Credit: Massachusetts Institute of Technology
在麻省理工學院的屋頂上、局部多雲的條件下進行測試時，一個10釐米×10釐米的太陽能淡化裝置可在4.5小時內從鹽水中產生72毫升飲用水。在陽光充足的情況下，該設備每小時可淨化5.8升水。
利用陽光去除海水中鹽分的便攜式設備可以為偏遠或乾旱地區的人們提供負擔得起的飲用水。但是太陽能脫鹽技術效率低下。最近，研究人員發佈了一種超高效的多級海水淡化系統，可在陽光充足的條件下每小時產生5.8升淡水，幾乎是過去的類似設備所生成水量的三倍(Energy Environ.Sci.2020，DOI: 10.1039 / C9EE04122B)。
依賴水處理膜的常規脫鹽設備價格昂貴，或消耗大量能量。太陽能熱脫鹽是一種較經濟的選擇，但效率低下，需要巨大的拋物面鏡將光聚焦在海水上才能將其蒸發。兩種技術都不適合偏遠地區或資源匱乏的地區。便攜式太陽能淡化設備解決了這個問題，通常使用較便宜的日光吸收材料來加熱和蒸發海水。蒸汽收集在冷凝器中，產生淡水。最好的系統可以利用超過90％的太陽能量來產生水蒸汽。
現在，麻省理工學院的Evelyn Wang、上海交通大學的Ruzhu Wang及同事們開發了一個多級系統，在理想條件下進行測試時，其效率達到了385%，遠遠超越了之前的技術。該技術的關鍵是重複利用當水蒸氣冷凝為液體時釋放的熱量。蒸汽冷凝所釋放的能量通常是浪費的，而這是首個將其巧妙利用的系統。
該設備內有10個同樣的3D打印的尼龍框架，垂直堆疊並放置在儲水箱頂部。每個框架上都有作為蒸發器的紙巾和作為冷凝器的鋁膜。在框架的朝陽面，研究人員放置了一個黑色的太陽能吸收器，加熱並蒸發水，蒸汽被吸收到紙巾中。當蒸汽凝結在鋁膜上時，釋放的熱量被傳導到下一層紙巾層，該過程在框架結構中重複進行。Wang的研究生Lenan Zhang說，這種多階段方法已在大型太陽能熱淡化工廠中使用。“我們將這個想法轉化為了便攜式設計。”
在實驗室中，這個10釐米×10釐米的設備每小時生成了5.8升水。在非理想條件—夏季麻省理工學院的屋頂上，該設備的性能降低，約50％，原因是偶爾有云和風。在屋頂上，該設備在4.5小時內產生了72毫升水。為滿足一個成年人或一個小家庭的日常平均水需求，可以創建一系列多級設備，Zhang表示。
該團隊現在希望優化設備並進一步降低材料成本。Zhang說，原型機現在的成本約為1.50美元，但其中70％的成本是3D打印的尼龍框架，因此仍有改進的空間。
休斯敦大學的機械工程師Hadi Ghasemi表示，這是一種高效且具有成本效益的太陽能淡化方法。“這項工作使太陽能熱定位的概念更接近大規模實施。”他說，使用具有防汙特性的不同芯吸材料將有助於保持設備的長期穩定性能。
源於ACS美國化學會，若有不妥，請聯繫！
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