科學(xué)家3D打印標(biāo)準(zhǔn)的太陽能純凈水設(shè)備
魔猴君 行業(yè)資訊 1290天前
由中國和新加坡的研究人員組成的團(tuán)隊已3D打印了一種設(shè)備，該設(shè)備能夠利用太陽太陽光線產(chǎn)生的熱量使海水安全飲用。科學(xué)家的新型凈化器以全印圖陶瓷芯為基礎(chǔ)，具有集成的太陽能吸收器，絕熱體和水輸送器，無需任何設(shè)置即可收集和脫鹽。該設(shè)備的轉(zhuǎn)換效率為98％，還符合世界衛(wèi)生組織（WHO）的標(biāo)準(zhǔn)，可能使其成為以可持續(xù)且節(jié)能的方式解決全球水資源短缺的理想之選。
科學(xué)家的3D打印太陽能水凈化裝置。圖片來自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
通過淡化處理干旱
隨著全球人口的持續(xù)增長，以及氣候變化開始帶來新的挑戰(zhàn)，世界上較貧窮的地區(qū)越來越難以獲得安全的飲用水。同時，地球的海洋占地球表面的70％以上，但其中只有2.5％的新鮮水足以飲用，這使海水凈化技術(shù)成為解決全球水資源短缺的潛在解決方案。
盡管目前可以使用多種反滲透，基于蒸餾和離子交換的脫鹽設(shè)備，但其高昂的成本和能耗往往使發(fā)展中國家無法使用它們。為了給人們帶來凈水，因此，更小巧的，分布式的和節(jié)能技術(shù)至關(guān)重要。因此，科學(xué)家越來越多地采用太陽能設(shè)備作為可持續(xù)發(fā)展的替代品的原型。
但是，盡管許多最初的設(shè)計已經(jīng)證明了使用日光凈化海水的可行性，但它們通常是在對其結(jié)構(gòu)的控制有限的情況下進(jìn)行批量生產(chǎn)的，因此它們的熱效率很低。為了提高太陽能到蒸汽的能量轉(zhuǎn)換率，研究人員現(xiàn)在已采用3D打印作為生產(chǎn)更節(jié)能的設(shè)備的方法，該設(shè)備能夠以更快的速度蒸發(fā)化學(xué)物質(zhì)。
3D打印凈水器的太陽能轉(zhuǎn)化效率為98％。圖片來自“應(yīng)用材料和界面”期刊。
陶瓷基太陽能吸收
利用自動鑄造3D打印技術(shù)，科學(xué)家們能夠生產(chǎn)出一種基于多孔陶瓷網(wǎng)的多功能太陽能吸收器。得益于該材料固有的絕緣性能，事實證明，制成的部件能夠用作設(shè)備的水傳輸器，絕緣體和整體基座，可以在其上安裝石墨烯吸收器以收集太陽能。通過精確地調(diào)整其復(fù)雜的陶瓷元素，研究人員還能夠為其提供集成的微通道，從而使其能夠?qū)⑺龑?dǎo)至設(shè)備周圍并維持其整體蒸汽產(chǎn)生速率。結(jié)果，該團(tuán)隊的全封閉設(shè)備最終展示了將太陽能集中在其吸收器上而無散熱的能力，并實現(xiàn)了自持式太陽能蒸發(fā)的快速循環(huán)。
有趣的是，在最初的測試中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，通過增加吸收器的網(wǎng)眼間距以提高輸水速度，他們可以進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備的性能。此外，通過將脫鹽器的吸收器直接放置在多孔基體的頂部而不使其與水庫接觸，該團(tuán)隊能夠減少任何熱量損失并保持較高的蒸汽產(chǎn)生率。
3D打印凈水器背后的材料明細(xì)。設(shè)備網(wǎng)眼基座的間距增加，使科學(xué)家們可以改善其整體性能。
圖片來自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
在后來的戶外實驗中，研究人員的設(shè)備以每小時0.5升的速度產(chǎn)生淡水，同時去除了足以滿足WHO標(biāo)準(zhǔn)的鈉，鎂和鉀。與基于棉花的吸水劑相比，科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，他們的陶瓷-石墨烯溶液蒸發(fā)礦物質(zhì)的速度快兩倍以上，太陽能轉(zhuǎn)化效率高達(dá)98％。最終，鑒于其設(shè)備的速度和離子排斥功效，該團(tuán)隊得出結(jié)論認(rèn)為，他們的整體方法是成功的，并且隨著蒸發(fā)器設(shè)計的進(jìn)一步發(fā)展，他們認(rèn)為該技術(shù)可以“證明是有用的”，以增強(qiáng)商用設(shè)備的性能。未來的太陽能蒸汽發(fā)生器。
科學(xué)家在論文中總結(jié)道：“（在測試過程中）收集的水在化學(xué)雜質(zhì)方面達(dá)到了飲用水標(biāo)準(zhǔn)。具有堅固，耐用，無毒和防污等特性，高效的3D打印陶瓷太陽能脫鹽設(shè)備的概念可以為更可持續(xù)和更綠色的清潔水生產(chǎn)打開大門。”
凈水和3D打印
鑒于與3D打印相關(guān)的設(shè)計靈活性和較低的生產(chǎn)成本，該技術(shù)已越來越多地用于開發(fā)創(chuàng)新的飲用水凈化新方法。就在上個月，布法羅大學(xué)的科學(xué)家開發(fā)了一種3D打印的凈水石墨烯氣凝膠，該氣凝膠可以按比例放大以用于大型廢水處理廠。
與此類似，劍橋大學(xué)的衍生產(chǎn)品Blue Tap已3D打印了氯計量器，可以將其安裝在發(fā)展中國家的管道供水系統(tǒng)中，以確保飲用水安全。通過使用3D打印，這家社會企業(yè)能夠簡化其新穎的凈化設(shè)備的設(shè)計，從而使其更易于為缺水地區(qū)的人們安裝。
從工業(yè)角度來看，GE Research已獲得DARPA一項1,430萬美元的合同，用于開發(fā)一種新型3D打印設(shè)備，該設(shè)備能夠從稀薄的空氣中產(chǎn)生水。作為一個為期四年的項目的一部分，該公司的最終目標(biāo)是制造一種緊湊的便攜式設(shè)備，該設(shè)備可產(chǎn)生足夠的水量，每天可供應(yīng)150名士兵。
來源：https://www.3ddayin.net/xinwenpindao/guoneidongtai/40292.html
