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科学家开发了利用木材、纳米材料和太阳能净化

更新时间:2020-07-10 21:50点击:

科学家们在美国化学学会(ACS)出版的《纳米快报》(Nano letters)杂志上报道了一种利用太阳能净化水的蒸汽发生器的开发,该蒸汽发生器以木材为基础,使用细菌产生的纳米材料。

联合国说,当今世界上大约有五分之一的人生活在经历一个缺水的地方,和这些领域的缺陷需要技术可以产生干净的水的来源,通常不可以饮用,如被污染的水、海水、湖泊和河水。

一项有希望净化水的技术包括利用太阳能。这些设备使用太阳能蒸馏过程转换污染和不饮用水。它们被称为太阳能蒸汽发电机。

太阳能蒸汽发电机是一种设备,利用太阳几乎无限和丰富的能量蒸发和分离污染物和水。目前有各种类型的太阳能蒸汽发电机,它们有不同程度的效率。一个优秀的太阳能蒸汽发生器的设计是一个有改善能力的光吸收,适当的管理热量,有效的运输,蒸发和冷凝纯水。

中国科技大学的研究人员在俞树红的带领下,开始将这四项创新改进整合到一个设备中。研究人员选择木材作为他们的太阳能发电机,因为它的多孔性和可持续性。木材的多孔性便于水的快速运输。

该设备是在某些细菌的帮助下制造的,这些细菌可以产生纤维素纳米纤维,这些纤维可以将设备的各个层结合在一起。研究人员将细菌放在木块表面使其发酵,然后将带有玻璃气泡的气溶胶喷洒在木块表面。

这些气泡是中空的微小球体,作为设备的隔热层。喷洒后,它们会嵌入到细菌之前制造的纳米纤维中,它们的混合物会形成水凝胶。作为最后一步,研究小组加入了碳纳米管;这些粒子与纳米纤维缠绕在一起,形成一层吸收光和蒸发水的表层。

研究小组设计了这种设备,这样它就能将水通过木材输送到水蒸发和光吸收层。这一层被太阳从上面加热,蒸发水分。然后该装置产生蒸汽,蒸汽冷凝后收集为纯水。玻璃泡隔热层防止热量向下散失,而纳米结构降低了蒸发水所需的能量。

因此,完整的太阳能蒸汽发电机有以下几层:碳纳米管吸收光在上部;中间部分有隔热玻璃气泡;还有底部运输水的木头。

这样就产生了一种装置,它产生的蒸发率比大多数目前的蒸汽发生器更高、更有效。

基础研究基金为中国中央大学、中国科学院和中国自然科学基金提供了大量资金支持。