《太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)概述》2400字

太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)概述綜述1.1太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)太陽(yáng)能蒸發(fā)（圖1-3）作為一種普遍存在的太陽(yáng)能-熱能轉(zhuǎn)換過程，因其高效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率和巨大的工業(yè)潛力而引起了人們的廣泛關(guān)注。界面太陽(yáng)能蒸發(fā)是目前太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)中最常用的蒸發(fā)結(jié)構(gòu)模式。界面太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)是一種通過加熱表層的空氣-水界面實(shí)現(xiàn)局部集熱產(chǎn)生蒸汽的技術(shù)。圖1-3常見的太陽(yáng)能蒸發(fā)結(jié)構(gòu)[20]太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)系統(tǒng)的開發(fā)圍繞以下關(guān)鍵部件展開：太陽(yáng)能吸收器，可有效吸收太陽(yáng)輻射并將其轉(zhuǎn)化為熱量，同時(shí)允許蒸汽滲透到正面；浮動(dòng)蒸發(fā)結(jié)構(gòu)，可同時(shí)最大化蒸發(fā)速率并向加熱區(qū)域供應(yīng)液體；以及能夠有效地減少轉(zhuǎn)換后的太陽(yáng)能熱量向散裝液體的損失的熱絕緣體[21]。相較于傳統(tǒng)的太陽(yáng)能光熱驅(qū)動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)通過昂貴的聚光設(shè)備獲得高溫直接加熱整體工質(zhì)，該過程熱損失小、光熱轉(zhuǎn)換效率高、成本低，大幅度提高了太陽(yáng)能蒸發(fā)的效率[22]。1.2太陽(yáng)能蒸發(fā)材料目前，兩種太陽(yáng)能吸收材料，即碳基[23]和基于等離子體[24]的吸收材料得到研究者的關(guān)注和探索。碳材料是天然的黑色，適合寬帶太陽(yáng)能吸收。碳基材料中的太陽(yáng)吸收涉及電子的激發(fā)及其隨后的釋放，光激發(fā)的電子通過電子-電子和電子-聲子散射迅速熱化[25]。在迄今為止研究的各種碳基吸收劑中，石墨、空心碳球、還原石墨烯，由于其高吸收率、低成本和良好的加工性能，是很有前途的候選材料。例如，由碳泡沫和泡沫頂部的石墨太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換層組成的雙層蒸發(fā)結(jié)構(gòu)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了從250到2250nm范圍內(nèi)97%的太陽(yáng)輻射吸收[23]。鑒于目前報(bào)道的高太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換性能，基于碳材料的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)界面蒸發(fā)技術(shù)未來廣泛應(yīng)用的挑戰(zhàn)是降低相關(guān)成本，可行的解決方案包括開發(fā)綜合蒸發(fā)系統(tǒng)，使用低成本吸收劑，以及使用先進(jìn)的制造技術(shù)。圖1-4RGO的結(jié)構(gòu)[26]納米級(jí)等離子體吸收體已經(jīng)證明了高效和局部的熱能轉(zhuǎn)換能力，并已用于太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的蒸發(fā)[27]。在激光共振照明下，等離子體激發(fā)的電子通過朗道阻尼機(jī)制形成非輻射阻尼，并通過電子-電子和電子-聲子散射過程重新分配其能量，產(chǎn)生光-熱轉(zhuǎn)換效率接近100%的熱量[28]。與碳材料不同，單個(gè)等離子體納米顆粒，如金納米顆粒，僅吸收其共振峰周圍的窄帶光。為了覆蓋更寬廣的太陽(yáng)光譜，將納米顆粒組裝成多孔膜，在組裝的多孔膜中，金納米粒子緊密堆積，它們各自的局域表面等離子體共振模式相互重疊和雜交，導(dǎo)致寬帶吸收。作為一種新型光熱轉(zhuǎn)換材料，新型等離子體吸收劑，如過渡金屬氮化物[29]具有較寬的光吸收帶寬、較低的成本以及最重要的高溫耐久性，正在被不斷開發(fā)和研究以滿足太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換應(yīng)用的需要。1.3太陽(yáng)能蒸發(fā)材料研究進(jìn)展太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)中已經(jīng)探索了多種太陽(yáng)能吸收材料，包括碳基和等離子體基吸收材料等，取得了較多的研究成果。Li等[30]通過對(duì)天然木材進(jìn)行簡(jiǎn)單的化學(xué)處理而制備了一種纖維素膜，結(jié)果表明，將電解質(zhì)滲透到纖維素膜后，熱產(chǎn)生的電壓顯著增強(qiáng)，證明了使用木質(zhì)纖維素納米纖維進(jìn)行熱能采集的可行性。Hu等[31]研究了一種石墨烯基的氣凝膠，RGO-SA-CNT氣凝膠具有由還原氧化石墨烯（RGO）薄片、碳納米管（CNT）和海藻酸鈉（SA）組成的多孔結(jié)構(gòu)，具有優(yōu)異的太陽(yáng)光譜吸收性能(≈在200–2500nm范圍內(nèi)為92%），良好的親水性和多孔網(wǎng)絡(luò)，可以用于高效供水和蒸汽通道，以及用于熱定位的隔熱性能，并且在一個(gè)陽(yáng)光功率下照射（1kW·m-2）下可實(shí)現(xiàn)約83%的能量傳輸效率)。Jin[32]等研究了基于金納米顆粒的太陽(yáng)能體積接收器的蒸汽產(chǎn)生機(jī)理。研究結(jié)果表面，在220個(gè)太陽(yáng)光下，12.75ppm的金納米顆粒分散體可實(shí)現(xiàn)高達(dá)80.3%的光熱轉(zhuǎn)換效率，在1.02ppm的濃度下可達(dá)到52kW/g的比吸收率。1.4大氣集水-太陽(yáng)能蒸發(fā)系統(tǒng)研究進(jìn)展在研究高效的集水-蒸發(fā)材料的同時(shí)，優(yōu)秀的集水-蒸發(fā)系統(tǒng)同樣也能提高材料的集水-蒸發(fā)效率。Talaat等[33]在埃及對(duì)使用CaCl2的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)便攜式設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和理論研究。研究中的裝置質(zhì)量約為2.5kg，由干燥劑溶液浸泡的紡織布制成的雙面錐形吸收器、雙面透明錐形蓋、中心的伸縮桿作為組成。實(shí)驗(yàn)在2016年10月至12月和2017年4月之間進(jìn)行，中午時(shí)的溫度可以達(dá)到60-80℃，測(cè)量的集水量的范圍在十月的0.33kg·m-2·d-1和四月的0.63kg·m-2·d-1之間波動(dòng)。Srivastava等[34]用不同的復(fù)合材料測(cè)試了循環(huán)系統(tǒng)。復(fù)合材料是1.5kg沙子和鹽溶液的混合物，即氯化鋰、氯化鈣和溴化鋰，濃度為37%。在解吸過程中，使用反射器將太陽(yáng)輻射集中在一個(gè)固定點(diǎn)，以加熱材料。材料被放置在一個(gè)尺寸為11×13×1cm的盒子里，作為接收器放置在反射器前面，盒子的頂部是玻璃。實(shí)驗(yàn)于11月底至12月初在印度哈里亞納庫(kù)魯克謝特拉進(jìn)行。吸收過程始于夜間，當(dāng)時(shí)環(huán)境濕度比為8-12g·kg-1。解吸過程從上午9點(diǎn)開始，在解吸過程中，太陽(yáng)輻射從300升高到650W·m-2，濕度比為7-14g·kg-1，材料溫度增加到140℃。結(jié)果表明，當(dāng)脫附時(shí)間為330、270和270min時(shí)，LiCl/砂、CaCl2/砂和LiBr/砂的最大日集水量分別為0.09、0.115和0.073kg·d-1。參考文獻(xiàn)侯春梅，張志強(qiáng)，遲秀麗．《聯(lián)合國(guó)世界水資源開發(fā)報(bào)告》呼吁加強(qiáng)水資源綜合管理[J]．地球科學(xué)進(jìn)展，2006(11)：1211-1214．何航，趙健，劉慶慶，等.區(qū)域水資源短缺類型界定和宏觀分析[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià),2019,41(05):36-39+58.董維娜.生態(tài)文明建設(shè)背景下水資源可持續(xù)發(fā)展研究——評(píng)《中國(guó)水資源與可持續(xù)發(fā)展》[J].人民黃河,2019,41(11):173.中國(guó)水資源現(xiàn)狀不容樂觀[J].電網(wǎng)與清潔能源,2008(08):77.LaurenF.Greenlee;DesmondF.Lawler;BennyD.Freeman,etal.Reverseosmosisdesalination:watersources,technology,andtoday'schallenges[J].WaterResearch,2009,43(9):2317-2348.張中偉,郭瑞堂,秦陽(yáng),等.金屬有機(jī)框架材料在光催化還原CO_2中的應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報(bào),2021,35(21):21058-21070.ZhaoF,ZhouX,ShiY,etal.HighlyEfficientSolarVapourGenerationviaHierarchicallyNanostructuredGels[J].Nat.Nanotechnol,2018,13,489?495.ScrivaniA,BardiU.AstudyoftheuseofsolarconcentratingplantsfortheatmosphericwatervapourextractionfromambientairintheMiddleEastandNorthernAfricaregion[J].Desalination,2008,220(1-3):592-599.KimH,YangS,RaoSR,etal.Waterharvestingfromairwithmetal-organicframeworkspoweredbynaturalsunlight[J].Science,2017,356(6336):430-432.AttarNF,KhaliliK,BehmaneshJ,etal.Onthereliabilityofsoftcomputingmethodsintheestimationofdewpointtemperature:thecaseofaridregionsofIran[J].ComputersandElectronicsinAgriculture,2018,153:334-346.EjeianM,WangRZ.Adsorption-basedatmosphericwaterharvesting[J].Joule,2021,5(7):1678-1703.KumarM,YadavA.Experimentalinvestigationofdesignparametersofsolarglassdesiccantboxtypesystemforwaterproductionfromatmosphericair[J].JournalofRenewableandSustainableEnergy,2015,7(3):e033122.ZhengX,GeTS,WangRZ.Recentprogressondesiccantmaterialsforsoliddesiccantcoolingsystems.[J]Energy,2014,74(1):280-294.WuQN,SuW,LiQQ,etal.EnablingContinuousandImprovedSolar-DrivenAtmosphericWaterHarvestingwithTi3C2-IncorporatedMetal-OrganicFramework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