材料不能提供的靈活性、易制模性、良好的生物相容性與穩(wěn)定性。本論文中選擇的聚合物PPy這種光熱介質(zhì)可以通過簡單的化學(xué)氧化反應(yīng)，負(fù)載到多種不同結(jié)構(gòu)的基體上，具有較好的普適性。并且負(fù)載過程均在溶液中反應(yīng)，利于大規(guī)模生產(chǎn)，并且負(fù)載顆粒均勻，結(jié)實，不易脫落，是太陽能蒸餾過程中良好的光熱材料選擇。1.4太陽能界面蒸發(fā)能量分析及其在海水淡化中的管理在傳統(tǒng)的沒有光學(xué)集中器的直接式太陽能蒸餾系統(tǒng)中，太陽能熱量透過水體在底面接收產(chǎn)生來加熱整個水體，這種方式蒸發(fā)效率較低（30-45%）。為了減少熱損失并提高太陽能吸收，采用太陽能體積加熱方法，即利用光熱納米顆粒分散于需要加熱的水的部分進(jìn)行蒸發(fā)。通過將納米顆粒產(chǎn)生的熱轉(zhuǎn)移到流體內(nèi)部來實現(xiàn)水的加熱，實現(xiàn)了中等蒸發(fā)效率的提高。近些年，研究者們意識到蒸發(fā)是發(fā)生在水與氣的界面的相變現(xiàn)象，如果太陽能可以直接對水-氣界面進(jìn)行加熱，那么蒸發(fā)的效率將進(jìn)一步提高。目前，創(chuàng)造有效的太陽能界面蒸發(fā)體來進(jìn)行太陽能蒸發(fā)海水淡化是主要的研究方向。通過各種策略包括太陽能吸收材料的組成調(diào)整、結(jié)構(gòu)工程和表面改性，以及合理的系統(tǒng)設(shè)計，可以實現(xiàn)優(yōu)異的光吸收管理、熱管理、浸潤性管理和鹽結(jié)晶管理（圖1-3），從而達(dá)到提高蒸發(fā)通量的目的。在這一節(jié)中，將討論太陽能界面蒸發(fā)用于海水淡化的各種策略。圖1-3界面蒸發(fā)中的光-汽轉(zhuǎn)化及相關(guān)原理示意圖Fig.1-3Schematicofinterfacesolarvaporconversionandrelatedmechanism

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3405837