Усны нөөцийг тогтвортой ашиглах арга болохын хувьд нарны эрчим хүчээр давсгүйжүүлэх нь цэвэр усны нөөц хүрэлцэхгүй байгаа асуудлыг шийдвэрлэх, усны хомсдолыг арилгах асар их боломжтой юм. Гэсэн хэдий ч далайн усыг давсгүйжүүлэх уламжлалт технологи нь эрчим хүчний өндөр зарцуулалт, нарийн төвөгтэй тоног төхөөрөмж, өндөр өртөг зэрэг хүндрэлтэй байдаг.
Сүүлийн жилүүдэд наноматериалд суурилсан давсгүйжүүлэх бүрэх шинэ технологи нь судлаачдын анхаарлыг аажмаар татах болсон. Графен исэл нь шинэ хоёр хэмжээст материал болох графеныг багасгасан нь нарны усыг давсгүйжүүлэхэд чухал ач холбогдолтой болохыг харуулж байна.
Уламжлалт давсгүйжүүлэх бүрэх материалтай харьцуулахад rGO нь маш сайн дамжуулалт, өндөр хувийн гадаргуугийн талбай, химийн сайн тогтвортой байдлын давуу талтай бөгөөд давсгүйжүүлэх үр ашгийг дээшлүүлж, эрчим хүчний зарцуулалтыг бууруулдаг.
Гэсэн хэдий ч rGO нь өөрөө агрегаци болон тунадасны асуудалтай тулгардаг бөгөөд энэ нь түүний идэвхжил болон тогтвортой байдлыг бууруулдаг. Тиймээс rGO-г хөөсөн материал дээр бэхлэх замаар меламин хөөс / rGO нийлмэл бүрхүүл үүсгэх нь давсгүйжүүлэх үр ашиг, тогтвортой байдлыг сайжруулах үр дүнтэй арга болсон.
Гадаргууг өөрчилж, хөөсний материалын зөөвөрлөгч шинж чанарыг бэхжүүлснээр бид хөөсний гадаргуу дээр rGO-г жигд бэхэлж, усан дахь давсны ионуудтай харилцах талбайг нэмэгдүүлсэн. Үүний зэрэгцээ давсгүйжүүлэх үр ашиг, тогтвортой байдлыг оновчтой болгохын тулд rGO бүрхүүлийн бүтэц, зузааныг хянадаг.
Давсгүйжүүлэх механизмын талаар илүү гүнзгий ойлголттой болохын тулд бид мөн багасгасан графены исэл (rGO) хөөс бэлтгэсэн. Графен гурвалсан ислээр бүрсэн меламин хөөс нь төрөлхийн сүвэрхэг бичил бүтэц, ус шингээх чадвартай тул чийгшүүлэх чадвар сайтай бөгөөд ууршилтын хэсэгт усыг татаж, давсны хур тунадас орохоос сэргийлж усыг хурдан нөхөх боломжийг олгодог.
Графений ислээр бүрсэн меламин хөөсний ууршилтын систем нь 89.6кВт m−1 нарны түлшний дор 2%-ийн тогтвортой ууршилтын үр ашигт хүрэх боломжтой. Энэхүү гадаргуугийн ууршилтын систем нь нарны энергийг дулаанд хувиргах өндөр үр ашигтай, урт хугацааны тогтвортой байдал сайтай тул далайн усыг арилжааны аргаар давсгүйжүүлэх боломжтой юм.
Өнөөгийн байдлаар дэлхийн эрчим хүчний хямрал, усны хомсдол нь хүн төрөлхтний нийгмийн тогтвортой хөгжилд томоохон заналхийлэл болж байна. Өсөн нэмэгдэж буй эрчим хүчний хэрэгцээг хангахын тулд янз бүрийн өндөр хүчин чадалтай эрчим хүч хувиргах, ус цэвэршүүлэх технологийг хөгжүүлэхэд анхаарал хандуулж байна.
Нарны эрчим хүчээр ажилладаг гадаргуугийн ууршилтын технологи
Сэргээгдэх эрчим хүчний ирээдүйтэй эх үүсвэрийн хувьд нарны эрчим хүч нь хэт том хүчин чадал, олон талт байдал, цэвэр байдал, олон үйлдэлт хувиргах чадвартай холбоотой юм. Энэ нь чулуужсан түлшээр хадгалагдаж буй чулуужсан түлшийг орлуулах боломжтойг харуулсан.
Нарны фотоволтайк технологи нь шууд цахилгаан эрчим хүч үйлдвэрлэхээс гадна нарны дулааны энергийг хувиргах технологи нь нарны энергийг шингээж, дулааны энерги болгон хувиргадаг бөгөөд энэ нь нарны эрчим хүчийг ашиглах энгийн бөгөөд үр дүнтэй арга гэж тооцогддог.
Нарны эрчим хүчнээс хөрвүүлсэн дулааны эрчим хүч нь нарны дулааны цахилгаан станц, нарны эрчим хүчийг давсгүйжүүлэх, ариутгах, нарны ус халаах систем болон дулаантай холбоотой бусад хэрэглээ зэрэг үйлдвэрлэлийн чухал үйл явцыг удирдаж чаддаг. Нарны энергийг давсгүйжүүлэх нь ялангуяа дэд бүтэцгүй газруудад нэмэлт эрчим хүч оруулахгүйгээр далайн уснаас цэвэр ус гаргаж авах боломжтой тул үр дүнтэй шийдлийг санал болгодог.
Сүүлийн жилүүдэд нарны эрчим хүчээр ажилладаг гадаргуугийн ууршилтын технологи нь шингэн-уурын интерфейс дэх нарны дулааныг хувиргах процессыг илрүүлж, нарны энергийг ашиглах шинэ технологи болсон. Уламжлалт салшгүй халаалттай харьцуулахад гадаргуугийн ууршилтын систем нь ууршилтын өндөр үр ашигтай, дулааны хариу урвалыг хурдан харуулдаг бөгөөд далайн усыг давсгүйжүүлэх боломжит хувилбар юм.
Одоогийн байдлаар гадаргуугийн ууршилтын системийн дулааны гүйцэтгэлийг сайжруулах талаар олон судалгаа хийсэн. Нарны эрчим хүчээр ажилладаг ердийн гадаргуугийн ууршилтын систем нь гурван чухал хэсгээс бүрдэнэ.
Нарны өндөр шингээлттэй, нарны цацрагийг дулааны энерги болгон үр ашигтайгаар хувиргадаг нарны шингээгч; хувиргасан дулааныг задгай ус руу шилжүүлдэг тусгаарлагч; мөн их хэмжээний уснаас нарны шингээгчийн гадаргуу руу усыг тасралтгүй татах усан хангамжийн зам.
Өмнөх судалгаануудад олон тооны судлаачид өргөн зурвасын болон нарны эрчим хүч шингээгч материалыг нэгтгэх, шинэ усан хангамжийн замын зураг төслийг оновчтой болгох, дулаан тусгаарлах бүтцийг сайжруулах замаар нарны эрчим хүчийг уур болгон хувиргах нийт үр ашгийг сайжруулахад өөрсдийгөө зориулжээ.
Өнөөг хүртэл нарны эрчим хүчээр ажилладаг гадаргуугийн ууршилтын системийг үйлдвэрлэлийн олон процесс, нарны нэрэлт, нарны ариутгал, нарны усыг давсгүйжүүлэх, нарны эрчим хүч үйлдвэрлэхэд ашиглаж байна. Системийн ууршилтын өндөр гүйцэтгэлд хүрэхийн тулд нарны цацраг шингээгч материалын нарны спектрийн өргөн зурвасын шингээлтийг судлах нь чухал юм.
Нарны эрчим хүчээр ажилладаг интерфэйсийн ууршилтын системд боловсруулж, судалж буй нарны энерги шингээх материалд голчлон нүүрстөрөгчийн материал, плазмоны тоосонцор, спектрийн сонгомол шингээгч материалууд орно. Тэдгээрийн дотроос байгалийн хар ба нүүрстөрөгчийн материалууд нь нарны дулааныг хүчтэй хувиргах чадвартай бөгөөд өргөн зурвасын болон өндөр эрчимтэй нарны шингээгчд тохиромжтой.
Нарны шингээлтийн өндөр түвшин, хямд өртөг, сайн тогтвортой байдлын улмаас нүүрстөрөгчийн нано хоолой, бал чулуу, бууруулсан графены исэл зэрэг нүүрстөрөгч дээр суурилсан нарны шингээгчийг олон удаа судалжээ. Олон жил хөгжүүлсний дараа өдрийн гэрэлд нарны эрчим хүчийг уур болгон хувиргах системийн үр ашиг 90 гаруй хувьд хүрсэн.
Нарны энергийг шингээх материалыг боловсруулах, үе хоорондын ууршуулах байгууламжийг төлөвлөх зэрэгт ихээхэн ахиц гарсан хэдий ч өмнө нь мэдээлэгдсэн нарны усыг давсгүйжүүлэх төхөөрөмж нь ууршуулагчийн дээд гадаргуу дээр давсгүйжүүлэх явцад давс хуримтлагдсантай холбоотой байв. Хуримтлагдсан давс нь нарны шингээлтийг хааж, сүвэрхэг ууршуулагчийг хааж, улмаар нарны дулааныг хувиргах үр ашиг бага, ууршилтын гүйцэтгэл муу болно.
Хуримтлагдсан давсыг арилгахын тулд хэт авианы долгион, усанд дүрэх зэрэг уламжлалт физик аргуудыг ихэвчлэн ашигладаг боловч эдгээр аргууд нь интерфейсийн ууршилтын бүтцэд амархан гэмтэл учруулдаг.
Гадаргуугийн ууршилтын систем дэх давсны хуримтлалыг багасгахын тулд олон судалгаанууд гидрофобик ууршилтыг хөгжүүлэхэд чиглэв. Гэсэн хэдий ч гидрофобик ууршуулагч нь дээд гадаргуу руу усны хангамжийг хязгаарлаж, улмаар системийн ууршилтын гүйцэтгэлийг бууруулдаг. Энэ асуудлыг шийдэх өөр нэг арга бол дээд гадаргуугаас илүүдэл давсыг задгай ус руу шилжүүлдэг гидрофилик ууршуулагчийг ашиглах явдал юм.
Өнөөдрийг хүртэл олон судалгаанууд гидрофиль целлюлозын даавууны мембран, цаасан дээр суурилсан гидрофилик мембран, био нөлөө бүхий ууршуулагч зэрэг гидрофиль ууршуулагчийг зохион бүтээхэд чиглэгдэж байна. Гэвч урт хугацааны тогтвортой, өндөр үр ашигтай нарны зайн ууршилтын системийг хөгжүүлэх нь чухал сорилт хэвээр байна.
Энэхүү судалгаанд бид давсанд тэсвэртэй, өндөр үр ашигтай, нарны эрчим хүчийг шингээх чадвартай, дулааны хариу урвал багатай графены исэл (rGO) хөөсийг бага флюресценцтэй нарны гэрэлтүүлгийн дор нарны эрчим хүчээр ажилладаг гадаргуугийн давсгүйжилтийг үзүүлэв.
Шинэ сүвэрхэг бүтцэд гидрофилийн меламин хөөс (MF)-ийг суурь болгон сонгосон бөгөөд энэ нь нарны шингээлтийн гадаргуугийн талбайг тэлээд зогсохгүй олон тархалтыг нэмэгдүүлдэг.
Графены ислээр бүрсэн меламин хөөсний гадаргуугийн гидрофил ба сүвэрхэг чанар нь нарны дулаан хувиргах бүсийг хангалттай чийгшүүлж, хайлуулахаас гадна давсны хуримтлалаас зайлсхийж усыг хурдан нөхөх боломжийг олгодог.
Графены ислээр бүрсэн меламин хөөсний өндөр гүйцэтгэлийг ашиглан нарны эрчим хүчээр ажилладаг интерфэйс систем нь нарны уурыг 89.6% хувиргах чадвартай.
Цаашилбал, багасгасан графены ислээр бүрсэн меламин хөөсийг арилжааны нарны эрчим хүч болгон нэгтгэснээр бид нарны эрчим хүчээр ажилладаг далайн усыг давсгүйжүүлэх төхөөрөмжийг өдрийн гэрэлд 56.4% -ийн нарнаас ус руу хувиргах үр ашигтайгаар зохион бүтээж, үйлдвэрлэсэн. Нарны туяагаар давсгүйжүүлснээр хуримтлагдсан цэвэр ус нь ундны чанарын шаардлага хангадаг.
Нарны энергийг дулаанаар хувиргах материалын өндөр ууршилтын гүйцэтгэл, өргөтгөх чадвартай тул нарны эрчим хүчээр ажилладаг далайн усыг давсгүйжүүлэх энэхүү систем нь далайн усыг давсгүйжүүлэх практик хэрэглээнд өргөн хэрэглээний хэтийн төлөвийг харуулж байна.
Нарны давсгүйжүүлэлтийн дулаан дамжуулагч материалын цар хүрээ
Графены исэл багассан меламин хөөсөнцөр дээр суурилагдсан гадаргуугийн ууршилтын систем. Тер графены ислээр бүрсэн меламин хөөс нь дунд хэсэгт байрлах ба гадна талаас нь полиэтилен (PE) хөөсөөр ороож, өөрөө хөөс үүсэх интерфэйсийн ууршилтын системийг бий болгодог.
Теллураар багасгасан графен ислээр бүрсэн меламин хөөс нь нарны цацрагийг хурдан шингээж, нарны энергийг дулаан болгон хувиргаж, гадаргуугийн ууршилтыг хөдөлгөгч хүчийг бий болгоход ашигладаг. Нөгөөтэйгүүр, гидрофиль багассан графен ислээр бүрсэн меламин хөөс нь давсны уусмалыг ууршилтын бүсэд тасралтгүй татаж чаддаг.
Графен гурвалсан ислээр бүрсэн меламин хөөсний сүвэрхэг бүтэц нь үүссэн уурыг хүрээлэн буй орчинд нэвтрүүлэх боломжийг олгодог бөгөөд энэ нь нарны гэрлийг шингээж, улмаар нарны дулааныг хувиргах үр ашгийг нэмэгдүүлдэг. Графены ислээр бүрсэн меламин хөөс нь сүвэрхэг бөгөөд гидрофиль шинж чанартай тул дээр дурдсан ууршилтын бүтцэд ус татахын зэрэгцээ төвлөрсөн давсыг далайн ус руу буцаан задлах боломжийг олгодог.
Ууршуулах процессын үед хөөсөнцөр дэх давсны агууламж ёроол дахь далайн усны агууламжаас өндөр байдаг. Концентрацийн өөрчлөлт нь давсыг их хэмжээний усанд задалдаг. Үүнээс гадна, хүрээлэн буй полиэтилен хөөс нь графен оксидоор бүрсэн меламин хөөсийг бууруулаад зогсохгүй усны гадаргуу дээр байгалийн жамаар хуримтлагдаж, хүрээлэн буй давстай усны дулаан алдагдлыг дарангуйлдаг.
Интерфейсийн ууршилтын систем нь барилгын нарийн төвөгтэй дизайн шаардлагагүйгээр усны гадаргуу дээр тасралтгүй, үр ашигтай ажиллах боломжтой. Цаашилбал, ууршилт нь хийн шингэний интерфэйс дээр явагддаг тул интерфэйс ухрах үед интерфэйсийн ууршилтын систем бие даан хөдөлж чаддаг.
Теллураар багасгасан графены ислээр бүрсэн меламин хөөс нь гадаргуугийн ууршилтын системийн гол бүрэлдэхүүн хэсэг юм. Меламин хөөсийг графений оксидын коллоид суспензэнд дүрж, багасгасан графений ислээр бүрсэн меламин хөөс бэлтгэж, дараа нь графений ислийг гидротермаль аргаар багасгасан графамины исэл болгон бууруулсан.
3.5 см диаметртэй, 1.6 см зузаантай бууруулсан графены ислээр бүрсэн меламин хөөс үйлдвэрлэхэд хялбар бөгөөд өнгө нь гүн хар өнгөтэй.
Гурван хэмжээст оптик микроскоп ашиглан ажигласан бууруулсан графений ислээр бүрсэн меламин хөөсөн материалын гадаргуугийн тэгш бус байдал нь 300 μм-ээс дээш өндрийн өөрчлөлтийг харуулсан. Нарны дулааныг хувиргах нийлмэл материалын барзгар гадаргуугийн бүтэц нь голчлон меламин хөөсний сүвэрхэг бүтэцтэй холбоотой бөгөөд өөрчлөгдсөн бууруулсан графены исэл нь гадаргуугийн барзгар байдлыг нэмэгдүүлдэг.
Гадаргуугийн тэгш бус байдал нь нарны шингээлтийн гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлж, туссан нарны гэрлийн олон тархалтыг нэмэгдүүлж, улмаар системийн нарны дулааныг хувиргах үр ашгийг сайжруулдаг. Төрөл бүрийн өсгөлтөөр бэлтгэсэн меламин хөөсний бичил бүтэц. Графен ислээр бүрсэн меламин хөөсөн гадаргуу нь үрчлээстэй, хоорондоо холбогдсон сүлжээний бүтцийг харуулдаг.
rGO бүрсэн меламин хөөсний нүхний хэмжээ 20-40 μм байна. Нээлттэй нүх сүвний бүтэц, үрчлээстэй гадаргуу нь графений ислийг хуримтлуулахад тусалдаг. Графены ислээр бүрсэн меламин хөөс нь сүвэрхэг меламин хөөс нь ус шингээх чадвар сайтай байдаг.
Усны дусал бууруулсан графен ислээр бүрсэн меламин хөөсний гадаргуу дээр хүрмэгц 0.5 секундын дотор бүрэн шингэдэг. Графены исэл багассан нийлмэл материалын гидрофиль гадаргуу нь сүвэрхэг бүтэц доторх ус зайлуулах сувгийг хурдан удирдаж чаддаг. Графен ислээр бүрсэн меламин хөөсний сүвэрхэг чанарыг ус шингээхээс өмнөх болон дараа нь үүссэн массын өөрчлөлтийг харьцуулан тодорхойлсон.
Графений ислээр бүрсэн меламин хөөсний сүвэрхэг чанар 85.55% хүрч чаддаг. Графены ислээр бүрсэн меламин хөөс багасах замаар нарны энерги шингээх нь системийн нарны дулааныг хувиргах үр ашигт шууд нөлөөлдөг. Давсны эсэргүүцлийг үнэлэхийн тулд бууруулсан графений ислээр бүрсэн меламин хөөсийг натрийн хлоридын уусмалд (3.5 жин%) хийсэн.
Дараа нь дээд гадаргуу дээр 3 г хатуу натрийн хлоридыг байрлуулж, Терго бүрсэн меламин хөөсийг 1 кВт m−2 нарны нягтаар байрлуулсан. Хатуу давсны хэмжээ 120 минутын дараа аажмаар уусдаг.
Нарны гэрэл rGO-оор бүрсэн меламин хөөсний дээд гадаргуу дээр тусахад rGO-оор бүрсэн меламин хөөсний температур хэдхэн минутын дотор хурдан өсч, ууршуулах процессын туршид 35°C хэвээр байна. Давсны уусах чадвар нь температураас хамаардаг тул температур өндөр байх тусам давс хурдан уусдаг тул давсны төмрийг гадаргын усанд дахин уусгаж болно.
Графен ислээр бүрсэн меламин хөөсөнцөр нь ус шингээх өндөр чадвартай олон тооны нүхтэй бөгөөд дээд гадаргууг тасралтгүй усаар хангаж чаддаг тул давс нь дээд гадаргуугаас усны дэд давхарга руу шилжиж чаддаг. Температурын өөрчлөлт нь дээд ууршилтын гадаргуу болон биеийн хооронд давсжилтын өөрчлөлтөд хүргэдэг.
Нарны эрчим хүчийг өргөн зурвасын, үр ашигтай шингээхийн тулд меламин хөөсийг сүвэрхэг гидрофилик меламин хөөсөөр өөрчилсөн бөгөөд ингэснээр нарны шингээлтийн гадаргуугийн талбайг нэмэгдүүлж, олон тархалтыг нэмэгдүүлсэн.
rGO бүрсэн меламин хөөсөнцөр дээр суурилсан нарны гадаргуугийн ууршилтын систем нь 1 кВт m−2 нарны эрчим хүчний нягтралд хурдан дулааны хариу үйлдэл үзүүлж, нарны дулааны хувирлын тогтвортой байдлын үр ашгийг 89.6% -д хүрдэг.
Эцэст нь бид графений ислээр бүрсэн меламин хөөсөн ууршуулагчийг нарны гэрэлд суурилуулсан бөгөөд энэ нь 56.4 кВт м-1-т давсны хуримтлал бүхий 2% ундны ус үйлдвэрлэх боломжтой.
Энэхүү нарны эрчим хүчээр ажилладаг гадаргуу хоорондын давсгүйжүүлэх төхөөрөмжийг тусгаарлагдсан арлууд эсвэл далайд далайн ус эсвэл бусад давстай усны нөөцөөс ундны усыг цуглуулахад ашиглаж болно гэж бид төсөөлж байна.
Дүгнэлт
Давсгүйжүүлэх rGO бүрсэн меламин хөөс нь нарны эрчим хүчийг давсгүйжүүлэх шинэлэг, үр ашигтай технологийн хувьд асар их боломж, хэрэглээний хэтийн төлөвтэй. Энэ нь усны хомсдолтой бүс нутгийг цэвэр усны найдвартай нөөцөөр хангахаас гадна уламжлалт эрчим хүчний хамаарлыг бууруулж, эрчим хүчний хэрэглээ, орчны бохирдлыг бууруулах боломжтой юм.
Энэхүү судалгааны үр дүн нь дэлхийн цэвэр усны нөөцийн хомсдолын асуудлыг шийдвэрлэхэд чухал хувь нэмэр оруулж, тогтвортой хөгжлийг хэрэгжүүлэхэд түлхэц болно.
SINOYQX меламин хөөсний талаар дэлгэрэнгүй мэдээлэл авахыг хүсвэл [email protected] хаягаар бидэнтэй холбогдох эсвэл +86-28-8411-1861 утсаар холбогдоно уу.
Зарим зураг, бичвэрийг интернетээс хуулбарласан бөгөөд зохиогчийн эрх нь анхны зохиогчид хамаарна. Хэрэв ямар нэгэн зөрчил байвал бидэнтэй холбогдож устгана уу.