新型太阳能材料可净化饮用水

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为战场上的士兵和世界各地的人民提供清洁水是必不可少的,但也是世界上最大的挑战之一。现在,一种由美国陆军资助开发的新型超吸水、超吸光的铝材料可能会改变这种状况。

在美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一个组成部分——陆军研究办公室的资助下,罗切斯特大学的研究人员开发了一种新型铝板,它能更有效地集中太阳能来蒸发和净化被污染的水。

ARO项目经理EvanRunnerstrom博士说。这些铝表面的超吸水和吸光特性相结合,可能会实现被动或低功耗的水净化。

研究人员开发了一种激光加工技术,可以将普通铝材变成漆黑,使其具有高吸收性,以及超吸水性(它能逆着重力上坡吸水)。然后,他们将这种超强吸收力和超强吸水力的铝应用于这种太阳能净水。

《NatureSustainability》中介绍的技术,是利用一阵飞秒(超短)激光脉冲来蚀刻普通铝板的表面。当铝板以面向太阳的角度浸入水中时,就会在金属表面向上吸附一层薄薄的水膜。同时,发黑的表面保留了近%从太阳中吸收的能量,迅速加热水。最后,吸水表面结构改变了水的分子间键,进一步提高了蒸发过程的效率。

这三样东西结合在一起,使得该技术能够以%的效率优于理想的设备运行。罗切斯特大学光学教授ChunleiGuo教授说。这是解决全球水危机的一种简单、耐用、廉价的方法,特别是在发展中国家。

实验室的实验表明,该方法可以将所有常见的污染物,如洗涤剂、染料、尿液、重金属和甘油的存在降低到安全的饮用水平。ChunleiGuo说,这项技术在发达国家也可以用于缓解干旱地区的缺水问题,以及海水淡化项目。

长期以来,利用阳光烧水被认为是消除微生物病原体和减少腹泻感染死亡的一种方法,但烧水并不能消除重金属和其他污染物。

然而,基于太阳能的净水;可以大大减少这些污染物,因为当蒸发的水变成气态,然后凝结并被收集起来时,几乎所有的杂质都被留下来了。

基于太阳能的水蒸发最常见的方法是体积加热,即加热大量的水,但只有顶层的水可以蒸发。Guo说,这显然是低效的,因为只有一小部分的加热能量被利用。

一种更有效的方法,称为界面加热,将漂浮的多层吸收和吸湿材料放在水面上,这样只有靠近水面的水需要被加热。但现有的材料都要水平漂浮在水面上,不能直接面对太阳。此外,现有的吸水材料很快就会被蒸发后留下的污染物堵塞,需要经常更换材料。

研究人员开发的铝板可以避免这些困难,将薄薄的一层水从蓄水池中抽出,直接放到太阳能吸收器表面进行加热和蒸发。

此外,因为我们使用的是开槽表面,所以只需喷洒一下就可以清洗,非常方便。ChunleiGuo说。最大的优势是,面板的角度可以不断调整,在太阳升起时直接面对太阳,然后设置面向天空移动,可以最大限度地吸收能量。

论文标题为《Solar-trackablesuper-wickingblackmetalpanelforphotothermalwatersanitation》。




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