木材表面处理用于海水淡化
1.研究背景及意义
太阳能是一种人们所熟知的清洁的、取之不尽用之不竭的能源,如果将其合理利用,将有极大的可能使人类从全球能源危机和依赖化石燃料造成的环境恶化中解脱出来[1]。太阳能水蒸发系统是一种利用太阳的能量将水蒸发掉的方法,近十几年来被人们尝试用于海水淡化领域,并得到了意想不到的效果。众所周知,水是生命之源,对维持人类生命以及社会经济发展发挥着至关重要的作用。然而,人类是有限的获得符合水质标准的水[2],我们可以通过海水淡化来改善水质,传统的海水淡化技术是一种较好的方法,但它们需要大量的能源,主要来自化石燃料,这种材料会导致环境退化。于是,考虑使用可持续能源成为一种必然性,而太阳能是最有希望的替代能源之一。目前海水淡化技术作为一种成熟的淡水生产技术正在获得世界的认可。海水淡化大概过程是从水源中去除高盐含量、矿物质和生物的过程。太阳能海水淡化系统是利用太阳能将水和盐分离的系统。除太阳能之外,木材也是一种持续可再生的资源,可将木材应用到太阳能海水淡化系统中。木材资源容易获得,其具有独特的多孔结构可有效的运输水分,低导热率以阻止热量从蒸发表面流动到本体水,低成本及稳定性,使木材成为太阳能海水淡化系统的新宠。
2.太阳能水蒸发系统发展现状
2.1.水凝胶的使用
水凝胶是一种以聚乙烯醇和壳聚糖为水化骨架,聚吡咯作为光吸收剂的高吸水性水凝胶,该水凝胶可以利用较少的能量(lt;50%的自由水)蒸发水分。Xingyi Zhou等人[3]通过提高高吸水性水凝胶的水化性改变水的状态,从而促进水的蒸发。高吸水性水凝胶可在一个太阳强度下的蒸汽生成率高达3.6 kg m-2 h-1。
水凝胶的水化效应,原理是其中的聚合物链通过氢键等相互作用力捕获附近的水分子,形成结合水(图1,深蓝色区域)。相比之下,从聚合物链上分离出来的水分子[称为游离水(FW)]表现出与自由水相同的性质(图1,浅蓝色区域)。
图 1基于h-LAH的SVG的示意图[3]
在结合水和游离水之间有一个中间区域(图1,黄色区域),水分子与聚合物链和相邻水分子之间呈现相对微妙的相互作用。中间水(IW)被证明是活化水,与自由水相比,其蒸发所需能量更小。用作添加剂的聚吡咯赋予了高吸水性水凝胶良好的吸光功能。
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