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安全饮用水的挑战:一种新型太阳能家用低成本净水系统

工程技术安全饮用水的挑战:一种新型太阳能家用低成本净水系统

研究描述了一种带有聚合物折纸的新型便携式太阳能蒸汽收集系统,可以以非常低的成本收集和净化水

全球对清洁的需求不断增加 由于人口增长、工业化以及地球自然资源的污染和枯竭。 太阳能蒸汽是一种技术 太阳能 可用于通过蒸发受污染的水,重新冷凝并产生新鲜的清洁水来净化水。 这项技术是一种清洁、可再生和可持续的绿色技术,有可能通过利用丰富的太阳能来解决全球清洁水短缺的问题。 太阳能蒸汽系统的强度和效率取决于其设计和光热材料的选择。 当前的太阳能蒸汽技术使用昂贵、笨重的材料,效率低且产量有限。 为了设计一种可直接供个人使用的轻量级和便携式太阳能蒸汽系统,提高性能和降低成本仍然是一个挑战。

在 28 月 XNUMX 日发表的一项新研究中 先进材料 研究人员通过设计一种低成本的便携式低压控制太阳能蒸汽收集系统来描述一种太阳能蒸汽的新方法,该系统可以利用阳光能量收集和净化水。 他们选择了一种称为聚吡咯 (PPy) 的光热聚合物材料,它具有导电性,以其光热特性而闻名,并且在将太阳光转化为热能方面表现出很高的效率。 这款太阳能蒸汽系统的独特设计灵感来自玫瑰花,由 3D 折纸 PPy 纸复合材料制成。 通过折纸折叠和 PPy 的化学聚合,创建了一个由分层黑色薄片组成的“PPy 玫瑰”,形状为花瓣。 这种折纸结构连接到一根茎状的注入棉花的管子上,该管子从水源收集原水/未经处理的水,并将其输送到放置在顶部的 PPy 玫瑰结构中。 注入棉花的管子和聚苯乙烯泡沫用于防止 PPy 材料和大量水之间的直接接触。

一旦未经处理的水到达花瓣,花结构中的 PPy 材料将水变成蒸汽,杂质自然地与水分离。 随后,需要冷凝水蒸气,然后需要收集干净的水以供使用。 研究人员通过使用便携式真空泵来使用低压条件。 这被认为显着提高了水蒸发和水收集的速度。 一旦水被冷凝,紧凑而坚固的收集玻璃罐可以安全地储存干净的水。

与传统的 3D 平面设计相比,2D 折纸提供了更高的光吸收和增强的水蒸发表面积。 由于腔室压力降低,水的蒸发和收集率提高了52%。 PPy 折纸将水蒸发量提高了 71%,还可以看到更高的蒸汽收集率。 在一种光源下,系统的整体效率提高了 91.5%。 该系统在来自美国德克萨斯州科罗拉多河的样本上进行了测试。 该系统去除了重金属、细菌、盐等形式的水污染,并降低了碱度,生产出符合世界卫生组织规定的饮用标准的清洁水。

目前的研究描述了一种新颖的、合理的设计,该系统采用 3D 折纸光热材料的便携式低成本太阳能蒸汽收集系统,可提高水蒸发和蒸汽收集的速度。 每个花状结构的成本不到2美分,每小时每平方米可以成功生产2升清洁水。 这种设计可以成为制造用于清洁水生产的太阳能蒸汽独特模型的灵感。

***

{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Li, W. 等。 2019. 带有聚吡咯折纸的便携式低压太阳能蒸汽收集系统。 先进材料。 http://doi.org/10.1002/adma.201900720

赛欧团队
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