太陽(yáng)能技術(shù)在廢水處理的應(yīng)用研究

【引言】

高效的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換與利用被視為國(guó)家能源的重大需求。其中，光-熱（蒸汽）轉(zhuǎn)化在海水淡化、分餾、滅菌等領(lǐng)域展現(xiàn)出很好的應(yīng)用前景。然而由于光學(xué)和熱學(xué)的損耗，傳統(tǒng)的光-熱（蒸汽）轉(zhuǎn)化效率較低（~40%），很大程度上限制了其廣泛應(yīng)用。

【成果簡(jiǎn)介】

南京大學(xué)現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院朱嘉教授課題組在高效界面光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域做出了一系列工作：首先成功地實(shí)現(xiàn)了最黑等離激元吸收體的制備（Science Advances, 2, e1501227 (2016)）；在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了首個(gè)基于等離激元增強(qiáng)效應(yīng)的太陽(yáng)能海水淡化器件（Nature Photonics, 10, 393-398 (2016)），很大程度解決了吸收體的光學(xué)損耗問(wèn)題；隨后通過(guò)二維水通道的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)吸收體與水體的間接接觸，大大降低了器件向水體的熱傳導(dǎo)損耗（PNAS, 113, 13953-13958 (2016)）。

近期，該課題組著力于最大限度地解決在實(shí)際應(yīng)用中太陽(yáng)能入射角不斷變化帶來(lái)的光學(xué)損耗和熱學(xué)損耗（熱傳導(dǎo)，熱對(duì)流和熱輻射）問(wèn)題并取得了很好的進(jìn)展。這項(xiàng)最新的研究成果以“Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste water treatment”為題發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》（National Science Review）。

【圖文導(dǎo)讀】

圖1 不同太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器原理圖

(a) 傳統(tǒng)的光-熱(蒸汽)轉(zhuǎn)化器件示意圖

(b) 三維(3D)人工蒸騰器件示意圖

(c-e) 吸收體、水?dāng)U展層和一維水路徑的電鏡圖

圖2 不同的太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器的溫度分布圖

(a-c) 二維直接接觸、二維間接接觸和三維人工蒸騰器件圖片

(d-f) 光照前，氧化石墨烯層的溫度

(g-i) 30min太陽(yáng)光照條件后，氧化石墨烯層的溫度