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人工蒸腾:新型高效太阳能水处理结构
2018-01-19 16:20:59 | 【 【打印】【关闭】

  

  高效的太阳能转换与利用被视为国家能源的重大需求。其中,光-热(蒸汽)转化在海水淡化、分馏、灭菌等领域展现出很好的应用前景。然而由于光学和热学的损耗,传统的光-热(蒸汽)转化效率较低(~40%),很大程度上限制了其广泛应用。.

  南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组在高效界面光热转换领域做出了一系列工作:首先成功地实现了最黑等离激元吸收体的制备(Science Advances, 2, e1501227 (2016));在此基础之上实现了首个基于等离激元增强效应的太阳能海水淡化器件(Nature Photonics, 10, 393-398 (2016)),很大程度解决了吸收体的光学损耗问题;随后通过二维水通道的设计来实现吸收体与水体的间接接触,大大降低了器件向水体的热传导损耗(PNAS, 113, 13953-13958 (2016))。

  近期,该课题着力于最大限度地解决在实际应用中太阳能入射角不断变化带来的光学损耗和热学损耗(热传导,热对流和热辐射)问题并取得了很好的进展。这项最新的研究成果以“Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste water treatment”为题发表于《国家科学评论》(National Science Review,2017,DOI: 10.1093/nsr/nwx051)(https://doi.org/10.1093/nsr/nwx051)上。

  该工作首次提出并实现了“人工蒸腾”结构,突破传统二维平面器件的局限,设计出三维的空心锥形结构,大大缓解了器件在真实环境中对太阳光入射角的依赖性。同时,有效地降低了器件的蒸发温度,进而有效控制了热对流和热辐射的损耗。“人工蒸腾”结构的另一个优势是通过一维的供水通道有效控制热传导损耗,从而首次实现了无外界辅助、正常光照条件下85%以上的光-蒸汽转换效率。在应用层面,该工作首次将界面光-蒸汽转换拓展到重金属污水处理上。实验结果表明:该技术不仅可以得到符合饮用标准的水,同时也可有效的回收重金属(如金,铜等),为高效的太阳能光-热(蒸汽)的利用和发展提供新的思路。

 

    来源:科学网http://paper.sciencenet.cn//htmlpaper/201752315533418043994.shtm

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