木基光热转化材料的制备及海水淡化性能研究
发布时间：2021-04-15 00:42
木材是地球上最丰富的可再生资源之一。它因具有较高的机械强度,良好的可加工性以及可生物降解性,而被广泛应用在人类生活的各个方面,包括建筑,纺织,新材料等。其中,椴木就是一种优良的木材,其管孔均匀,通量高,极少有侵填体堵塞管孔,导管有螺纹加厚,支撑性能好,表面炭化后在光热材料以及海水淡化领域有着不错的表现。本研究以椴木块为原材料,即原木,通过均匀的水热炭化处理,来获得木基光热转化材料,并具备优良的海水淡化性能,开展工作具体如下:使用反应釜对去离子水中的原始椴木块进行水热炭化处理,该方法对木材炭化均匀,很少发生开裂和变形,并获得一种均匀炭化木（Uniform carbonized wood,UCW）。通过控制不同的温度和时间来得到5种样品,根据光热转化性能测试筛选出性能较好的样品（UCW5）以及较优的反应条件（180℃,8 h）。采用扫描电镜（SEM）和X射线光电子能谱（XPS）的表征方法,分析了对照样和UCW5的微观形貌以及C、O元素分布情况,结果表明UCW5保留了木材的基本形貌和结构,但部分孔径略有收缩。通过紫外-可见-近红外分光光度计（UV-Vis-NIR）、接触角和热重（TG）分析表...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１木材细胞壁的构造图［１习??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｏｏｄ?ｃｅｌｌ?ｗａｌｌ［１５］??
，并在１个太阳光照强??度下，ｌＯｍｉｎ内，湿态样品的温度由２１°Ｃ升高到３８°Ｃ，并且该方法操作简单，原材料廉??价易得，可以做成大型的木基光热转化材料ｔ４Ｑ］。将钯、金和银纳米颗粒沉积到木材表面??后，可以获得一种具备优良光热性能的等离子木材，在波长为２００－２５００ｎｍ的范围内，??材料可达到大约９９％光吸收率，在１个太阳光照强度下表面温度可以达到３０．６°Ｃ，而在??５个太阳光照强度下表面温度可以达到５５°Ｃ，表明其具备超高的光吸收率和较强的光热??转化能力??＾?４??图１－２木基光热转化材料示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｏｏｄ－ｂａｓｅｄ?ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ１３＾??１．４海水淡化技术的探索??１．４．１水资源现状??全球性淡水资源短缺是２１世纪面临最严峻的挑战之一［夂４３］。据报道地球上大约??只有２．６％的水资源才被认为是淡水资源，由于各种原因，人类仅能获得其中的１％。淡??水资源是大自然中生物生存的必备物质，但随着世界人口的不断增长，淡水资源的消耗??量也在不断增加。据估计，到２０２５年，全世界６０％的人口将面临中度到极端的淡水资源??短缺问题＃１。淡水资源在全球的分布非常不均匀，尤其是在中东和北非等一些炎热干旱??－４－??
污染的主要原因，除此之外，固??体废渣和废气也会在一定程度上污染水体；在农业生产方面，化肥与农药的滥用严重污??染了地下水资源，淡水资源的污染使得原本稀缺的淡水资源面临更加匮乏的窘境。??面对淡水资源短缺以及淡水资源污染日益严重的难题，人们己经开发了许多水处理??技术，例如絮凝沉积［４８，４９］，高级氧化［５（），５１光催化［５２］等等。由于这些技术并没有很好地??解决问题，于是人们开始将目光投向丰富的海水资源。??１．４．２传统海水淡化技术??目前，全球的海水淡化技术有很多种，如图１－３所示，这些技术主要通过从海水中??分离水或分离盐这两种途径来实现海水淡化，其中薄膜法和蒸馏法己经具备工业化生产??规模并成为主流技术［５３１，而反渗透法和多级闪蒸法分别是薄膜法和蒸馏法中的主要技术??［５￣。但是，薄膜法投资和维修成本较高，操过过程较复杂，而传统的蒸馏法耗能较大，??并且大部分都利用化石能源的燃烧产生热能，浪费资源的同时也对环境造成了污染［５５］。??于是，人们开始探索节能环保的海水淡化技术。??多级闪蒸法＞＿气压缩蒸馏法ｊ??ｆ｜蒸馏法｜－??，＾低温多效法＇?｜太阳能蒸馏法??ｖ?，?‘、???＇?冷冻法?直接冷冻法?ｆ间接冷冻法＇??！？从海水中分离水Ｉ－??＾?Ｉ?ｊ?Ｌ?＿???????｛?—?／??＇?，??水合物法?，?、??；每?－?－＝１—＝＾＝．．?结晶法??水?｜溶剂萃取法?＾??楚－?Ｉｆ反渗透法ｊ?．??７３?ｈ?薄膜法??牛?．?？?—－??Ｋ…?ｒ：电渗析法??；ｖ?）?，?、?Ｖ??＇??从海水中分
本文编号：3138322
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１木材细胞壁的构造图［１习??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｏｏｄ?ｃｅｌｌ?ｗａｌｌ［１５］??
，并在１个太阳光照强??度下，ｌＯｍｉｎ内，湿态样品的温度由２１°Ｃ升高到３８°Ｃ，并且该方法操作简单，原材料廉??价易得，可以做成大型的木基光热转化材料ｔ４Ｑ］。将钯、金和银纳米颗粒沉积到木材表面??后，可以获得一种具备优良光热性能的等离子木材，在波长为２００－２５００ｎｍ的范围内，??材料可达到大约９９％光吸收率，在１个太阳光照强度下表面温度可以达到３０．６°Ｃ，而在??５个太阳光照强度下表面温度可以达到５５°Ｃ，表明其具备超高的光吸收率和较强的光热??转化能力??＾?４??图１－２木基光热转化材料示意图??Ｆｉｇｕｒｅ?１－２?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｗｏｏｄ－ｂａｓｅｄ?ｐｈｏｔｏｔｈｅｒｍａｌ?ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ?ｍａｔｅｒｉａｌ１３＾??１．４海水淡化技术的探索??１．４．１水资源现状??全球性淡水资源短缺是２１世纪面临最严峻的挑战之一［夂４３］。据报道地球上大约??只有２．６％的水资源才被认为是淡水资源，由于各种原因，人类仅能获得其中的１％。淡??水资源是大自然中生物生存的必备物质，但随着世界人口的不断增长，淡水资源的消耗??量也在不断增加。据估计，到２０２５年，全世界６０％的人口将面临中度到极端的淡水资源??短缺问题＃１。淡水资源在全球的分布非常不均匀，尤其是在中东和北非等一些炎热干旱??－４－??
污染的主要原因，除此之外，固??体废渣和废气也会在一定程度上污染水体；在农业生产方面，化肥与农药的滥用严重污??染了地下水资源，淡水资源的污染使得原本稀缺的淡水资源面临更加匮乏的窘境。??面对淡水资源短缺以及淡水资源污染日益严重的难题，人们己经开发了许多水处理??技术，例如絮凝沉积［４８，４９］，高级氧化［５（），５１光催化［５２］等等。由于这些技术并没有很好地??解决问题，于是人们开始将目光投向丰富的海水资源。??１．４．２传统海水淡化技术??目前，全球的海水淡化技术有很多种，如图１－３所示，这些技术主要通过从海水中??分离水或分离盐这两种途径来实现海水淡化，其中薄膜法和蒸馏法己经具备工业化生产??规模并成为主流技术［５３１，而反渗透法和多级闪蒸法分别是薄膜法和蒸馏法中的主要技术??［５￣。但是，薄膜法投资和维修成本较高，操过过程较复杂，而传统的蒸馏法耗能较大，??并且大部分都利用化石能源的燃烧产生热能，浪费资源的同时也对环境造成了污染［５５］。??于是，人们开始探索节能环保的海水淡化技术。??多级闪蒸法＞＿气压缩蒸馏法ｊ??ｆ｜蒸馏法｜－??，＾低温多效法＇?｜太阳能蒸馏法??ｖ?，?‘、???＇?冷冻法?直接冷冻法?ｆ间接冷冻法＇??！？从海水中分离水Ｉ－??＾?Ｉ?ｊ?Ｌ?＿???????｛?—?／??＇?，??水合物法?，?、??；每?－?－＝１—＝＾＝．．?结晶法??水?｜溶剂萃取法?＾??楚－?Ｉｆ反渗透法ｊ?．??７３?ｈ?薄膜法??牛?．?？?—－??Ｋ…?ｒ：电渗析法??；ｖ?）?，?、?Ｖ??＇??从海水中分
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