网状骨架CVD生长碳纳米管用于重盐水脱盐

发布时间：2021-01-07 20:28

　　目前,太阳能海水淡化领域通过光子管理、纳米尺度热调控、开发新型光热转换材料、设计高效光吸收太阳能蒸馏器等方法实现了界面太阳能驱动蒸汽生成,这种绿色、可持续的脱盐技术已成为近年来的研究热点。碳基材料如碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵盖整个太阳光光谱的光吸收能力,是一类新型的光热转换材料。本文通过对材料进行微结构设计,使用化学气相沉积（CVD）技术,在不锈钢网状骨架上生长碳纳米管形成光热转换活性区,以实现高效光吸收、光热转换,并进一步设计了房屋型太阳能蒸发器,其中盐水表面被微米网状-碳纳米管蒸发膜覆盖,利用光热转换过程产生的热量驱动重盐水中的水蒸发产生水蒸气,最后对水蒸气进行冷凝回收实现脱盐。实验结果表明,当光照强度为1个太阳光(1 kW·m^-2)时,膜表面温度迅速升高并稳定于84.37°C,对于重盐水(100 g·L^-1 NaCl)的脱盐率达到99.92%,可实现稳定持续的重盐水脱盐。这种方法可用于构建多孔界面光热转换脱盐系统,对设计界面光蒸汽转化膜材料及器件,实现规模化海水淡化具有重要的意义。 

【文章来源】：物理化学学报. 2020,36(09)北大核心

【文章页数】：9 页

【部分图文】：

微米网状-碳纳米管膜制备过程及蒸发原理与太阳能蒸发器示意图。(a)化学气相沉积法制备微米网状-碳纳米管膜用于太阳能蒸发的机理示意图；(b)太阳能蒸发器光学照片；(c)太阳能蒸发器在光照30 min后的光学照片

如图4a所示，我们把三个不同的膜样品：化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜、机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜1、机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜2置于太阳光模拟器下，太阳光模拟器与微米网状-碳纳米管膜表面的垂直距离为14.0 cm，使用红外热像仪与电脑记录温度数据和红外热成像图片，比较不同光功率密度下膜的表面温度。测量过程中，所有的膜都被固定在聚丙烯(PP)泡沫上，以减少样品与金属载物台表面的热交换。当太阳光功率密度为1 k W·m-2时，三种不同膜的表面温度均快速上升并稳定于85°C左右。如图4b所示，随着太阳光功率密度从1k W·m-2增加到4 k W·m-2，三个膜的表面温度也随之升高。三个膜的平衡表面温度在太阳光功率密度为4 k W·m–时均能达到150.2°C，如图4c，这一结果证明微米网状-碳纳米管膜具有较强的光热转换能力。图3 化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜在(a)低倍和(b–d)高倍条件下的显微镜图像

图3 化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜在(a)低倍和(b–d)高倍条件下的显微镜图像图5 太阳光蒸发器蒸发性能及脱盐效果。(a)化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜与机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜1、2的蒸发速率及能量利用效率对比图；(b)化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜脱盐率测试结果


本文编号：2963191