被华为拿来做电池的石墨烯,未来或许可用于海水淡化

之所以选择氧化石墨烯作为光吸收剂,首先因为它具有低热导率,并且是一种可以有效吸收太阳光的宽频光吸收体。 氧化石墨烯同时具有低成本的优点。 另外,石墨烯氧化膜的化学特性使其能够分散在水中,从而在喷涂或旋涂工艺中具有很高的适用性。

很少有人考虑过自己生活中所用清洁水的获取途径,但水资源稀缺是许多国家与地区每天都在面对的问题。由于人口的不断增长与气候的不断变化,成本低廉的水过滤科技在市场中拥有着无限的潜力。

太阳能蒸汽发电以淡化海水是碳排放量最小的水净化策略。但不幸的是,这种方法颇具难度,且只有规模巨大时才能高效运行。因为在加热过程中,大量的能量用来加热尚未转化为蒸汽的海水。 这种系统存在着另外两个问题:一是这种系统需要热绝缘体,二是在较小系统中所产生的淡水量是十分有限的。

最近,一个由科学家和工程师组成的团队共同设计了一个全新的太阳能淡化设备,此设备运用二维水路,实现了最小化热损失下的高效供水。

被华为拿来做电池的石墨烯,未来或许可用于海水淡化

从左至右:聚苯乙烯泡沫、纤维素包膜、石墨烯氧化物膜。

装置本身具有产生二维水流路径的若干层,其主体由低热导率的聚苯乙烯泡沫组成,作为热绝缘体以最大程度减少热损失。该泡沫被包裹在一种亲水的生物纤维素基膜(50μm膜)中。石墨烯氧化物膜被装在装置的表面以用作太阳能吸收器。

这种泡沫绝热体具有极大的浮力,甚至可以漂浮在水上,该特质能够保证与水直接接触的只有纤维素包装的底侧部分。 毛细作用力从绝缘体底部、侧面到顶部的二维路径中通过纤维素吸水。 水与氧化石墨烯太阳光吸收器在此接触。 由于开发这种水流路径运用的是毛细作用力,所以实现了热耗散和能量使用的最小化。

之所以选择氧化石墨烯作为光吸收剂,首先因为它具有低热导率,并且是一种可以有效吸收太阳光的宽频光吸收体。 氧化石墨烯同时具有低成本的优点。 另外,石墨烯氧化膜的化学特性使其能够分散在水中,从而在喷涂或旋涂工艺中具有很高的适用性。

氧化石墨烯能够自然附着到纤维素上,以确保水的有效输送。 此外,石墨烯氧化膜的孔隙率还有助于使蒸汽离开设备表面。 最后,氧化石墨烯还具有折叠性, 其可折叠次数高达50次,此特质使其运输和大规模部署变得便捷。 因此,团队最终选用了石墨烯氧化膜作为新设备的光吸收体。

另外,由于热损失最小化,太阳能淡化的效率不再依赖于水量的大小。同时它也不需要热绝缘体,从而消除了硬件难以扩展的阻碍。 团队目前还在研究此设将如何收集并冷凝所产生的蒸汽。

该系统的简单性与高效性的结合意味着我们越来越接近个体化海水淡化装置的诞生。更多关于材料寿命的研究正在进行,这些研究将帮助我们确定这一方法究竟是否可行 。 结合进一步的成本分析,我们应该能够在不久的将来确认此装置是否值得推广,用以帮助解决发展中国家的水资源短缺问题。

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