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多巴胺@氮化硼-碳纳米管/聚酰亚胺复合气凝胶太阳能蒸发器的制备与性能

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复合材料学报 2023年第3期40卷 1494-1500页

作者：汪日圆陈浩然陈芳琳黎涛鲁红典杨伟合肥学院能源材料与化工学院合肥230601

利用太阳能蒸发器进行水蒸发是生产清洁用水的重要途径之一。为了提高聚酰亚胺(PI)气凝胶的太阳能蒸发性能,本文通过添加多巴胺改性氮化硼(PDA@BN)和羟基化碳纳米管(CNT),采用四定向冷冻干燥和亚胺化工艺制备了PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶... 详细信息

利用太阳能蒸发器进行水蒸发是生产清洁用水的重要途径之一。为了提高聚酰亚胺(PI)气凝胶的太阳能蒸发性能,本文通过添加多巴胺改性氮化硼(PDA@BN)和羟基化碳纳米管(CNT),采用四定向冷冻干燥和亚胺化工艺制备了PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶。研究了PDA@BN和CNT的加入对气凝胶的形貌结构、润湿性能、太阳能蒸发性能的影响。结果表明:PDA@BN-CNT/PI复合气凝胶不仅具有良好的亲水性和太阳能光热转换能力,而且其独特的低弯曲度管状结构促进了水在气凝胶内部的运输,提高了太阳能蒸发性能。该气凝胶在2 kW/m^(2)光照下的蒸发速率为1.95 kg/(m^(2)·h),并展现出优异的循环使用性能、化学稳定性和高效的污水净化能力。

关键词：太阳能蒸发聚酰亚胺气凝胶氮化硼碳纳米管水净化

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界面太阳能蒸发的应用研究进展

材料导报 2022年第19期36卷 1-16页

作者：刘小钰汪路张智勇刘传磊方雅涵王冉张友丽王灿苏丽芬杨斌周建华苗蕾安徽大学化学化工学院安徽省绿色高分子材料重点实验室合肥230601 桂林电子科技大学材料科学与工程学院广西电子信息材料构效关系重点实验室广西桂林541004

随着经济社会的高速发展,水资源短缺、环境污染、能源危机等是当前世界各国面临的难题。利用丰富的太阳能从海水、污水中蒸馏分离获得纯净水,是一种绿色、可持续的解决方案。然而,传统的太阳能蒸馏提纯原理是加热整体待分离液体,光热转... 详细信息

随着经济社会的高速发展,水资源短缺、环境污染、能源危机等是当前世界各国面临的难题。利用丰富的太阳能从海水、污水中蒸馏分离获得纯净水,是一种绿色、可持续的解决方案。然而,传统的太阳能蒸馏提纯原理是加热整体待分离液体,光热转换效率只能达到30%~45%,并且需要昂贵的设备和频繁的维护,这些因素极大地限制了太阳能在水净化领域中的实际应用。近年来出现的界面太阳能蒸发技术通过高效的光热转换材料将吸收的太阳能局限在蒸发层表面,大幅提高了光热转换效率,是一种高效、低成本、环保的水净化技术,在海水淡化、蒸馏分离、发电等领域具有广阔的应用前景,被认为是未来解决水资源危机的一种潜在策略。本文介绍了界面太阳能蒸发技术中的光热转换机理,简述了光热转换材料、蒸发器结构设计和热能工程管理在太阳能蒸发技术中取得的进展,概述了界面太阳能蒸发技术的应用研究现状,包括海水淡化、污水处理、太阳能蒸馏-发电联产、灭菌以及其他能源转换应用等,总结了当前该技术在实际应用中遇到的瓶颈问题,并展望了界面太阳能蒸发技术的发展趋势。界面太阳能蒸发技术对解决水资源短缺和能源危机具有重要的意义。

关键词：太阳能蒸发光热转换水净化发电

柔性多孔硅橡胶负载纳米CuS的太阳能蒸发性能研究

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材料导报 2021年第18期35卷 18024-18029页

作者：苏丽芬常展鹏宁玉盈汪路方雅涵方炳虎柯玉超杨斌夏茹钱家盛苗蕾安徽大学化学化工学院安徽省绿色高分子材料重点实验室合肥230601 安徽中鼎密封件股份有限公司宁国242300 安徽省高性能橡胶材料及制品重点实验室宁国242300 桂林电子科技大学材料科学与工程学院桂林541004

界面太阳能蒸发是一种高效、低成本的水净化技术,光热转换材料、微观结构热管理是实现高效太阳能驱动蒸汽产生的关键。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种环保且结构可灵活设计的柔性硅橡胶,通过填料可有效改善硅橡胶的热导率系数。纳米硫化铜(... 详细信息

界面太阳能蒸发是一种高效、低成本的水净化技术,光热转换材料、微观结构热管理是实现高效太阳能驱动蒸汽产生的关键。聚二甲基硅氧烷(PDMS)是一种环保且结构可灵活设计的柔性硅橡胶,通过填料可有效改善硅橡胶的热导率系数。纳米硫化铜(CuS)在近红外光几乎100%吸收,是一种新型的光热转换材料。本工作以方糖为模板、纳米二氧化硅(SiO_(2))和铝粉(Al)为填料制备了多孔的SiO_(2)-PDMS/PDMS-Al双层硅橡胶,分别构建隔热、导热层,通过聚乙烯醇(PVA)将纳米CuS附着于PDMS-Al层作为光热转换材料。这种硅橡胶复合材料不仅提高了光热转换材料的亲水性,太阳光吸收率达到97.3%,在1 kW/m^(2)光照下能获得77.03%的蒸发效率,而且具有良好的循环稳定性。PDMS复合光热材料从微观结构上减少了界面太阳能蒸发过程中的热损失,对推广该技术应用于海水淡化、污水处理等具有重要的意义。

关键词：纳米硫化铜太阳能蒸发聚二甲基硅氧烷(PDMS) 光热转换水净化

乳酸菌吸附法制备铜碳复合材料及其自漂浮气凝胶的太阳能蒸发特性

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乳酸菌吸附法制备铜碳复合材料及其自漂浮气凝胶的太阳能蒸发特性

作者：张同星中国矿业大学

学位级别：硕士

淡水资源的重要性不言而喻。由于地区分布和人口密度差异,全球范围内的许多区域受到不同程度缺水的影响,利用广泛存在的海水进行海水淡化以扩大淡水产量是一个有效的解决办法。另一角度,随着工业发展,重金属离子的污染进一步威胁着人类... 详细信息

淡水资源的重要性不言而喻。由于地区分布和人口密度差异,全球范围内的许多区域受到不同程度缺水的影响,利用广泛存在的海水进行海水淡化以扩大淡水产量是一个有效的解决办法。另一角度,随着工业发展,重金属离子的污染进一步威胁着人类的淡水安全。在防治重金属铜离子的污染的方法中,生物吸附法具有高效率、低成本和适应性广的特点。同时注意到,该方法的产物中富含大量的铜元素和碳元素,而铜基半导体材料和碳基材料可以作为高效光热转换材料,通过光热转换效应将光能转化为热能并加以利用。太阳能由于其清洁可持续的特点,被誉为“21世纪的能源”。利用太阳能进行海水淡化和盐水蒸发的技术是高效光热转换材料应用的领域之一,该技术将光热转换产生的能量用于蒸发咸水,再冷凝收集得到淡水,能够有效提高淡水量,同时破除传统海水淡化方式高成本、高能耗和高污染的限制,是海水淡化领域发展的重要方向。因此,将生物法吸附铜离子产物再利用来制备高效光热转换材料,并用于太阳能水蒸发与海水淡化,对降低现有光热转换材料的成本、减少铜污染以及缓解水危机具有重要研究意义和价值。本文从上述角度出发,首先利用乳酸菌吸附铜离子得到含铜菌泥,再碳化得到铜碳复合光热转换材料,通过分析乳酸菌吸附前后及碳化前后的元素和化学组份,确定铜元素的成功引入,证实了通过乳酸菌生物防治铜离子污染产物制备高效光热转换材料的可行性。其次,将铜碳复合光热转换材料引入琼脂体系,与隔热层一道一体化浇筑出自漂浮气凝胶。并通过改变隔热层XPS板的结构形式,制备出四周提水式和中心提水式两种提水结构的自漂浮气凝胶。随后对两种气凝胶进行性能和实验测试,发现四周提水式气凝胶在光热材料添加量为0.3 g,蒸发层与隔热层高度比例为1:1时,蒸发性能最优,在1 k W m的光强下蒸发速率和蒸发效率分别达到1.60 kg m h和82.6%。对中心提水式气凝胶来说,同样在0.3 g负载量和1:1的蒸发层隔热层高度比时获得最佳蒸发性能,但其最高蒸发速率和蒸发效率相比四周提水式气凝胶有所提高,分别为1.65 kg m h和87.5%。光照强度的影响实验表明,实现高效太阳能蒸发需要兼顾蒸发速率和蒸发效率。此外,循环稳定性测试和海水淡化实验结果显示,两种提水结构的气凝胶均具有良好的稳定性和海水淡化能力,淡化水的离子(Na、Mg、K和Ca)浓度成功达到世界卫生组织的饮用水标准。整体相比,中心提示式气凝胶的太阳能蒸发性能优于四周提水式气凝胶。最后,根据流体的热力学性质和迁移性质,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件构建两种自漂浮气凝胶的水-热-盐多场耦合数学模型,对其太阳能水蒸发实验的稳态温度场、蒸汽场和盐浓度场进行了数值模拟研究。结果表明,模拟研究与实验研究的数据互相吻合,为实验部分结果的理论分析提供了技术支撑。值得注意的是,盐分布场显示了两种提水方式下气凝胶潜在的两种不同应用方法,即可分别用来开发抗盐蒸发器和集盐蒸发器。该论文有图40幅,表7个,参考文献102篇。

关键词：太阳能蒸发海水淡化铜碳复合材料自漂浮气凝胶乳酸菌吸附法

纳米碳材-海藻酸钠基太阳能蒸发器的制备及其水质净化效能研究

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纳米碳材-海藻酸钠基太阳能蒸发器的制备及其水质净化效能研究

作者：江雨豪山东大学

学位级别：硕士

水资源短缺是当今人类所面临的重大问题之一,为了获得更多的水资源人们开始进行海水淡化和对废水进行处理回用,但这些技术都需要消耗大量的能源。为了减少碳排放,人们开始注重使用清洁的能源,太阳能作为一种安全和持续的绿色能源,为开... 详细信息

水资源短缺是当今人类所面临的重大问题之一,为了获得更多的水资源人们开始进行海水淡化和对废水进行处理回用,但这些技术都需要消耗大量的能源。为了减少碳排放,人们开始注重使用清洁的能源,太阳能作为一种安全和持续的绿色能源,为开发新型、环保的水净化方案提供了新途径。太阳能蒸发器通过光热转换材料对太阳光进行吸收并将其转换为热能加热水体,进而实现水的蒸发和收集。太阳能蒸发器可以有效地进行海水淡化和水体净化,尤其是在偏远的光照时间长的地区有广阔的应用前景。然而,目前太阳能蒸发器的制备过程复杂、制备难度较大、原材料价格昂贵以及应用时蒸发器表面结晶产生污染,这阻碍了蒸发器在实际水处理中的应用。针对这些问题,在综合国内外大量相关文献的基础上,本论文以海藻酸钠（SA）生物质水凝胶为载体,通过分别掺入碳纳米管（CNT）、石墨烯（Graphene）作为光热转换材料制备安全环保、简单易得的CNT-SA水（气）凝胶太阳能蒸发器、Graphene-SA水（气）凝胶太阳能蒸发器,对比研究了水凝胶蒸发器和气凝胶蒸发器的性能差异以及不同光热转换材料对蒸发性能的影响。主要研究内容如下:（1）通过将CNT固定到SA水凝胶网络中,开发了一种形状可控、环境友好、经济的CNT-SA水凝胶太阳能蒸发器（CSH）。对CSH进行表征可知,CSH内部多孔,具有极强的亲水性以及对光的高吸收率（94.3%）,SA水凝胶可以明显降低蒸发器内水的蒸发焓。蒸发器中SA和CNT浓度的增加均可以提高蒸发器的蒸发速率,在经济和性能最优的配比（SA浓度为4 wt%,CNT浓度为0.05 wt%）下所制备的CSH在1个太阳照射下蒸发率达到1.70 kgm-2h-1,光热转化效率最高达到86%,并能有效避免在海水淡化或蒸发高盐废水的过程中产生盐结晶。在长时间循环蒸发实验中,CSH依旧能保持稳定的蒸发,对海水和盐水的离子去除率达到99%以上。此外,CSH对有机染料废水脱色也表现出优异的性能。（2）为了探究同种材料下的水凝胶与气凝胶蒸发器的性能差异,以CSH为基础通过冷冻干燥制备CNT-SA气凝胶蒸发器（CSA）。通过对CSA的表征可知,CSA同样具有极强的亲水性能,并且使水的蒸发焓显著降低,但CSA对光的吸收率低于CSH,仅为82.7%。与CSH对比研究表明,CSA的蒸发速率低于CSH,蒸发效率和光热转换效率最高分别为1.62 kg m-2h-1和68%。CSA对盐水和海水同样具有优异的离子去除效果,但是长时间的蒸发过程中CSA的蒸发速率发生衰减,蒸发器的稳定性较差。（3）为了探究不同碳纳米材料对蒸发性能的影响,将石墨烯固定到SA水凝胶中制备了 Graphene-SA水凝胶蒸发器（GSH）和Graphene-SA气凝胶蒸发器（GSA）。通过表征测试可知,GSH和GSA均具有极强的亲水性和较强的吸光性能,两种蒸发器平均光吸收率分别为88.8%和76.6%。两种蒸发器都具有降低的水蒸发焓,在蒸发过程中GSH表现出较CSH更高的蒸发速率,当石墨烯浓度为0.01 wt%时,GSH的蒸发速率达到平衡（1.82 kg m-2 h-1）,GSA的速率（1.73 kg m-2 h-1）略低于GSH。离子去除实验表明GSH和GSA均具有极好的离子去除能力,但GSA的稳定性较差。

关键词：太阳能蒸发海藻酸钠水凝胶碳纳米材料水体净化海水淡化

溶液3D打印聚甲酸乙烯酯及其在形状记忆传感和太阳能蒸发中的应用

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溶液3D打印聚甲酸乙烯酯及其在形状记忆传感和太阳能蒸发中的应用

作者：钱军南京信息工程大学

学位级别：硕士

随着当前推动智能制造和创造创新社会的实施,迅速发展的3D打印技术已经应用于电子、生物医学和航空航天等领域,但3D打印技术在其他方面仍有很大的发展空间。基于聚合物的3D打印通常是由熔融流体或凝胶而不是聚合物溶液生成的。本文受聚... 详细信息

随着当前推动智能制造和创造创新社会的实施,迅速发展的3D打印技术已经应用于电子、生物医学和航空航天等领域,但3D打印技术在其他方面仍有很大的发展空间。基于聚合物的3D打印通常是由熔融流体或凝胶而不是聚合物溶液生成的。本文受聚合物纤维连续湿法纺丝的启发,我们将PVA溶于甲酸,并进行原位甲酯化反应,开发了一种新型的聚甲酸乙烯酯(PVFm)油墨。该油墨通过水或碱性水直接快速凝固,逐层模塑成设计好的三维弹性结构,随后加入吡咯单体进行原位聚合,在3D打印样品表面复合聚吡咯(PPy),制备了PPy@PVFm高弹性形状记忆传感器。通过控制反应时间和反应温度,能调控PVFm的酯化率,以红外、力学性能测试、热重分析和电位滴定等手段研究了PVFm的结构性质、力学性能、热稳定性和酯化率。在反应时间为3小时、反应温度为50℃的条件下,PVFm酯化率最高为57.4%,且断裂伸长率为1100%,PVFm酯化率为16.8%时,拥有27.1 MPa的最大力学强度。酯化率为57.4%的PVFm以水为凝固浴湿法纺丝制成的纤维拥有最高的断裂伸长率(360%)。此外,酯基的引入提高了PVFm的热稳定性。将得到的反应原液作为3D打印油墨,以乙醇、水和氢氧化钠溶液作为凝固浴,进行溶液3D打印。利用拍摄打印样品照片、扫描电镜(SEM)的方法来观察3D打印的连续性和微观形貌。当挤出速度为0.0012 ml/s、打印速度为6 mm/s,打印油墨酯化率为57.4%时,能够确保打印的连续性和最佳的打印效果。对原PVFm3D打印样品和吡咯单体进行原位聚合,制备了PPy@PVFm智能传感器。通过红外、SEM等手段证明了吡咯在打印样品表面的聚合,因其具有导电性而被应用于智能传感。PPy@PVFm受到应力和压力等外力时,会产生电阻值变化。PPy@PVFm应变传感器和压力传感器拟合曲线的线性相关系数(R)为0.99和0.99。传感器在长时间循环测试后能保持良好的重现性和稳定性。PPy@PVFm压力传感器能对人体小规模(手指弯曲、手臂弯曲、颈部运动和喉部运动)和大规模运动(走路、跳跃和下蹲)进行实时监测。对PPy@PVFm进行太阳能蒸发方面的应用,通过对3D打印模型进行优化,调控不同管道孔径和不同模型。我们发现孔道长宽为1·1 mm、单元结构4的太阳能蒸发器对于海水、工业高盐废水和蒸氨废水等具有最好的蒸发速率,蒸发速率均大于1.2 kg·m·h,而且可进行室外蒸发,各污染物的去除率基本能达到96%以上,平均每天能产出9.1-10.4 kg·m的清洁水。

关键词：聚甲酸乙烯酯 3D打印智能传感太阳能蒸发水净化

碳黑/聚酰胺6复合膜的制备及其高效太阳能蒸发应用

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天津工业大学学报 2022年第2期41卷 9-13,19页

作者：陈英波徐蛟鹏天津工业大学省部共建分离膜与膜过程国家重点实验室天津300387 天津工业大学材料科学与工程学院天津300387

为提高聚酰胺6(PA6)的光热转化性能,拓展其应用范围,通过共混碳黑(CB)改性聚酰胺6(PA6),采用非溶剂致相分离方法制备了碳黑/聚酰胺6光热转化材料(CB/PM)。通过模拟真实的光照条件,考察了改性前后PA6复合材料光热转化性能的变化情况。结... 详细信息

为提高聚酰胺6(PA6)的光热转化性能,拓展其应用范围,通过共混碳黑(CB)改性聚酰胺6(PA6),采用非溶剂致相分离方法制备了碳黑/聚酰胺6光热转化材料(CB/PM)。通过模拟真实的光照条件,考察了改性前后PA6复合材料光热转化性能的变化情况。结果表明:当光照强度为1 kW/m^(2)、CB质量分数为1%时,采用CB/PM材料进行太阳能蒸发产水的蒸发速率为1.04 kg/(m^(2)·h),其蒸发效率达到71.0%,是纯水蒸发速率的2.2倍,而且CB/PM显示出良好的稳定性和对染料废水的净化处理能力。

关键词：聚酰胺6 碳黑太阳能蒸发水处理光热转化

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海水脱盐和污水处理的界面太阳能蒸发技术

清洗世界 2021年第12期37卷 41-42页

作者：王亮南京科技职业学院化学与材料工程学院江苏南京210048

本文介绍了五种功能型材料制备的界面太阳能蒸发装置,它们具有制备简单、性能高、操作方便、成本低等优势,给供水基础设施缺乏的地区提出了一种经济可行的方案。

关键词：海水脱盐污水处理太阳能蒸发

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太阳能界面蒸发器的研究进展

山东化工 2023年第19期52卷 110-113页

作者：陈玉莹中国科学院大学资源与环境学院北京100049 中国科学院重庆绿色智能技术研究院重庆400714

太阳能驱动界面蒸发技术利用太阳光在空气-水界面蒸发获取洁净水,能有效缓解水资源短缺。本文介绍了太阳能界面蒸发器的结构和蒸发原理,概述了太阳能界面蒸发器蒸发性能调控措施,从光热材料的选择、有效的热管理、水路设计、表面润湿性... 详细信息

太阳能驱动界面蒸发技术利用太阳光在空气-水界面蒸发获取洁净水,能有效缓解水资源短缺。本文介绍了太阳能界面蒸发器的结构和蒸发原理,概述了太阳能界面蒸发器蒸发性能调控措施,从光热材料的选择、有效的热管理、水路设计、表面润湿性、活化水以及3D结构设计等多方面对光-热-蒸汽性能进行调控,并探讨了太阳能界面蒸发器在海水淡化、废水处理和协同发电等领域的广阔应用前景。

关键词：蒸汽产生太阳能蒸发海水淡化废水处理发电