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氧化石墨烯材料成功解决海水淡化难题  

2016-12-01 13:11:31|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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海水脱盐一直被用于制备淡水,但长期以来,这一方法效率低、成本高。南京大学的科学家运用氧化石墨烯材料,成功解决了这一难题。

尽管海水热脱盐的成本尚未可知,但通过这种方法能够去除海水杂质,从而从海洋中得到源源不断的淡水。用这一方法生产每兆升淡水需要大约80千瓦时的能量,能量消耗巨大,只适用于石油丰富而淡水稀缺的海湾地区。

解决这一问题的途径之一就是太阳能电池热脱盐法,这一方法在偏远地区和发展中国家也同样适用。但这一方法同样存在较多缺陷:生产的淡水量太少;由于缺少光学集中器而不能集中热量。这二者均制约着这一方法的大面积应用。

近期南京大学的科研人员发明了一种氧化石墨烯太阳能电池,这种电池可以在没有光学集中器的情况下做到热量集中。这一发明无疑为偏远地区和发展中国家提供了一种低成本、便携的热脱盐净化水技术。

南京大学研究人员Jia Zhu在一封给IEEE综览的电子邮件中这样写道:“这种不需要外加热集中器的高太阳能净化水效率的技术可谓史无前例。另外,这一技术灵活性高、成本低、可以大面积应用。”

先前所有的热脱盐技术都面临同样的两难境地:一方面我们需要太阳能吸收器与水直接接触以提高能量传导效率,另一方面这种直接接触又会导致热量散失严重,不得不使用大型热集中装置。

在《美国国家科学院刊》(PNAS)上发表的论文显示,南京大学的研究人员已经克服了这一缺陷。他们通过氧化石墨烯太阳能吸收器与水大面积接触,用聚苯乙烯泡沫而非热集中器进行水和太阳能吸收器的分离。热集中器外侧缠绕有二维管状纤维素,其底部与水连接,顶部与太阳能吸收器连接。通过毛细作用,水在二维管道中间传输,并在吸收器上接收热量,这样就不会把能量传递给剩下的水,从而造成能量散失。

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这一切的优点都要归因于作为吸收器的氧化石墨烯。如果不是氧化石墨烯独特的吸收性能,这种用于循环水的二维管道都不能发挥作用。

Zhu说:“首先,这是一个杰出的太阳能吸收装置。它垂直于材料表面方向的导热系数低;它空隙丰富,可用作水蒸发的通道;它可折叠、成本低。”

尽管氧化石墨烯热脱盐技术好处多多,Zhu也不得不承认,这一系统还需要在真实的实践中不断验证其能力。

但研究人员也对这一研究成果抱着巨大的希望。Zhu说:“我们的目标是制备便携水溶液装置,便于运用到世界各地。不仅如此,我们也在研发可以利用这一技术的其他装备。”

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