本期分享韩国浦项科技大学Sang Joon Lee教授课题组发表在Desalination杂志上题目为“Sustainable solar desalination through interfacial evaporation: Integration of chitosan aerogel-impregnated graphene nanoplatelets solar evaporator and phase change material”的研究文章。
Part 1 文章简介
太阳能为海水淡化提供了多种优势，包括经济性、生态友好性和可持续性。然而，某些因素会影响蒸发速率并导致收率低。这些因素包括太阳能吸收率低、温升缓慢和吸热不足。为了应对这些挑战，我们将浸渍有石墨烯纳米片（CAGNP）的壳聚糖气凝胶作为光热吸收剂（PTA）和基于大豆蜡（SWAX）的热能存储材料（TESM）集成到球形太阳能蒸馏器（SSS）中。这种创新组合提高了太阳能吸收率并实现了能量存储，从而实现了全天、全天候的淡水生产。利用废饮料铝罐填充相变材料（PCM）来储存热能。制造了三个相同的 SSS，并在 2023 年 3 月至 8 月期间检查了它们的性能。这项综合评估展示了光热吸收和能量存储的效果，阐明了它们在此期间对系统效率的集体影响。测试表明，常规SSS在9小时内可实现1.6 L/m2的淡水生产率。SWAX 的集成使水量达到 3.0 L/m2，与传统的 SSS 相比，显着提高了淡水产量。此外，CAGNP 和 SWAX 对 SSS 的综合作用导致了 SSS 的显着增强，淡水生产力达到 4.1 L/m2。传统SSS、SSS-PCM和SSS-CAGNP-SWAX获得的火用效率分别为1.21%、1.69%和1.85%。此外，SWAX的使用有利于热能的有效储存和释放，实现全天候、全天候的淡水生产。
Part 2 主要图表
图1是壳聚糖气凝胶浸渍石墨烯纳米片的制造过程示意图。
图2是(a) 用于太阳能海水淡化的制造的 CAGNP 的照片。(b) 壳聚糖样品的 XRD 图谱在 20° 处呈现峰值。石墨烯 (002) 峰出现在大约 2θ = 26.5° 处。(c) 不同放大倍数下 CAGNP 的 SEM 图像。观察到片状 3D 多孔结构。(d) ATR-FTIR 光谱和 (e) CAGNP 的吸收光谱。CAGNP在200-2500 nm波长范围内的平均吸光度为93.4%。
图3是(a) 结合 SWAX 和 CAGNP 的 SSS 示意图。(b) 包含 SWAX、CAGNP 和 PVA 的太阳能吸收器示意图。
图4是本研究中测试的 SSS 的示意图 (a) 顶视图、(b) 侧视图和 (c) 立体视图。
图5是(a) 垃圾收集器中的废弃饮料罐的照片，(b) 本实验选择的罐子，(c-d) 使用轨道打磨机去除收集的罐子的盖子，以及 (e) 黑色涂漆以改善阳光吸收 。
图6是(a) 使用 3D 打印机制作用于固定罐和 PVA 片的 3D 支架，(b) 用三片 PVA 输水片包裹的 PCM 储存罐，以及 (c) 由壳聚糖气凝胶、PCM 组成的单独蒸发器组件 – 储存的罐头和 PVA 片材。
图7是SSS（参考）、SSS-SWAX 和 SSS-CAGNP-SWAX 系统的照片。这些图像说明了该研究中采用的实验安排。
图8是SWAX 热物理性质的 DSC 分析。
图9是几个气候参数的月平均变化：(a) 月平均太阳辐射量的变化。(b) 距地面 30 cm 处测量的月平均环境温度变化。(c) 月平均风速变化。(d) 显示月平均湿度的图表。所有数据均按白天 6:00 至 20:00 提供。
图10是2023 年 8 月 2 日测量的气候参数随时间的变化：(a) 太阳辐射的变化，(b) 距地面 30 厘米处测量的温度，(c) 风速。所有数据均按白天 6:00 至 20:00 提供。
图11是(a) 球形太阳能蒸馏器（参考）、(b) SSS-SWAX 和 (c) SSS-SWAX 和 CAGNP 中的温度变化。
图12是SSS、SSS-SWAX 和 SSS-CAGNP-SWAX 的 (a) 每小时和 (b) 累积淡水生产力的比较。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.117102
引用：Arunkumar, T., et al. “Sustainable solar desalination through interfacial evaporation: Integration of chitosan aerogel-impregnated graphene nanoplatelets solar evaporator and phase change material.” Desalination 572 (2024): 117102.
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