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廉价透镜为太阳能海水淡化系统提效50%

智造大视野 2019-06-20 08:28 发文

据最新一期《美国国家科学院院刊》报道,美国莱斯大学利用廉价塑料透镜将太阳光聚焦到“热点”,将太阳能海水淡化系统的效率提高了50%以上。

莱斯大学纳米光子学实验室(LNAP)研究人员表示,提高太阳能海水淡化系统性能的典型方法是增加太阳能聚光器并增加光线。而新方法的最大区别在于使用相同数量的光,也可低成本地重新分配电力,并大幅提高纯净水的生产率。

在传统的膜蒸馏中,热盐水流过片状膜的一侧,而冷却过滤水流过另一侧。温差产生蒸气压差,驱使水蒸气从加热侧通过膜转向较冷的低压侧。该技术的缺陷是,膜的温差和由此产生的清洁水产量随膜的尺寸增加而减小。莱斯大学新研发的纳米光子太阳能膜蒸馏(NESMD)技术,使用光吸收纳米粒子,将膜本身转变为太阳能驱动的加热元件,解决了这一难题。

NESMD技术利用入射光强度和蒸气压之间固有的、以前未被认识的非线性关系。非线性改进来自于将太阳光聚焦成微小的斑点。通过透镜将光线集中于膜上的微小点会导致热量的线性增加,但加热反过来产生蒸气压的非线性增加,增加的压力迫使更多纯化的蒸气在更短时间通过膜。研究发现,在更小的区域内拥有更多光子总是比在整个膜上均匀分布光子更好。

研究人员表示,由于全球一半以上的人口处于缺水状况,非线性高效太阳能蒸馏技术可极大改善这些人的生活。除了水净化,这种非线性光学效应还可利用太阳能加热来驱动光催化等化学过程,LNAP正在开发一种铜基纳米粒子,用于在环境压力下将氨转化为氢燃料。

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