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廉價塑料透鏡可將太陽能海水淡化系統的效率提高50%以上

發布日期:2019/6/20



       據最新一期《美國國家科學院院刊》報道,美國萊斯大學利用廉價塑料透鏡將太陽光聚焦到“熱點”,將太陽能海水淡化系統的效率提高了50%以上。


       萊斯大學納米光子學實驗室(LNAP)研究人員表示,提高太陽能海水淡化系統性能的典型方法是增加太陽能聚光器并增加光線。而新方法的最大區別在于使用相同數量的光,也可低成本地重新分配電力,并大幅提高純凈水的生產率。


       在傳統的膜蒸餾中,熱鹽水流過片狀膜的一側,而冷卻過濾水流過另一側。溫差產生蒸氣壓差,驅使水蒸氣從加熱側通過膜轉向較冷的低壓側。該技術的缺陷是,膜的溫差和由此產生的清潔水產量隨膜的尺寸增加而減小。萊斯大學新研發的納米光子太陽能膜蒸餾(NESMD)技術,使用光吸收納米粒子,將膜本身轉變為太陽能驅動的加熱元件,解決了這一難題。


       NESMD技術利用入射光強度和蒸氣壓之間固有的、以前未被認識的非線性關系。非線性改進來自于將太陽光聚焦成微小的斑點。通過透鏡將光線集中于膜上的微小點會導致熱量的線性增加,但加熱反過來產生蒸氣壓的非線性增加,增加的壓力迫使更多純化的蒸氣在更短時間通過膜。研究發現,在更小的區域內擁有更多光子總是比在整個膜上均勻分布光子更好。


       研究人員表示,由于全球一半以上的人口處于缺水狀況,非線性高效太陽能蒸餾技術可極大改善這些人的生活。除了水凈化,這種非線性光學效應還可利用太陽能加熱來驅動光催化等化學過程,LNAP正在開發一種銅基納米粒子,用于在環境壓力下將氨轉化為氫燃料。




來源:科技日報   作者:馮衛東

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