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Jun 09, 2024

둥근 천장

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 4403(2022) 이 기사 인용 4177 액세스 4 인용 1 Altmetric Metrics 세부 정보 태양 에너지를 주요 구동 장치로 사용하는 물 증발 시스템

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 4403(2022) 이 기사 인용

4177 액세스

4 인용

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

태양 에너지를 주요 구동 에너지로 사용하는 물 증발 시스템은 최근 몇 년간 광범위한 관심을 받아왔습니다. 본 연구에서는 키토산과 폴리비닐알코올(PVA)을 골격으로, 탄소나노입자(CNP)를 광열재료로 사용하는 하이드로겔 증발기의 제조방법과 성능을 연구한다. 획득된 CPC(키토산/PVA 및 CNPs) 하이드로겔의 증발 속도는 2.28 kg m−2 h−1에 이릅니다. 동시에 본 연구에서는 2차원 이중층 증발 시스템을 기반으로 3차원 구조를 설계하였다. Tiny-Pool 구조의 증발기와 돔 배열 구조의 하이드로겔을 설계하였습니다. 이 두 구조는 각각 2.28 kg m−2 h−1 및 3.80 kg m−2 h−1의 매우 효율적인 증발 속도를 달성합니다. 이러한 최적화된 설계는 전체 시스템의 증발 속도를 ~ 66.7% 향상시킵니다. 개발된 증발 장치는 이중층 증발기 개발을 위한 유망한 경로를 제공하며, 이는 태양열 구동 증발 시스템을 통한 정수의 새로운 개발을 촉진합니다.

물은 인간의 생존과 경제 발전을 유지하는 데 가장 귀중한 자원입니다1,2. 그러나 지구 표면에 존재하는 담수의 양은 제한되어 있어 증가하는 수요를 충족할 수 없습니다. 동시에 바다는 지구 표면적의 70% 이상을 차지합니다2. 따라서 바닷물을 인간이 이용할 수 있는 담수로 변환하는 문제는 많은 연구자들이 인류 사회의 지속 가능성을 돕기 위해 노력하고 있는 중요한 주제입니다.

전통적인 물 증발 공장은 석유를 기반으로 합니다. 이 방법은 심각한 폐수 오염과 온실가스 배출을 유발합니다. 환경 오염과 금전적 비용을 줄이기 위해 연구자들은 재생 에너지원을 증발 구동 에너지로 활용하도록 노력하고 있습니다3. 태양열 증기발전 시스템은 풍부하고 재생 가능하며 깨끗한 태양 에너지를 기반으로 해수를 담수로 쉽게 변환할 수 있는 방식입니다4. 태양열 증류는 태양이 바닷물을 증발 지점까지 가열하는 자연적인 물 순환을 모방합니다5. 증발 후 수증기는 더 차가운 표면에 응축됩니다. 일반적으로 태양열을 이용한 수증기발전 시스템은 두 가지 유형으로 나눌 수 있다. 하나는 증발 과정에 전력을 공급하기 위해 태양 에너지를 전기로 변환하는 광전지(PV)를 사용하는 것입니다. 다른 하나는 태양열에너지를 증발의 구동에너지로 직접 활용하는 것이다. PV 담수화 시스템에는 역삼투(RO)와 전기투석(ED)이 포함됩니다. 태양열 시스템에는 다단계 플래시(MSF), 다중 효과 증류(MED), 증기 압축(VC), 동결 담수화(FD) 및 막 증류(MD)6가 포함됩니다.

현재 태양열 담수화 시스템 연구의 주요 목적은 광열 효율을 향상시키고 정제 후 증류수의 품질을 향상시키는 것입니다. 연구원들은 매우 효과적인 담수화 시스템을 만드는 핵심 요소인 광 흡수체의 열 흡수율, 기액 표면에 햇빛을 가두는 능력, 단위 투사 면적당 광 흡수체의 사용 가능한 표면적을 향상시키기 위해 노력하고 있습니다. .

이중층 시스템은 광대역 흡수 성능을 갖춘 광흡수체와 단열 장벽, 해수를 광흡수체로 전달하는 친수성 수로로 구성됩니다. 우수한 증발 효율을 갖는 이 시스템은 광범위하게 연구되어 왔다. 2013년에 Omara et al.7은 진공형 태양열 온수기, Jut 지오텍스타일 및 태양열 스틸을 사용하여 2단 담수화 증류 시스템을 설계했습니다. 이 이중층 사각 심지(DLSW) 태양광은 여전히 ​​물 생산성을 114% 증가시켰습니다. DLSW의 일일 평균 효율은 71.5%였으며, 밤에 뜨거운 기수를 공급하면 증류수의 생산성이 215% 증가했다. Lee et al.8은 효율적인 태양열 증발기로 탄화된 수크로스와 폴리디메틸실록산으로 구성된 초친수성 단열 미세다공성 막을 제안했으며, 이는 1.28 kg m−2 h−1의 정제수 생산 속도에 도달했습니다. 그들의 연구에서는 태양 에너지가 유일한 구동 에너지로 사용됩니다. 광열 변환 흡수체는 햇빛으로부터 태양 에너지를 받아 다공성 구조 내부의 물을 가열합니다9. 광대역 스펙트럼 흡수 성능과 높은 광열 변환 효율이 필요합니다.