科學(xué)家3D打印標(biāo)準(zhǔn)的太陽(yáng)能純凈水設(shè)備
魔猴君 行業(yè)資訊 1259天前
由中國(guó)和新加坡的研究人員組成的團(tuán)隊(duì)已3D打印了一種設(shè)備，該設(shè)備能夠利用太陽(yáng)太陽(yáng)光線產(chǎn)生的熱量使海水安全飲用?？茖W(xué)家的新型凈化器以全印圖陶瓷芯為基礎(chǔ)，具有集成的太陽(yáng)能吸收器，絕熱體和水輸送器，無(wú)需任何設(shè)置即可收集和脫鹽。該設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率為98％，還符合世界衛(wèi)生組織（WHO）的標(biāo)準(zhǔn)，可能使其成為以可持續(xù)且節(jié)能的方式解決全球水資源短缺的理想之選。
科學(xué)家的3D打印太陽(yáng)能水凈化裝置。圖片來(lái)自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
通過(guò)淡化處理干旱
隨著全球人口的持續(xù)增長(zhǎng)，以及氣候變化開始帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，世界上較貧窮的地區(qū)越來(lái)越難以獲得安全的飲用水。同時(shí)，地球的海洋占地球表面的70％以上，但其中只有2.5％的新鮮水足以飲用，這使海水凈化技術(shù)成為解決全球水資源短缺的潛在解決方案。
盡管目前可以使用多種反滲透，基于蒸餾和離子交換的脫鹽設(shè)備，但其高昂的成本和能耗往往使發(fā)展中國(guó)家無(wú)法使用它們。為了給人們帶來(lái)凈水，因此，更小巧的，分布式的和節(jié)能技術(shù)至關(guān)重要。因此，科學(xué)家越來(lái)越多地采用太陽(yáng)能設(shè)備作為可持續(xù)發(fā)展的替代品的原型。
但是，盡管許多最初的設(shè)計(jì)已經(jīng)證明了使用日光凈化海水的可行性，但它們通常是在對(duì)其結(jié)構(gòu)的控制有限的情況下進(jìn)行批量生產(chǎn)的，因此它們的熱效率很低。為了提高太陽(yáng)能到蒸汽的能量轉(zhuǎn)換率，研究人員現(xiàn)在已采用3D打印作為生產(chǎn)更節(jié)能的設(shè)備的方法，該設(shè)備能夠以更快的速度蒸發(fā)化學(xué)物質(zhì)。
3D打印凈水器的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率為98％。圖片來(lái)自“應(yīng)用材料和界面”期刊。
陶瓷基太陽(yáng)能吸收
利用自動(dòng)鑄造3D打印技術(shù)，科學(xué)家們能夠生產(chǎn)出一種基于多孔陶瓷網(wǎng)的多功能太陽(yáng)能吸收器。得益于該材料固有的絕緣性能，事實(shí)證明，制成的部件能夠用作設(shè)備的水傳輸器，絕緣體和整體基座，可以在其上安裝石墨烯吸收器以收集太陽(yáng)能。通過(guò)精確地調(diào)整其復(fù)雜的陶瓷元素，研究人員還能夠?yàn)槠涮峁┘傻奈⑼ǖ?，從而使其能夠?qū)⑺龑?dǎo)至設(shè)備周圍并維持其整體蒸汽產(chǎn)生速率。結(jié)果，該團(tuán)隊(duì)的全封閉設(shè)備最終展示了將太陽(yáng)能集中在其吸收器上而無(wú)散熱的能力，并實(shí)現(xiàn)了自持式太陽(yáng)能蒸發(fā)的快速循環(huán)。
有趣的是，在最初的測(cè)試中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過(guò)增加吸收器的網(wǎng)眼間距以提高輸水速度，他們可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備的性能。此外，通過(guò)將脫鹽器的吸收器直接放置在多孔基體的頂部而不使其與水庫(kù)接觸，該團(tuán)隊(duì)能夠減少任何熱量損失并保持較高的蒸汽產(chǎn)生率。
3D打印凈水器背后的材料明細(xì)。設(shè)備網(wǎng)眼基座的間距增加，使科學(xué)家們可以改善其整體性能。
圖片來(lái)自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
在后來(lái)的戶外實(shí)驗(yàn)中，研究人員的設(shè)備以每小時(shí)0.5升的速度產(chǎn)生淡水，同時(shí)去除了足以滿足WHO標(biāo)準(zhǔn)的鈉，鎂和鉀。與基于棉花的吸水劑相比，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，他們的陶瓷-石墨烯溶液蒸發(fā)礦物質(zhì)的速度快兩倍以上，太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化效率高達(dá)98％。最終，鑒于其設(shè)備的速度和離子排斥功效，該團(tuán)隊(duì)得出結(jié)論認(rèn)為，他們的整體方法是成功的，并且隨著蒸發(fā)器設(shè)計(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，他們認(rèn)為該技術(shù)可以“證明是有用的”，以增強(qiáng)商用設(shè)備的性能。未來(lái)的太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器。
科學(xué)家在論文中總結(jié)道：“（在測(cè)試過(guò)程中）收集的水在化學(xué)雜質(zhì)方面達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。具有堅(jiān)固，耐用，無(wú)毒和防污等特性，高效的3D打印陶瓷太陽(yáng)能脫鹽設(shè)備的概念可以為更可持續(xù)和更綠色的清潔水生產(chǎn)打開大門。”
凈水和3D打印
鑒于與3D打印相關(guān)的設(shè)計(jì)靈活性和較低的生產(chǎn)成本，該技術(shù)已越來(lái)越多地用于開發(fā)創(chuàng)新的飲用水凈化新方法。就在上個(gè)月，布法羅大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種3D打印的凈水石墨烯氣凝膠，該氣凝膠可以按比例放大以用于大型廢水處理廠。
與此類似，劍橋大學(xué)的衍生產(chǎn)品Blue Tap已3D打印了氯計(jì)量器，可以將其安裝在發(fā)展中國(guó)家的管道供水系統(tǒng)中，以確保飲用水安全。通過(guò)使用3D打印，這家社會(huì)企業(yè)能夠簡(jiǎn)化其新穎的凈化設(shè)備的設(shè)計(jì)，從而使其更易于為缺水地區(qū)的人們安裝。
從工業(yè)角度來(lái)看，GE Research已獲得DARPA一項(xiàng)1,430萬(wàn)美元的合同，用于開發(fā)一種新型3D打印設(shè)備，該設(shè)備能夠從稀薄的空氣中產(chǎn)生水。作為一個(gè)為期四年的項(xiàng)目的一部分，該公司的最終目標(biāo)是制造一種緊湊的便攜式設(shè)備，該設(shè)備可產(chǎn)生足夠的水量，每天可供應(yīng)150名士兵。
來(lái)源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guoneidongtai/40292.html
