本文選題：石墨烯 + 太陽(yáng)能��； 參考：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：能源危機(jī)是目前人類無(wú)法回避且關(guān)系到人類命運(yùn)的世界性問(wèn)題,化石能源終將耗盡枯竭,尋找、開(kāi)發(fā)、利用新的可再生能源是各國(guó)研究學(xué)者共同努力的目標(biāo)。太陽(yáng)能作為一種新型的可再生能源,具有很多個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn),如果太陽(yáng)能的研究得到突破,很可能在未來(lái)成為能源主要的供給方式,實(shí)現(xiàn)人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。目前太陽(yáng)能主要的利用方式有太陽(yáng)能光電轉(zhuǎn)換和太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換兩種。在光熱轉(zhuǎn)換中工質(zhì)的吸收能力直接決定了太陽(yáng)能的轉(zhuǎn)換效率。一種高吸收率的工質(zhì)對(duì)于提高直接式太陽(yáng)能集熱器的效率來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。石墨烯作為一種新型二維納米材料具有優(yōu)異的光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)等特性,其在太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換、光驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)、光催化等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。本課題在國(guó)內(nèi)外有關(guān)石墨烯的制備、光熱轉(zhuǎn)換特性及太陽(yáng)能光驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)的基礎(chǔ)上,以石墨烯納米流體和石墨烯復(fù)合膜為主要研究對(duì)象,采用實(shí)驗(yàn)研究的方法在直接吸收式太陽(yáng)能集熱器上進(jìn)行光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),得到光熱蒸發(fā)特性及變化規(guī)律。采用抗壞血酸還原氧化石墨烯的方法制備石墨烯,并進(jìn)行相關(guān)表征,根據(jù)表征結(jié)果優(yōu)化石墨烯制備方法,獲得可用于光熱產(chǎn)蒸汽實(shí)驗(yàn)的高質(zhì)量石墨烯納米顆粒。利用制備的石墨烯納米顆粒配制出不同質(zhì)量濃度的石墨烯納米流體,并通過(guò)紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)監(jiān)測(cè)納米流體質(zhì)量濃度隨時(shí)間的變化,表征其穩(wěn)定性。結(jié)果表明,采用抗壞血酸還原氧化石墨烯的方法可制備穩(wěn)定性良好的石墨烯納米顆粒。搭建光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),建立相應(yīng)的計(jì)算模型,利用實(shí)驗(yàn)測(cè)量溫度和質(zhì)量變化等參數(shù)得到石墨烯納米流體的溫升規(guī)律和蒸發(fā)規(guī)律,計(jì)算出光熱蒸發(fā)效率。改變實(shí)驗(yàn)條件,研究不同濃度的石墨烯納米流體的光熱蒸發(fā)規(guī)律和不同光強(qiáng)對(duì)石墨烯納米流體光熱蒸發(fā)的影響。結(jié)果表明,納米流體的濃度較低時(shí)其集熱效率高于蒸發(fā)效率,當(dāng)納米流體濃度增大時(shí),其蒸發(fā)、產(chǎn)蒸汽效率較高。采用抽濾的方法制備石墨烯復(fù)合膜,將石墨烯復(fù)合膜在光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn),得到石墨烯復(fù)合膜的溫升規(guī)律和蒸發(fā)規(guī)律,并計(jì)算出光熱蒸發(fā)效率;研究不同石墨烯用量和不同光強(qiáng)對(duì)石墨烯復(fù)合膜的光熱蒸發(fā)的影響。同時(shí)與石墨烯納米流體的光熱蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,分析兩者之間的差異。結(jié)果表明,復(fù)合膜在石墨烯含量較低時(shí)就有不錯(cuò)的吸收能力,其集熱效率高于蒸發(fā)效率,當(dāng)石墨烯含量增大時(shí),其蒸發(fā)、產(chǎn)蒸汽效率均較高。相對(duì)于石墨烯納米流體,在直接吸收太陽(yáng)能產(chǎn)蒸汽過(guò)程中,石墨烯復(fù)合膜產(chǎn)蒸汽性能更優(yōu)。
[Abstract]:The energy crisis is a worldwide problem that human beings can not avoid and relate to the fate of mankind. Fossil energy will eventually be exhausted, find, develop and utilize new renewable energy, which is the goal of the joint efforts of researchers from all over the world. Solar energy, as a new type of renewable energy, has many outstanding advantages. If the research of solar energy breaks through, it will probably become the main way of energy supply in the future and realize the sustainable development of human society. At present, there are two main ways of solar energy utilization: solar photovoltaic conversion and solar photothermal conversion. In photothermal conversion, the absorptive capacity of working fluid directly determines the conversion efficiency of solar energy. A high absorptivity working medium is essential to improve the efficiency of direct solar collectors. Graphene, as a new two-dimensional nano-material, has excellent optical, thermal, mechanical and electrical properties. It has a broad application prospect in solar photothermal conversion, photo-driven evaporation, photocatalysis and so on. On the basis of the preparation of graphene, photothermal conversion characteristics and solar photo-driven evaporation at home and abroad, the main research object of this project is graphene nano-fluid and graphene composite film. The photothermal evaporation experiment was carried out on the direct absorption solar collector by using the method of experimental study, and the characteristics and variation of photothermal evaporation were obtained. Graphene was prepared by ascorbic acid reductive oxidation of graphene and characterized. According to the results, the preparation method of graphene was optimized to obtain high quality graphene nanoparticles which can be used in the experiment of photothermal steam production. Graphene nano-fluids with different mass concentrations were prepared by using the prepared graphene nanoparticles, and their stability was characterized by UV-Vis spectrophotometer. The results showed that graphene nanoparticles with good stability could be prepared by ascorbic acid reduction method. The photothermal evaporation experiment bench was built and the corresponding calculation model was established. The temperature rise law and evaporation law of graphene nano-fluid were obtained by measuring the temperature and mass change of the experiment, and the photothermal evaporation efficiency was calculated. The photothermal evaporation of graphene nanofluids with different concentrations and the effects of different light intensities on photothermal evaporation of graphene nanofluids were studied by changing the experimental conditions. The results show that the heat collection efficiency of nano-fluid is higher than that of evaporation when the concentration of nano-fluid is low, and when the concentration of nano-fluid increases, the efficiency of steam production is higher when the concentration of nano-fluid is increased. The graphene composite membrane was prepared by filtration method. The photothermal evaporation of graphene composite membrane was carried out on the photothermal evaporation test bench. The temperature rise and evaporation law of the graphene composite membrane were obtained, and the photothermal evaporation efficiency was calculated. The effects of different amount of graphene and different light intensity on photothermal evaporation of graphene composite film were studied. At the same time, compared with the photothermal evaporation experiment of graphene nano-fluid, the difference between them was analyzed. The results show that the composite membrane has a good absorption capacity when the content of graphene is low, and its heat collection efficiency is higher than that of evaporation. When the content of graphene increases, the evaporation and steam production efficiency are higher. Compared with graphene nano-fluid, graphene composite film has better steam production performance in the process of direct absorption of solar energy to produce steam.
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ127.11;TK519

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本文編號(hào)：2034538