Kama njia endelevu ya kutumia rasilimali za maji, uondoaji chumvi wa jua una uwezo mkubwa katika kutatua tatizo la ukosefu wa rasilimali za maji safi na kupunguza uhaba wa maji. Walakini, teknolojia ya kitamaduni ya kuondoa chumvi katika maji ya bahari mara nyingi ina shida kama vile matumizi ya juu ya nishati, vifaa ngumu na gharama kubwa.
Katika miaka ya hivi karibuni, teknolojia mpya za mipako ya kuondoa chumvi kulingana na nanomaterials zimevutia umakini wa watafiti. Graphene oksidi iliyopunguzwa grafiti, kama nyenzo mpya ya pande mbili, imeonyesha uwezo mkubwa katika uondoaji chumvi wa jua.
Ikilinganishwa na nyenzo za kitamaduni za mipako ya kuondoa chumvi, rGO ina faida za upitishaji bora, eneo mahususi la juu na uthabiti mzuri wa kemikali, na inatarajiwa kuboresha ufanisi wa uondoaji chumvi na kupunguza matumizi ya nishati.
Hata hivyo, rGO yenyewe ina matatizo ya mkusanyiko na utuaji, ambayo hupunguza shughuli na uthabiti wake. Kwa hivyo, kurekebisha rGO kwenye nyenzo za povu ili kuunda mipako ya povu ya melamine / rGO imekuwa njia bora ya kuboresha ufanisi na uthabiti wa kuondoa chumvi kwenye chumvi.
Kwa marekebisho ya uso na kuimarisha mali ya carrier wa nyenzo za povu, sisi sare fasta rGO kwenye uso wa povu ili kuongeza eneo lake la kuwasiliana na ions za chumvi katika maji. Wakati huo huo, muundo na unene wa mipako ya rGO hudhibitiwa ili kuongeza ufanisi wa desalination na utulivu.
Ili kupata ufahamu wa kina wa utaratibu wa kuondoa chumvi, tulitayarisha pia povu iliyopunguzwa ya oksidi ya graphene (rGO). Povu ya melamini iliyopakwa na graphene trioksidi ina muundo wa vinyweleo asilia na haidrophilicity, ambayo huiruhusu kuwa na unyevunyevu mzuri na inaweza kuvutia maji kwenye eneo la uvukizi, kuruhusu maji kujazwa tena haraka huku ikiepuka kunyesha kwa chumvi.
Mfumo wa uvukizi wa sehemu ya uso wa povu ya melamini iliyofunikwa na graphene oksidi unaweza kufikia ufanisi wa uvukizi wa hali ya utulivu wa 89.6% chini ya 1kW m-2 mafuta ya jua. Mfumo huu wa uvukizi baina ya nyuso una ufanisi wa juu wa ubadilishaji wa nishati ya jua hadi joto na uthabiti mzuri wa muda mrefu, unaoonyesha uwezekano wa uondoaji chumvi wa maji ya bahari kibiashara.
Kwa sasa, msukosuko wa nishati duniani na uhaba wa maji umekuwa tishio kubwa kwa maendeleo endelevu ya jamii ya binadamu. Ili kukidhi mahitaji yanayoongezeka ya nishati, uundaji wa teknolojia mbalimbali za ubadilishaji wa nishati ya utendaji wa juu na utakaso wa maji umepokea umakini mkubwa.
Teknolojia ya uvukizi wa uso unaotumia nishati ya jua
Kama chanzo kinachoahidi cha nishati mbadala, nishati ya jua inatokana na uwezo wake mkubwa zaidi, ulimwengu wote, usafi, na uwezo wa ubadilishaji wa kazi nyingi. Imeonyesha uwezo wa kuchukua nafasi ya nishati ya kisukuku iliyohifadhiwa na nishati ya mafuta.
Mbali na teknolojia ya nishati ya jua ya jua inayozalisha nishati ya umeme moja kwa moja, teknolojia ya ubadilishaji wa nishati ya jua-joto pia inachukua nishati ya jua na kuibadilisha kuwa nishati ya joto, ambayo inachukuliwa kuwa njia rahisi na nzuri ya kutumia nishati ya jua.
Nishati ya joto inayobadilishwa kutoka kwa nishati ya jua inaweza kuendesha michakato muhimu ya kiviwanda kama vile vituo vya nishati ya jua, uondoaji wa chumvi ya jua, uzuiaji, mifumo ya kupokanzwa maji ya jua na matumizi mengine yanayohusiana na joto. Uondoaji chumvi wa jua hutoa suluhisho la ufanisi, hasa kwa maeneo yasiyo na miundombinu, kwa sababu inaweza kutoa maji safi kutoka kwa maji ya bahari bila uingizaji wa ziada wa nishati.
Katika miaka ya hivi karibuni, teknolojia ya uvukizi wa uso wa jua inayoendeshwa na jua huweka mchakato wa ubadilishaji wa joto-jua kwenye kiolesura cha mvuke-kioevu na imekuwa teknolojia mpya ya matumizi ya nishati ya jua. Ikilinganishwa na upashaji joto wa jadi, mifumo ya uvukizi baina ya uso huonyesha ufanisi wa juu wa uvukizi na mwitikio wa kasi wa mafuta na ni njia mbadala inayowezekana ya uondoaji chumvi katika maji ya bahari.
Hadi sasa, tafiti nyingi zimefanywa juu ya kuboresha utendaji wa joto wa mifumo ya uvukizi wa uso. Mfumo wa kawaida wa uvukizi wa uso wa jua unaoendeshwa na jua una sehemu tatu muhimu:
Kifaa cha kunyonya jua na kunyonya kwa jua kwa kiwango cha juu na kubadilisha mionzi ya jua kwa ufanisi kuwa nishati ya joto; insulator ambayo huhamisha joto lililobadilishwa kwa maji mengi; na njia ya ugavi wa maji ambayo mara kwa mara huchota maji kutoka kwenye maji mengi hadi kwenye uso wa kifyonzaji cha jua.
Katika tafiti zilizopita, idadi kubwa ya watafiti wamejitolea kuboresha ufanisi wa jumla wa ubadilishaji wa nishati ya jua hadi mvuke kwa kuunganisha vifaa vya kunyonya nishati ya jua kwa njia pana na nishati ya jua, kuboresha muundo wa njia mpya za usambazaji wa maji, na kuboresha miundo ya insulation ya joto.
Kufikia sasa, mifumo ya uvukizi wa uso wa jua inayoendeshwa na jua imetumika katika michakato mingi ya kiviwanda, kunereka kwa jua, uzuiaji wa jua, uondoaji wa chumvi ya jua na uzalishaji wa nishati ya jua. Ili kufikia utendakazi wa juu wa uvukizi wa mfumo, ni muhimu kuchunguza ufyonzaji wa mtandao mpana katika wigo wa jua wa nyenzo za kufyonza jua.
Nyenzo za kufyonza nishati ya jua zilizotengenezwa na kuchunguzwa katika mifumo ya uvukizi wa uso wa jua inayoendeshwa na jua hasa hujumuisha nyenzo za kaboni, chembe za plasmonic na nyenzo za kufyonza zinazochagua spectra. Miongoni mwao, nyenzo za asili nyeusi na kaboni zina uwezo mkubwa wa kubadilisha joto la jua na zinafaa kwa vifyonzaji vya umeme wa jua na nguvu ya juu.
Kwa sababu ya kasi ya juu ya kufyonzwa kwa jua, gharama ya chini, na uthabiti mzuri, vifyonzaji vingi vya jua vinavyotokana na kaboni vimechunguzwa, ikiwa ni pamoja na nanotubes za kaboni, grafiti, na oksidi ya graphene iliyopunguzwa. Baada ya miaka ya maendeleo, ufanisi wa ubadilishaji wa mfumo wa jua-jua hadi mvuke chini ya mchana umefikia zaidi ya 90%.
Ingawa kumekuwa na maboresho makubwa katika kutengeneza nyenzo za kufyonza nishati ya jua na kubuni miundo ya uvukizi wa uso wa uso, vifaa vingi vilivyoripotiwa hapo awali vya kuondoa chumvi kwenye jua vilitokana na mlundikano wa chumvi kwenye sehemu ya juu ya kivukizi wakati wa mchakato wa kuondoa chumvi. Chumvi iliyokusanywa huzuia ufyonzaji wa jua na kuzuia kivukizo cha vinyweleo, hivyo kusababisha ufanisi mdogo wa ubadilishaji wa jua hadi joto na utendakazi duni wa uvukizi.
Mbinu za kimapokeo za kimwili kama vile mawimbi ya ultrasonic na kuzamishwa kwa maji kwa ujumla hutumiwa kuondoa chumvi zilizokusanywa, lakini mbinu hizi zinaweza kusababisha uharibifu kwa muundo wa uvukizi wa kiolesura.
Ili kupunguza mkusanyiko wa chumvi katika mifumo ya uvukizi wa uso, tafiti nyingi zimezingatia kuendeleza uvukizi wa hidrofobi. Hata hivyo, evaporators za haidrofobu hupunguza usambazaji wa maji kwenye uso wa juu, na hivyo kupunguza utendaji wa uvukizi wa mfumo. Njia nyingine ya kutatua tatizo hili ni kutumia evaporator ya hydrophilic, ambayo huhamisha chumvi kupita kiasi kutoka kwenye uso wa juu hadi kwenye maji mengi.
Hadi sasa, tafiti nyingi zimelenga kubuni vivukizi vya hidrofili, kama vile utando wa kitambaa cha hydrophilic cellulose, utando wa haidrofili unaotokana na karatasi, na vivukizi vilivyoongozwa na bio. Lakini kuunda mfumo wa muda mrefu wa uvukizi wa uso wa jua unaoendeshwa kwa muda mrefu na ufanisi sana bado ni changamoto kubwa.
Katika utafiti huu, tunaonyesha povu linalokinza chumvi, linalofyonza jua kwa ufanisi zaidi na linaloweza kuitikia kwa haraka joto la oksidi ya graphene (rGO) kwa ajili ya uondoaji wa chumvi usoni unaoendeshwa na jua chini ya mwangaza wa jua wa mwanga wa chini.
Katika muundo mpya wenye vinyweleo, povu la melamine linalopenda maji (MF) lilichaguliwa kama msingi, ambao sio tu hupanua eneo la uso kwa ajili ya kunyonya jua lakini pia huongeza kutawanyika mara nyingi.
Uso wa hidrophilicity na porosity ya povu iliyopunguzwa ya graphene oxide-coated melamine hutoa wetting ya kutosha na mchanganyiko wa eneo la uongofu wa joto la jua, pamoja na kujaza maji kwa haraka, huku ikiepuka mkusanyiko wa chumvi.
Kwa kutumia utendakazi wa hali ya juu wa povu ya melamini iliyopakwa na graphene oksidi iliyopunguzwa, mfumo wa usomaji unaotumia nishati ya jua unaweza kubadilisha kiwango cha ubadilishaji wa jua hadi mvuke cha 89.6%.
Zaidi ya hayo, kwa kuunganisha povu iliyopunguzwa ya melamini iliyopakwa na graphene oksidi kwenye nishati ya jua ya kibiashara, tulibuni na kutengeneza kifaa cha kuondoa chumvi kwenye maji ya bahari kinachoendeshwa na jua na chenye ufanisi wa kubadilisha nishati ya jua hadi maji wa 56.4% mchana. Kwa sababu ya uondoaji chumvi wa jua, maji safi yanayokusanywa ni ya mahitaji ya ubora wa kunywa.
Kwa utendakazi wa hali ya juu wa uvukizi na kuenea kwa nyenzo za ubadilishaji wa nishati ya jua hadi mafuta, mfumo huu wa uondoaji chumvi wa maji ya bahari unaoendeshwa na uso wa jua unawasilisha matarajio mapana ya matumizi katika matumizi ya vitendo ya uondoaji chumvi katika maji ya bahari.
Scalability ya nishati ya jua desalination vifaa uhamisho joto
Mfumo wa uvukizi wa uso kwa uso kulingana na povu ya melamini iliyopunguzwa ya graphene oksidi iliyopakwa. Povu ya melamini iliyopakwa na oksidi ya ter graphene iko katikati na imefungwa na safu ya povu ya polyethilini (PE) kwa nje ili kuunda mfumo wa uvukizi wa uso wa kibinafsi wa Bubble.
Povu ya melamini iliyopakwa na oksidi ya grafiti iliyopunguzwa ya tellurium hutumiwa kunyonya kwa haraka mionzi ya jua inayotokea, kubadilisha nishati ya jua kuwa joto, na kutoa nguvu inayoendesha kwa uvukizi wa uso wa uso. Kwa upande mwingine, povu ya melamini iliyopunguzwa ya graphene oksidi iliyopunguzwa haidrofili inaweza kuendelea kuteka brine kwenye eneo la uvukizi.
Muundo wa vinyweleo wa povu ya melamini iliyofunikwa na graphene trioksidi huruhusu mvuke inayozalishwa kutoroka kwenye mazingira, kukuza kunasa mwanga wa jua na hivyo kuongeza ufanisi wa ubadilishaji wa jua hadi joto. Povu iliyopunguzwa ya melamini iliyopakwa na oksidi ya graphene ina vinyweleo na haidrofili, ikiiruhusu kuteka maji kwenye muundo wa uvukizi uliofafanuliwa hapo juu huku ikivunja wakati huo huo chumvi iliyokolea kwenye maji mengi ya bahari.
Wakati wa mchakato wa uvukizi, mkusanyiko wa chumvi kwenye povu huwa juu kuliko mkusanyiko wa maji ya bahari chini. Mabadiliko katika mkusanyiko husababisha chumvi kuvunjika na kuingia kwenye maji mengi. Zaidi ya hayo, povu ya polyethilini inayozunguka sio tu kwamba hupunguza povu ya melamine iliyofunikwa na oksidi ya graphene , lakini pia hukusanyika kiasili kwenye uso wa maji, na kuzuia upotevu wa joto unaosababishwa na maji ya chumvi yanayozunguka.
Mifumo ya uvukizi wa kiolesura inaweza kufanya kazi kwa mfululizo na kwa ufanisi kwenye nyuso za maji bila hitaji la miundo tata ya ujenzi. Zaidi ya hayo, kwa kuwa uvukizi hutokea kwenye kiolesura cha gesi-kioevu, mfumo wa uvukizi wa uso wa uso unaweza kusonga kwa uhuru wakati kiolesura kinapopungua.
Tellurium-imepunguzwa graphene oksidi-coated melamini povu ni sehemu muhimu ya mfumo wa uvukizi interfacial. Povu ya melamini ilitumbukizwa katika kusimamishwa kwa koloidal ya oksidi ya graphene ili kuandaa povu ya melamini iliyopunguzwa ya oksidi ya graphene, na kisha oksidi ya grafu ikapunguzwa kuwa oksidi ya grafamini iliyopunguzwa kwa kutumia mbinu ya hidrothermal.
Povu ya melamini iliyopunguzwa ya oksidi ya graphene yenye kipenyo cha cm 3.5 na unene wa cm 1.6 ni rahisi kutengeneza na rangi yake ni nyeusi sana.
Ukwaru wa uso wa nyenzo iliyopunguzwa ya povu ya melamini iliyofunikwa na graphene oksidi iliyozingatiwa kwa kutumia darubini ya macho ya pande tatu ilionyesha tofauti ya urefu wa zaidi ya 300 μm. Muundo mbaya wa uso wa composites za ubadilishaji wa mafuta ya jua huchangiwa zaidi na muundo wa povu ya melamine, na oksidi ya grafiti iliyopunguzwa pia huongeza ukali wa uso.
Ukwaru wa uso hukuza eneo la uso wa kunyonya kwa jua huku ukiongeza mtawanyiko mwingi wa tukio la mwanga wa jua, hivyo basi kuboresha ufanisi wa ubadilishaji wa jua hadi joto wa mfumo. Muundo mdogo wa povu ya melamini iliyoandaliwa kwa ukuzaji tofauti. Sehemu ya povu ya melamini iliyofunikwa na oksidi ya graphene inaonyesha muundo wa mtandao uliokunjamana na uliounganishwa.
Ukubwa wa pore ya povu ya melamini iliyofunikwa na rGO ni kati ya 20 na 40 μm. Muundo wa pore wazi na uso uliokunjamana huwezesha utuaji wa oksidi ya graphene. Povu ya melamini iliyopunguzwa ya oksidi ya graphene ina unyevu mzuri wa maji kwa sababu ya hidrophilicity ya povu ya melamini ya porous.
Mara tu matone ya maji yanapogusa uso wa povu ya melamini iliyopunguzwa ya oksidi ya graphene, inafyonzwa kabisa ndani ya sekunde 0.5. Uso wa haidrofili wa composites ya oksidi ya graphene iliyopunguzwa inaweza kuongoza kwa haraka mifereji ya maji ndani ya muundo wa vinyweleo. Upeo wa povu ya melamini iliyopakwa na graphene oksidi iliyopunguzwa iliamuliwa kwa kulinganisha mabadiliko ya wingi kabla na baada ya kunyonya maji.
Povu ya melamini iliyofunikwa na oksidi ya graphene inaweza kufikia 85.55%. Ufyonzwaji wa nishati ya jua kwa kupunguzwa kwa povu ya melamini iliyofunikwa na oksidi ya graphene huathiri moja kwa moja ufanisi wa ubadilishaji wa nishati ya jua hadi joto wa mfumo. Ili kutathmini upinzani wa chumvi, povu iliyopunguzwa ya melamine iliyopakwa na oksidi ya graphene iliwekwa katika mmumunyo wa kloridi ya sodiamu (3.5 wt%).
Kisha 3 g ya kloridi ya sodiamu imara iliwekwa juu ya uso wa juu na povu ya melamini iliyofunikwa na Tergo iliwekwa kwenye msongamano wa jua wa 1 kW m-2. Kiasi cha chumvi ngumu huyeyuka polepole baada ya dakika 120.
Mwanga wa jua unapowaka juu ya uso wa juu wa povu la melamini lililofunikwa na rGO , halijoto ya povu la melamini lililofunikwa na rGO huongezeka kwa kasi ndani ya dakika chache na hubaki kwenye 35°C katika mchakato mzima wa uvukizi. Kwa kuwa umumunyifu wa chumvi hutegemea halijoto, kadiri halijoto inavyoongezeka, ndivyo chumvi huyeyuka kwa kasi na kwa hivyo chuma cha chumvi kinaweza kuyeyushwa tena kwenye maji ya juu.
Katika povu iliyopunguzwa ya melamini iliyopakwa na oksidi ya graphene, ambayo ina matundu mengi yenye uwezo wa juu wa kunyonya maji ambayo inaweza kutoa maji yanayoendelea kwenye uso wa juu, chumvi zinaweza kusonga kutoka juu hadi kwenye safu ndogo ya maji. Mabadiliko ya joto husababisha mabadiliko ya chumvi kati ya uso wa juu wa uvukizi na mwili.
Ili kupata utepe mpana na ufyonzwaji mzuri wa nishati ya jua, povu ya melamine ilirekebishwa na povu ya melamini ya haidrofili, na hivyo kuongeza eneo la uso wa kunyonya kwa jua na kuongeza kutawanyika nyingi.
Mfumo wa uvukizi wa sehemu ya uso wa jua unaotokana na povu ya melamini iliyopakwa na rGO huonyesha mwitikio wa kasi wa mafuta katika msongamano wa nishati ya jua wa 1 kW m-2, na kufikia ufanisi wa ubadilishaji wa mafuta ya jua wa 89.6%.
Hatimaye, tuliunganisha kivukizo kilichopunguzwa cha graphene oksidi ya melamini kilichopakwa na povu kwenye chombo tulivu cha jua, ambacho kinaweza kutoa maji ya kunywa kwa asilimia 56.4 na mkusanyo wa chumvi kwa 1 kW m−2.
Tunatazamia kuwa kifaa hiki cha kuondoa chumvi kwenye uso kwa kutumia nishati ya jua kinaweza kutumika kwenye visiwa vilivyotengwa au baharini kukusanya maji ya kunywa kutoka kwa maji mengi ya baharini au vyanzo vingine vya maji ya chumvi.
Hitimisho
Povu ya melamini iliyofunikwa na rGO, kama teknolojia bunifu na bora ya kuondoa chumvi kwenye jua, ina uwezo mkubwa na matarajio ya matumizi. Haiwezi tu kutoa rasilimali za maji safi ya kuaminika kwa maeneo yenye uhaba wa maji, lakini pia kupunguza utegemezi wa nishati ya jadi, kupunguza matumizi ya nishati na uchafuzi wa mazingira.
Matokeo ya utafiti huu yatatoa mchango muhimu katika kutatua tatizo la uhaba wa rasilimali za maji safi duniani na kukuza utambuzi wa maendeleo endelevu.
Kwa maelezo zaidi kuhusu SINOYQX Melamine Povu, tafadhali wasiliana nasi kwa [email protected] au tutumie ujumbe: +86-28-8411-1861.
Baadhi ya picha na maandishi yametolewa tena kutoka kwa Mtandao, na hakimiliki ni ya mwandishi asilia. Ikiwa kuna ukiukaji wowote, tafadhali wasiliana nasi ili kufuta.