सौर ऊर्जेचा कार्यक्षमतेने वापर करून गोडे पाणी तयार करण्याच्या क्षमतेमुळे, सौर-चालित आंतरपृष्ठीय बाष्पीभवन (SIE) हे गोड्या पाण्याच्या टंचाईवर मात करण्यासाठी सर्वात आश्वासक तंत्रज्ञानांपैकी एक मानले जाते. याव्यतिरिक्त, सांद्र क्षारयुक्त सांडपाण्यावर प्रक्रिया करण्यासाठी सौर बाष्पीभवकांचे काही विशेष फायदे आहेत . बाष्पीभवन प्रक्रियेत उप-उत्पादन म्हणून केवळ मिठाचे स्फटिक तयार होतात, ज्यामुळे शून्य द्रव विसर्जन साध्य होते. तथापि, बाष्पीभवकामध्ये मीठ साचल्यामुळे प्रकाशाच्या शोषणात अडथळा येतो आणि वाफेच्या बाहेर पडण्यावर परिणाम होतो, ज्यामुळे अखेरीस बाष्पीभवकाच्या बाष्पीभवन क्षमतेत घट होते किंवा तो निकामीही होतो.
ही समस्या कमी करण्यासाठी, काही संशोधकांनी "मीठ अभिसरण" धोरण प्रस्तावित केले आहे. म्हणजेच, द्रावणासाठी एक अभिसरण मार्ग तयार केला आहे ज्यामुळे मीठ आयन परत समुद्रात वाहू शकतील, ज्यामुळे बाष्पीभवन पृष्ठभागावर मीठ स्फटिक होण्यापासून रोखले जाईल, ज्यामुळे सतत आणि स्थिर बाष्पीभवन होईल. तथापि, या पद्धतीमुळे द्रावणाची क्षारता वाढेल आणि मीठ स्फटिकीकरणाची समस्या अजूनही अटळ आहे.
दुसरा उपाय म्हणजे "खारट करणे" ही रणनीती. म्हणजेच, रचना अशा प्रकारे नियंत्रित केली जाते की मीठ बाष्पीभवन नसलेल्या क्षेत्रात प्राधान्याने स्फटिकीकृत केले जाते, ज्यामुळे बाष्पीभवन कामगिरीवर मीठ स्फटिकीकरणाचा प्रभाव कमी होतो, ज्यामुळे मीठ आणि गोड्या पाण्याचे एकाच वेळी संकलन साध्य होते. तथापि, "खारट करणे" या रणनीतीला व्यावहारिक वापरात अजूनही काही गंभीर आव्हानांना तोंड द्यावे लागते.
प्रथम, एक-आयामी समुद्र वाहतूक शोषण क्षमता मर्यादित करते, ज्यामुळे एकूण बाष्पीभवन दर लक्षणीयरीत्या कमी होतो. दुसरे म्हणजे, मीठ स्फटिकीकरण धोरणासाठी मीठ स्फटिकांचे नियमित काढून टाकणे आवश्यक आहे, जे त्यांच्या मजबूत चिकटपणामुळे बाष्पीभवन पृष्ठभागावरून आपोआप पडणे कठीण असते. जर जमा केलेले मीठ वेळेवर काढून टाकले नाही तर बाष्पीभवन कार्यक्षमता अपरिहार्यपणे कमी होईल. याव्यतिरिक्त, अनेक उच्च-कार्यक्षमता असलेल्या सौर बाष्पीभवनांना उच्च-दाब, कमी-व्हॅक्यूम किंवा उच्च-तापमान उष्णता उपचारांसारख्या धोकादायक किंवा वेळखाऊ तयारी प्रक्रियांची आवश्यकता असते.
म्हणूनच, शून्य द्रव डिस्चार्ज डिसॅलिनेशनसाठी सोप्या तयारी प्रक्रियेद्वारे दीर्घकालीन, कार्यक्षम आणि स्थिर पाण्याचे बाष्पीभवन आणि मीठ संकलन साध्य करण्यासाठी टिकाऊ सौर बाष्पीभवन यंत्र विकसित करणे हे एक अप्राप्य वैज्ञानिक ध्येय आहे.
वरील आव्हानांवर आधारित, शेडोंग फर्स्ट मेडिकल युनिव्हर्सिटीच्या संशोधन पथकाने त्रिमितीय ग्रेडियंट ग्राफीन स्पायरल एअरजेल बाष्पीभवन तयार केले, जे उच्च-सांद्रता असलेल्या खाऱ्या पाण्याचे कार्यक्षम सौर बाष्पीभवन साध्य करू शकते आणि शून्य द्रव स्त्राव साध्य करू शकते.
कार्यक्षम सौर शोषण, पूर्ण ऊर्जेचा वापर, उत्कृष्ट क्षार प्रतिकार आणि दीर्घकालीन स्थिरता या बाबतीत सौर बाष्पीभवनकर्त्यांच्या कठोर आवश्यकता पूर्ण करण्यासाठी, प्रकल्पाची रचना प्रामुख्याने खालील चार प्रमुख मुद्द्यांवर लक्ष केंद्रित करते:
स्ट्रक्चरल डिझाइन आणि रासायनिक स्थिरता वाढीवर लक्ष केंद्रित करा
दीर्घकाळ टिकणारे, कार्यक्षम आणि स्थिर सौर विलवणीकरण साध्य करण्यासाठी बाष्पीकरण यंत्राला एक मजबूत जाळीदार रचना आणि रासायनिक स्थिरता असणे अत्यावश्यक आहे. त्यामुळे, त्यांनी सौर बाष्पीकरण यंत्राचा आधारभूत सांगाडा म्हणून कमी किमतीच्या, अति-जलस्नेही, उच्च सच्छिद्रता आणि उच्च लवचिकतेच्या मेलामाइन फोमची निवड केली.
त्यानंतर त्यांनी मेलामाइन फोम वापरून सांगाडा म्हणून वापरलेल्या ग्राफीन एरोजेलच्या यांत्रिक गुणधर्मांचा अभ्यास केला, ज्यामध्ये कॉम्प्रेशन, बेंडिंग आणि टेन्शन यांचा समावेश होता, जेणेकरून त्यांच्या यांत्रिक गुणधर्मांचे सर्वसमावेशक मूल्यांकन करता येईल.
प्रत्यक्ष वापराच्या परिस्थितीत त्याची मजबूती आणि टिकाऊपणा अधिक पडताळण्यासाठी, संशोधन पथकाने विविध अत्यंत परिस्थितीत चाचण्या केल्या.
विशेषतः, त्यांनी नमुन्याला हवेत आणि पाण्यात 20 वेळा वारंवार वाकवले, आम्लधर्मी आणि अल्कधर्मी द्रावणांमध्ये भिजवले आणि उच्च तापमान आणि अल्ट्रासोनिक ढवळणे यांसारख्या कठोर वातावरणात ठेवले.
या कठोर चाचण्यांनंतर, त्यांना नमुन्याच्या स्वरूप आणि सूक्ष्म संरचनेत कोणतेही महत्त्वपूर्ण बदल आढळले नाहीत, ज्याने त्याची उत्कृष्ट टिकाऊपणा आणि संरचनात्मक स्थिरता पूर्णपणे दर्शविली.
उत्पादन प्रक्रियांचे सरलीकरण आणि आर्थिक सुधारणा यावर लक्ष केंद्रित करा.
बाष्पीभवन उत्पादन प्रक्रियेत साधेपणा आणि किफायतशीरता प्राप्त करण्यासाठी आणि महागड्या उपकरणांचा वापर टाळण्यासाठी, त्यांनी खालील तयारी चरणांची रचना केली:
पहिली पायरी म्हणजे गरम दाबणे
हॉट प्रेसिंग तंत्रज्ञानाचा वापर करून, संशोधन पथकाने वेगवेगळ्या जाडीच्या मेलामाइन फोम्सचे संकुचन करून १ मिमी जाडीची प्री-प्रेस्ड मेलामाइन फिल्म मिळवली.
या प्रक्रियेदरम्यान, नमुन्याच्या मूळ जाडीचे अंतिम संकुचित जाडीशी असलेले गुणोत्तर वाढत असताना, पूर्व-दाबलेल्या मेलामाइन फिल्मच्या छिद्रांचा आकार 150 μm पासून 20 μm पर्यंत सूक्ष्मपणे नियंत्रित केला जातो, ज्यामुळे एक अद्वितीय त्रि-आयामी ग्रेडियंट नेटवर्क संरचना तयार होते.
दुसरा टप्पा म्हणजे पृष्ठभागावर फवारणी करणे
स्प्रे बॉटलचा वापर करून , पूर्व-दाबलेल्या मेलामाइन फिल्मच्या पृष्ठभागावर ग्राफीन ऑक्साईड सस्पेंशन समान रीतीने फवारा . फिल्ममध्ये ग्राफीन ऑक्साईडचे एकसमान वितरण साधले गेले, ज्यामुळे पुढील सौर क्षपणासाठी पाया घातला गेला.
तिसरी पायरी म्हणजे वातावरणीय दाबाने कोरडे करणे
फवारणी केल्यानंतर, त्यांनी नैसर्गिक हवा सुकविण्यासाठी फिल्म थेट हवेत ठेवली. हे पाऊल फ्रीज सुकवणे, सुपरक्रिटिकल सुकवणे आणि सॉल्व्हेंट रिप्लेसमेंट यासारख्या जटिल, वेळखाऊ आणि ऊर्जा घेणारी तयारी प्रक्रिया टाळते.
चौथी पायरी म्हणजे सूर्यप्रकाश कमी करणे
म्हणजेच, नमुन्यावर सूर्यप्रकाश केंद्रित करण्यासाठी भिंगाचा वापर करणे. अतिनील किरणांच्या प्रभावाखाली, नमुन्याच्या पृष्ठभागाचा रंग तपकिरी ते काळा रंगात त्वरीत बदलतो, जे दर्शविते की ग्राफीन ऑक्साईड यशस्वीरित्या कमी केलेल्या ग्राफीन ऑक्साईडमध्ये कमी केले गेले आहे.
ही सौरऊर्जा कमी करण्याची पद्धत केवळ वापरण्यास सोपी आणि पर्यावरणपूरक नाही, तर त्यासाठी रासायनिक कमी करणारे एजंट किंवा उच्च-तापमान थर्मल कमी करण्याच्या प्रक्रियेचा वापर करण्याची आवश्यकता नाही, ज्यामुळे उत्पादन खर्च आणि पर्यावरणीय प्रदूषण लक्षणीयरीत्या कमी होते.
कार्यक्षम सौरऊर्जा शोषण आणि ऊर्जेचा तोटा कमीत कमी करण्यावर लक्ष केंद्रित करा.
सौर बाष्पीभवनकर्त्यांनी केवळ विस्तृत श्रेणीतील सौर ऊर्जेचे शोषण आणि औष्णिक उर्जेमध्ये रूपांतर करणे आवश्यक नाही, तर विखुरलेले परावर्तन आणि औष्णिक किरणोत्सर्गामुळे होणारे ऊर्जेचे नुकसान कमी करणे आणि वातावरणातून अतिरिक्त ऊर्जा मिळवणे देखील आवश्यक आहे. सौर इंटरफेसवरील बाष्पीभवन प्रक्रिया तीन ऊर्जा प्रवाहांद्वारे नियंत्रित केली जाते: सौर ऊर्जा इनपुट, बाष्पीभवन ऊर्जा उत्पादन आणि वातावरणात विरघळणारी ऊर्जा.
दुर्दैवाने, पारंपारिक द्विमितीय सौर बाष्पीभवन यंत्रांना सभोवतालच्या वातावरणाशी उष्णता विनिमय झाल्यामुळे ऊर्जा अपव्यय समस्यांना तोंड द्यावे लागते, ज्यामुळे आदर्श १००% सौर-ते-वाष्प रूपांतरण कार्यक्षमता प्राप्त करणे कठीण होते. याउलट, त्रिमितीय सौर बाष्पीभवन यंत्र सौर-ते-वाष्प रूपांतरण कार्यक्षमतेची सैद्धांतिक मर्यादा तोडू शकतात.
त्रिमितीय नमुन्याच्या वरच्या पृष्ठभागावर पसरलेल्या परावर्तन आणि थर्मल रेडिएशनमुळे होणारे ऊर्जा नुकसान कमी करण्यासाठी, टीमने त्रिमितीय सर्पिल अवतल ग्राफीन एअरजेल डिझाइन केले.
या रचनेत केवळ जास्त शोषकता आणि कमी परावर्तकताच नाही तर त्याच्या बाजूच्या भिंती सभोवतालची उष्णता आणि तळापासून विखुरलेली परावर्तित उष्णता देखील शोषण्यास सक्षम आहेत, ज्यामुळे प्रभावी ऊर्जा पुनर्प्राप्ती शक्य होते.
मीठ सहनशीलता ऑप्टिमायझेशन आणि मीठ स्फटिकीकरण व्यवस्थापनावर लक्ष केंद्रित करा
म्हणजेच; एका अद्वितीय वाहतूक वाहिनीची रचना करून, ब्राइनच्या रेडियल वाहतुकीला चालना दिली जाते, ज्यामुळे मीठाचे दिशात्मक स्फटिकीकरण होते. ही रचना केवळ बाष्पीभवन पृष्ठभागावर मीठ साचण्यापासून आणि अडकण्यापासून प्रभावीपणे प्रतिबंधित करते असे नाही तर मीठाचे प्रभावी संकलन आणि वापर देखील साध्य करते, ज्यामुळे डिसॅलिनेशन प्रक्रियेची कार्यक्षमता आणि शाश्वतता लक्षणीयरीत्या सुधारते.
विशेषतः, त्यांनी पूर्व-दाबलेल्या मेलामाइन सच्छिद्र फिल्मवर आधारित एक त्रिमितीय ग्रेडियंट ग्राफीन नेटवर्क संरचना तयार केली . हे ग्रेडियंट ग्राफीन नेटवर्क, जे आतून विरळ आणि बाहेरून दाट असते, त्रिज्यीय केशिका बलातील फरक निर्माण करू शकते, ज्यामुळे खाऱ्या पाण्याच्या त्रिज्यीय वहनास चालना मिळते. जसजशी वाफ सतत निर्माण होत राहते, तसतसा खाऱ्या पाण्याचा त्रिज्यीय प्रवाह बाह्य पृष्ठभागावरील खाऱ्या पाण्याची घनता वाढवतो, ज्यामुळे क्षारांचे स्फटिकीकरण आतील पृष्ठभागाऐवजी बाह्य पृष्ठभागावर दिशात्मकरीत्या होते. ही रचना सुनिश्चित करते की बाष्पीकरण यंत्राच्या आतील पृष्ठभागावर बाष्पीभवनासाठी पुरेसे क्षेत्र टिकून राहील, ज्यामुळे कार्यक्षम आणि स्थिर सौर बाष्पीभवन साध्य होते.
हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की बाष्पीभवन क्षार स्फटिकीकरणासाठी त्याच्या संपूर्ण बाह्य पृष्ठभागाचा वापर करते, ज्यामुळे स्फटिकीकरण क्षेत्र इतर दिशात्मक स्फटिकीकरण बाष्पीभवनांपेक्षा खूप मोठे होते.
मिठाचे स्फटिक हे प्रामुख्याने सैल पॅक केलेल्या मीठाच्या स्फटिकांपासून बनलेले असतात ज्यात मुबलक छिद्रे असतात, जे खाऱ्या पाण्याच्या वाहतुकीसाठी आणि वाफेच्या मुक्ततेसाठी फायदेशीर असतात.
शिवाय, बाष्पीभवनाच्या थंड प्रभावामुळे, मीठ थराचे पृष्ठभागाचे तापमान सभोवतालच्या तापमानापेक्षा कमी असते. हे वैशिष्ट्य बाष्पीभवनाला वातावरणातून अधिक ऊर्जा शोषण्यास सक्षम करते, ज्यामुळे बाष्पीभवन कार्यक्षमता आणखी सुधारते.
लेख स्रोत: डीप टेक
संशोधन गट: शेडोंग फर्स्ट मेडिकल युनिव्हर्सिटी टीम रिसर्च ग्रुप
हा लेख येथून उद्धृत केला आहे: https://www.163.com/dy/article/J1RENDEH05119734.html
SINOYQX मेलामाइन फोमबद्दल अधिक माहितीसाठी, कृपया आमच्याशी [email protected] वर संपर्क साधा किंवा आम्हाला +86-28-8411-1861 वर फोन करा.
काही चित्रे आणि मजकूर इंटरनेटवरून पुनरुत्पादित केले आहेत आणि कॉपीराइट मूळ लेखकाचे आहे. जर काही उल्लंघन झाले असेल तर कृपया ते हटविण्यासाठी आमच्याशी संपर्क साधा.