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美國工程師已將太陽能海水淡化系統產量提高了50%

2019-06-19    來源:中國節能網
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[ 導讀 ]:萊斯納米光子學實驗室(LANP)的研究人員本周表示,他們可以通過添加便宜的塑料鏡片將太陽光聚集到“熱點”,從而將太陽能海水淡化系統的效率提高50%以上。

 
美國萊斯大學用陽光和納米粒子凈化鹽水的太陽能方法比先前的預想更有效。
 
萊斯納米光子學實驗室(LANP)的研究人員本周表示,他們可以通過添加便宜的塑料鏡片將太陽光聚集到“熱點”,從而將太陽能海水淡化系統的效率提高50%以上。
 
這項成果發表于《 美國國家科學院院刊》網站。
 
萊斯布朗工程學院應用物理專業研究生,該論文的共同主要作者普拉蒂克沙·東亞爾(Pratiksha Dongare)說:“提高太陽能驅動系統性能的典型方法是增加太陽能聚光器,并帶來更多光線。我們使用相同數量的光,但可以低成本地重新分配這種能量,并大大提高純凈水的生產率。”
 
在傳統的膜蒸餾中,含鹽熱水流過片狀膜的一側,而冷卻的過濾水流過另一側。溫差產生蒸汽壓差,驅使水蒸氣從加熱側通過膜朝向較冷的較低壓側。擴大這種技術的數量是困難的,因為膜的溫度差和由此產生的清潔水輸出隨膜的尺寸增加而減小。萊斯大學的“納米光子學太陽能膜蒸餾”(NESMD)技術通過使用光吸收納米粒子將膜本身轉變為太陽能驅動的加熱元件來解決這個問題。
 

 
萊斯大學的研究人員提高了50%的太陽能海水淡化產量
 
東亞爾及其同事,包括研究共同主要作者亞歷山德羅·阿拉巴斯特里(Alessandro Alabastri),用低成本的市售納米粒子涂覆其膜的頂層,這些納米粒子旨在將80%以上的太陽能轉化為熱能。太陽能驅動的納米顆粒加熱降低了生產成本,萊斯大學的工程師正在努力擴大該技術,以應用于無法獲得電力的偏遠地區。
 
“納米光子學太陽能膜蒸餾”方法中使用的概念和粒子首先在2012年由萊斯納米光子學實驗室主任勞米·哈納斯(Naomi Halas)和研究科學家奧拉·紐曼(Oara Neumann)發明,他們都是新研究的共同作者。
 
在本周的研究中,哈納斯,東亞爾,阿拉巴斯特里,紐曼和萊斯納米光子學實驗室物理學家皮特·諾爾德蘭德(Peter Nordlander)發現他們可以利用入射光強度和蒸氣壓之間固有的,以前未被認識到的非線性關系。
 
阿拉巴斯特里是萊斯大學電氣和計算機工程系的物理學家和德州儀器研究助理教授,他使用一個簡單的數學例子來描述線性和非線性關系之間的差異。他說:“如果你取任何兩個數字相加等于10的數字。例如7和3,5和5,6和4,如果你把它們加在一起,你總會得到10。但是如果這個過程是非線性的,你可能會將它們平方甚至立方。“
 
在“納米光子學太陽能膜蒸餾”的情況下,非線性改進來自于將太陽光聚集成微小的斑點,就像在晴天用放大鏡一樣。將光線集中在膜上的微小點上會導致熱量的線性增加,但加熱反過來會產生蒸汽壓的非線性增加。并且增加的壓力迫使更多純化的蒸汽在更短的時間內通過膜。
 

 
將光線集中在膜上的微小點上會導致熱量的線性增加
 
阿拉巴斯特里說:“我們發現,在更小的區域內擁有更多的光總是比在整個膜上均勻分布光子更好。”
 
哈納斯是一位化學家和工程師,他花了超過25年的時間開創了光活化納米材料的使用,他說:“這種非線性光學過程提供的效率非常重要,因為缺水是世界上大約一半人的日常現實,有效的太陽能蒸餾可以改變這種情況。除了水凈化之外,這種非線性光學效應還可以改善利用太陽能加熱來驅動光催化等化學過程的技術。”
 
例如,萊斯納米光子學實驗室正在開發一種銅基納米顆粒,用于在環境壓力下將氨轉化為氫燃料。
 
 
關鍵詞: 太陽能 海水淡化
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