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Jun 09, 2024

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Scientific Reports volume 12、記事番号: 4403 (2022) この記事を引用 4177 アクセス 4 引用 1 オルトメトリクスの詳細 太陽エネルギーを主な駆動源とする水蒸発システム

Scientific Reports volume 12、記事番号: 4403 (2022) この記事を引用

4177 アクセス

4 引用

1 オルトメトリック

メトリクスの詳細

太陽エネルギーを主要な駆動エネルギーとして利用する水蒸発システムは、近年広く注目を集めています。 この研究では、フレームワークとしてキトサンとポリビニル アルコール (PVA)、光熱材料としてカーボン ナノ粒子 (CNP) を使用したヒドロゲル蒸発器の調製方法と性能を研究します。 得られたCPC(キトサン/PVAおよびCNP)ヒドロゲルの蒸発速度は2.28kg m-2 h-1に達した。 同時に、本研究では二次元二層蒸着システムに基づいて三次元構造を設計します。 極小プール構造の蒸発器とドーム配列構造のヒドロゲルを設計した。 これら 2 つの構造は、それぞれ 2.28 kg m-2 h-1 および 3.80 kg m-2 h-1 という高効率の蒸発速度を達成します。 これらの最適化された設計により、システム全体の蒸発率が最大 66.7% 向上します。 開発された蒸発装置は、太陽光発電蒸発システムによる水浄化の新たな開発を促進する二層蒸発器の開発に有望な道筋を提供する。

水は人類の生存と経済発展を維持するための最も貴重な資源です1,2。 しかし、地表の淡水の量は限られており、増加する需要を満たすことができません。 同時に、海洋は地球の表面積の 70% 以上を占めています2。 したがって、海水を人間が利用できる淡水に変えるという問題は、人間社会の持続可能性を助けるために多くの研究者が取り組んでいる重要なテーマです。

従来の水蒸発工場は石油をベースにしています。 この方法は、重大な廃水汚染と温室効果ガスの排出を引き起こします。 環境汚染と金銭的コストを削減するために、研究者は蒸発の駆動エネルギーとして再生可能資源を利用する必要に迫られています3。 太陽光発電蒸気発生システムは、豊富で再生可能でクリーンな太陽エネルギーを利用して、海水を簡単に淡水に変換できる方法です4。 天日蒸留は、太陽が海水を蒸発点まで加熱する自然の水循環を模倣しています5。 蒸発後、水蒸気はより冷たい表面で凝縮します。 一般に、太陽光発電による水蒸気発生システムは 2 つのタイプに分類できます。 1 つは、太陽エネルギーを電気に変換して蒸発プロセスに動力を供給する太陽電池 (PV) 電池を使用する方法です。 もう1つは、太陽熱エネルギーを蒸発の駆動エネルギーとして直接利用するものです。 PV 脱塩システムには、逆浸透 (RO) と電気透析 (ED) が含まれます。 太陽熱システムには、多段フラッシュ (MSF)、多重効用蒸留 (MED)、蒸気圧縮 (VC)、凍結脱塩 (FD)、膜蒸留 (MD) が含まれます6。

太陽熱淡水化システムの現在の研究の主な目的は、光熱効率と精製後の蒸留水の品質を向上させることです。 研究者らは、光吸収体の熱吸収率、気液表面に太陽光を捕捉する能力、単位投影面積あたりの光吸収体の利用可能な表面積の改善に取り組んでおり、これらは高効率の淡水化システムを構築する上で重要な要素となるためです。 。

この二重層システムは、広帯域の吸収性能を備えた光吸収体、断熱バリア、および海水を光吸収体に移送する親水性の水路で構成されています。 優れた蒸発効率をもつこのシステムは盛んに研究されています。 2013 年に、Omara et al.7 は、真空太陽熱温水器、Jut ジオテキスタイル、太陽熱蒸留器を使用した 2 層の脱塩蒸留システムを設計しました。 この二重層角芯 (DLSW) ソーラーは、水の生産性を 114% 向上させました。 DLSW の 1 日あたりの平均効率は 71.5% で、夜間に熱汽水が供給された場合、蒸留水の生産性は 215% 増加しました。 Lee ら 8 は、効率的な太陽熱蒸発器として、炭化スクロースとポリジメチルシロキサンから構成される超親水性断熱微多孔膜を提案し、1.28 kg m-2 h-1 の精製水生産速度に達しました。 彼らの研究では、太陽エネルギーが唯一の駆動エネルギーとして使用されています。 光熱変換吸収材は太陽光から太陽エネルギーを受け取り、多孔質構造内の水を加熱します9。 広帯域のスペクトル吸収性能と高い光熱変換効率が必要です。