熱點使淨化鹽水超高效

一項新的研究報告稱,以陽光和納米粒子淨化鹽水的太陽能方式甚至比最初想像的更有效。

研究人員說,簡單地添加便宜的塑料鏡片,將太陽光聚集到“熱點”,太陽能海水淡化系統的效率提高了超過50%。

“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並帶來更多光線,”賴斯大學布朗工程學院應用物理專業研究生,新論文的共同主編Pratiksha Dongare說。在 國家科學院院刊.

“這裡的最大區別是我們使用相同數量的光。 我們已經證明,可以廉價地重新分配這種能量,並大大提高淨化水的產量。“

熱點使淨化鹽水超高效(圖片來源:Pratiksha Dongare / Rice)

乾淨的水

在傳統的膜蒸餾中,熱的含鹽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,其驅使水蒸氣從加熱側通過膜朝向較冷的較低壓側。

擴大技術是困難的,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。

新的“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。

Dongare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塗覆其膜的頂層,該納米粒子旨在將超過80百分比的太陽能轉化為熱量。

太陽能驅動的納米粒子加熱降低了生產成本,工程師正在努力擴大技術,以適應無法獲得電力的偏遠地區的應用。

集中光

賴斯納米光子學實驗室主任Naomi Halas和研究科學家Oara Neumann是這項新研究的共同作者,他們首次展示了2012技術中使用的概念和粒子。 在這項新研究中,科學家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係。

Alabastri是電氣和計算機工程系的物理學家和研究助理教授,他使用一個簡單的數學例子來描述線性和非線性關係之間的差異。

“如果您使用任何兩個等於10-7和3,5和5,6和4的數字 - 如果將它們加在一起,您將始終獲得10。 但是如果這個過程是非線性的,你可以在添加之前對它們進行平方甚至立方體化。 因此,如果我們有9和1,那將是9平方,或81,加上一個平方,等於82。 這比10要好得多,XNUMX是線性關係中最好的。“

在NESMD的情況下,非線性改進來自於將太陽光聚集成微小的斑點,就像孩子可能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。 並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。

“我們發現,在更小的區域內擁有更多的光子總是比在整個膜上均勻分佈光子更好,”Alabastri說。

“這種非線性光學過程提供的效率非常重要,因為世界上大約一半的人口缺水是日常現實,高效的太陽能蒸餾可能會改變這一點。”哈拉斯說。

“除水淨化外,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,LANP正在開發一種銅基納米顆粒,用於在環境壓力下將氨轉化為氫燃料。

Halas是電氣和計算機工程教授,化學,生物工程,物理和天文學教授,材料科學和納米工程教授,以及Rice的Smalley-Curl研究所所長。

國家科學基金會,空軍科學研究辦公室,韋爾奇基金會和Smalley-Curl研究所資助了這項工作。 Dongare,Alabastri,Neumann,Nordlander和Halas是與該研究有關的臨時專利的共同發明人。

資源: 萊斯大學

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