利用凸透镜原理能将太阳能海水淡化系统效率提高50%以上

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作者:Rice University

莱斯大学的太阳能洁净间海水的最好的方法在阳光和纳米颗粒的作用下比它的创造者们最初认为的更有效。

莱斯大学纳米光子学实验室(LANP)的研究人员本周表示,假使 增加便宜的塑料透镜将阳光集中到“热点”中,就都可以将太阳能海水淡化系统的时延提高50%以上。研究结果可在《美国国家科学院院院刊》在线获得。

“提高太阳能驱动系统性能的典型最好的方法是增加太阳能浓缩器并引入更多的光,”Pratiksha Dongare说,他是莱斯布朗工程学院应用物理研究生,也是论文的一块儿作者。“这里最大的区别是朋友使用的是相同数量的光。朋友原困证明,以低廉的价格重新分配电能并大幅提高纯净水的生产时延原困的。”

在传统的膜蒸馏中,热水、盐水流过片状膜的一侧,而冷水、过滤水流过另一侧。温差产生蒸汽压差,将水蒸汽从加热侧通过膜推向冷却器、低压侧。扩大这项技术的规模是困难的,原困膜上的温差——以及由此产生的洁净间水的输出——会随着膜的尺寸的增大而减小。赖斯的“纳米光子学使太阳能膜蒸馏”(NESMD)技术通过使用光吸收纳米颗粒将膜四种 转化为太阳能驱动的加热元件来补救四种 现象。

Dongare和他的同事,包括该项研究的合著者Alessandro Alabastri,在朋友的膜的顶层涂上了低成本的,商业上可买到的纳米粒子,那先 纳米粒子都可以将超过50%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,莱斯大学的工程师正在努力扩大这项技术的应用范围,使其应用于电力不足的偏远地区。

NESMD中使用的概念和粒子在2012年由LANP主管Naomi Halas和研究科学家Oara Neumann首次证明,朋友不是这项新研究的一块儿作者。在本次的研究中,Halas、Dongare、Alabastri、Neumann和LANP的物理学家Peter Nordlander发现,朋友都可以利用入射光时延和蒸汽压之间固有的和后来未被发现的非线性关系。

Alabastri是一位物理学家,也是德州仪器研究部的助理教授,他在莱斯大学的电气和计算机工程系。他用有三个小 多多简单的数学例子来描述线性和非线性关系之间的区别。“原困你取任意有三个小 多多等于10的数——7和3,5和5,6和4——原困你把它们打上去一块儿,你总会得到10。有之前 原困过程是非线性的,我就在打上去后来将它们平方,甚至是立方。原困朋友有9和1,那就说 9的平方,原困81,打上去1的平方,等于82。这远远好于10,这是线性关系的最佳确定 。”

在NESMD的例子中,非线性改进来自于将阳光集中到微小的地方,就像有三个小 多多孩子在阳光明媚的日子拿着放大镜一样。将光集中在膜上的有三个小 多多小点上会原困热量线性增加,但反过来,加热会产生蒸汽压力的非线性增加。增加的压力迫使更多的洁净间蒸汽在更短的时间内通过膜。

Alabastri说:“朋友发现,在较小的区域拥有更多的光子总比光子在整个薄膜上均匀分布要好。”

化学家和工程师Halas在光激活纳米材料的应用上花费了25年的时间,朋友说:“四种 非线性光学过程提供的时延非常重要,原困缺水是世界上最少一半人的日常生活,而高效的太阳能蒸馏都可以改变四种 点。”

Halas还说道:“除了水洁净间,四种 非线性光学效应还都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。”

类式,LANP正在开发四种 铜基纳米颗粒,用于在环境压力下将氨转化为氢燃料。

Halas是斯坦利·C·摩尔(Stanley C.Moore)的电子计算机工程教授,莱斯斯莫利·库尔研究所所长,化学、生物工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授。

NESMD正在莱斯纳米技术水补救中心(NEWT)进行开发,并于2018年获得了能源部太阳能淡化项目的研发资金。

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