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工程师将太阳能海水淡化系统的产量提高50%

将太阳光集中在发热膜上的微小点上然后利用了光热加热和蒸气压之间固有的和以前未被认识到的非线性关系。莱斯大学用阳光和纳米粒子净化盐水的太阳能方法甚至比它的创造者认为的更有效。

科学发现

赖斯纳米光子学实验室(LANP)的研究人员本周表示,他们可以通过添加便宜的塑料镜片将太阳光聚集到热点,将太阳能海水淡化系统的效率提高50%以上。相关的研究报告可在美国国家科学院院刊网站上获得。

赖斯布朗工程学院应用物理专业研究生在论文中表示说:“提高太阳能驱动系统性能的典型方法是增加太阳能聚光器并带来更多光线。这里的最大区别在于我们使用相同数量的光,可以低成本地重新分配这种能量,并大大提高纯净水的生产率。

在传统的膜蒸馏中,热的海水流过片状膜的一侧,而冷却的过滤水流过另一侧。温差产生蒸汽压差,其驱使水蒸气从加热侧通过膜朝向较冷的较低压侧。膜的温度差和由此产生的清洁水输出随膜的尺寸增加而减小。赖斯的“”(NESMD)技术通过使用光吸收纳米粒子将膜本身转变为太阳能驱动的加热元件来解决这个问题。

纳米光子学太阳能膜蒸馏

莱斯大学的研究人员Pratiksha DongareAlessandro AlabastriOara Neumann表明,当设备的尺寸放大并且光线集中在热点时,莱斯的纳米光子学太阳能膜蒸馏NESMD)系统效率更高Dongare及其同事,包括亚历山德罗·阿拉巴斯特里(Alessandro Alabastri),用低成本的市售纳米粒子涂覆其膜的顶层,这些纳米粒子旨在将80%以上的太阳能转化为热能。太阳能驱动的纳米颗粒加热降低了生产成本,赖斯工程师正在努力扩大该技术,以应用于无法获得电力的偏远地区。

NESMD中使用的概念和粒子首先在2012年由LANP主任Naomi Halas和研究科学家Oara Neumann展示,他们都是新研究的共同作者。在本周的研究中,HalasDongareAlabastriNeumannLANP物理学家Peter Nordlander发现他们可以利用入射光强度和蒸气压之间固有的,以前未被认识到的非线性关系。

Alabastri是莱斯电气和计算机工程系的物理学家和德州仪器研究助理教授,他使用一个简单的数学例子来描述线性和非线性关系之间的差异。如果你取任何两个数字相等的10 - 7355,64 - 如果你把它们加在一起,你总会得到10。但是如果这个过程是非线性的,你可能会将它们平方甚至立方体所以,如果我们有九个和一个,那将是九个平方,或81个,加一个平方,等于82.这远远好于10,这是你可以用线性关系做的最好的。

纳米光子学太阳能膜蒸馏

NESMD的情况下,非线性改进来自于将太阳光聚集成微小的斑点,就像孩子可能在晴天用放大镜一样。将光线集中在膜上的微小点上会导致热量的线性增加,但加热反过来会产生蒸汽压的非线性增加。并且增加的压力迫使更多纯化的蒸汽在更短的时间内通过膜。

莱斯大学纳米光子学实验室的研究人员发现,通过添加廉价的塑料镜片将太阳光聚集到“热点”,他们可以将太阳能海水淡化系统的效率提高50%以上。

Halas是一位化学家和工程师,他花了超过25年的时间开创了光活化纳米材料的使用,他说:这种非线性光学过程提供的效率非常重要,因为缺水是世界上大约一半人的日常现实,有效的太阳能蒸馏可以改变这种情况,除了水净化之外,这种非线性光学效应还可以改善利用太阳能加热来驱动光催化等化学过程的技术。”

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