作者:Gang Chen 来源:《自然—能源》 发布时间:2016/8/31 10:58:44
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新型泡沫蒸馏器可有效净化污水
因造价低廉适用于贫困地区

 

科学家研制出一种新的太阳能蒸馏器。图片来源:George Ni

太阳能蒸馏器可以使受污染的水或海水变得适合饮用。但如果想要产生涓涓细流,这种设备通常需要安装昂贵的透镜或其他设备。然而如今情况已大不相同。研究人员报告称,他们研制出了一种用泡沫包装和其他简单材料构成的廉价太阳能蒸馏器。

人类使用太阳能蒸馏器已经有数千年的历史。最基础的版本是具有黑色底部(能够吸收太阳光)的充满水的容器,它能够增加水的蒸发量。位于顶部的玻璃或其他透明材料能够捕获水蒸气,随后冷凝水滴入一个收集容器中。

为了加速上述过程,现代版本的太阳能蒸馏器则利用透镜或镜子收集了约100倍的光线。但这种太阳能集光器的成本很高,通常每平方米花销约200美元,这使得很多人难以承受。

两年前,由美国剑桥市麻省理工学院(MIT)机械工程师Gang Chen率领的一个研究团队,研制出一种由漂浮在炭泡沫上的石墨层构成的高效太阳能吸收器。由于上下两层是通透的,因此下面的水可以通过毛细作用到达石墨层,从而被阳光加热。这套装置能够工作,但大部分的能量都在阳光下辐射掉了。如果要想使水沸腾,蒸馏器需要安装附加装置以集中10倍的周围光线,从而克服红外损失。

Chen和他的同事想要去掉这些附加装置。研究人员将一个海绵状的绝缘体漂浮在水面上。在当前的试验中,他们利用薄薄一层商业太阳能热水器中使用的蓝色金属和陶瓷复合材料取代了石墨太阳能吸收器。这种材料可以有选择地吸收来自太阳的可见光和紫外线,但它不会以红外线的方式辐射热量。在这层材料与泡沫之间,研究人员放置了一薄片铜——这是一种极好的热导体。他们最终像之前一样在这个三明治般的东西上打满了孔。

然而依然有一个难题没有得到解决。复合材料吸收的大部分能量被对流一扫而空,热量都损失在蒸馏器上表面上方的空气中。而最终,Chen的16岁女儿——当时正在为参加一个科学展览试验而设计廉价温室——想出了问题的解决办法。她发现一个顶层的泡沫包装能够充当极佳的绝缘体。

Chen和他的学生George Ni最终将他们的太阳能蒸馏器用泡沫包装包裹起来。并且在8月23日出版的《自然—能源》上,研究人员报告说,这套装置能够使水沸腾并且蒸馏水而没有使用额外的太阳能集光器。Chen估计,在未来的某一天,他们将能够利用这项技术制造出大面积的太阳能蒸馏器,而其成本仅为常规技术的1/20。

上海交通大学材料科学家Wen Shang和Tao Deng在伴随这篇论文的评论中写道:“这项工作无疑代表了向前迈出的关键一步。”例如,Chen相信,这种低成本的装置将有助于在水力压裂现场附近净化污水。通常情况下,参与工程的公司往往是从废水池中蒸发水以集中和去除污染物。一个便宜的太阳能海绵可以加快清理速度。

该装置若要用于海水淡化或其他饮用水的应用程序,则需要在顶部安装另一个塑料或玻璃层以收集水蒸气。Chen说,这可以通过捕获更多的热量以及促进蒸发而增加系统的效率。

创建一套净化系统是一个不小的工程。Chen估计20至40平方米的太阳能蒸馏器每天能够提供50升水,这是联合国提出的一个人日常生活所需的最小淡水量(来源:中国科学报 赵熙熙)

 
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