石墨烯薄膜的微结构调控及其界面光蒸汽转化的性能研究

论文摘要

面对水资源危机的挑战,人们力求寻找一种高效低廉的海水淡化技术。太阳能海水淡化将太阳能作为淡化过程的能量源,经过受热蒸发的蒸馏过程和遇冷冷凝的收集过程达到海水淡化的目的。太阳能取之不尽用之不竭,因而太阳能海水淡化过程具有零污染的优点,发展潜力巨大。但是传统太阳能蒸馏器的加热方式均为体加热,大部分能量在升温过程中以其他方式辐射,导致光热转换效率较低。近年的研究表明界面加热过程可以有效的改善这个问题。通过选取特殊吸光材料和新颖的微结构设计,制备出高吸光率的光吸收体。采用限域界面加热的方式,脱盐效率可大幅提升。针对高效界面光蒸汽转化吸收体材料,本论文主要研究内容如下:1、以多孔的亲水性聚偏氟乙烯薄膜为基底,通过真空抽滤法制备了 GO太阳能吸收体并通过水合肼蒸汽还原得到还原GO（Reduced GO,rGO）。对rGO膜进行形貌、结构、吸光性能等表征,结果表明rGO膜表面孔径从1 μm减小至220 nm的变化过程中,蒸发速率随孔径的减小先由0.63 kg/m2·h-1增大到0.87 kg/m2·h-1,后降低到0.76kg/m2·h-1。这一结果表明了 rGO光热膜微孔结构对蒸发速率有重要影响。2、受水在植物中运输过程的启发,以rGO膜为光热吸收体,改进了传统的光热转换装置。在1个太阳光照下测得纯水、传统模型、改进模型的蒸发速率分别是0.55 kg/m2·h-1、0.84 kg/m2·h-1和1.26 kg/m2·h-1,改进后装置的蒸发速率有了大幅提高。进一步地,改进模型的光热效率从48%升至74%,研究表明改进模型后热量在传递过程中的损耗降低,从而大幅提高了光热膜的光热转换效率。3、通过水热法合成rGO@Ag复合材料,制备了 rGO@Ag复合吸收体。并对复合吸收体进行形貌、结构、吸光性能和脱盐性能进行表征,结果显示rGo@Ag复合膜在400 nm左右出现局域等离激元效应,其对光的吸收增强,200-2500nm波长范围内复合膜的平均吸光度为0.622。在1个太阳光照下实验2 h,rGO@Ag复合膜显示的蒸发速率为1.31 kg/m2·h-1,光热转换效率为77.7%。以宁夏大学金波湖水为研究对象,对比中国生活用水卫生标准,元素分析结果表明通过rGO@Ag光热膜脱盐后的净水水质达到了中国饮用水中离子的指标。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 论文中物理符号及缩写清单
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•   1.2 太阳能海水淡化装置
•     1.2.1 主动式太阳能海水淡化
•     1.2.2 被动式太阳能海水淡化
•   1.3 太阳能吸收体
•     1.3.1 碳基太阳能吸收体
•     1.3.2 石墨烯-金属纳米颗粒复合太阳能吸收体
•   1.4 论文的研究内容
•     1.4.1 论文的研究意义
•     1.4.2 论文的主要研究内容
•     1.4.3 论文的研究路线
• 第二章 实验、表征及基本参数的计算方法
•   2.1 实验试剂及仪器
•   2.2 材料的表征
•     2.2.1 晶体结构
•     2.2.2 微观形貌
•     2.2.3 吸光度
•     2.2.4 拉曼光谱分析
•     2.2.5 元素含量分析
•   2.3 质量变化分析
•   2.4 蒸发性能测试
•     2.4.1 温度测试
•     2.4.2 质量变化测试
•     2.4.3 效率计算
• 第三章 还原氧化石墨烯光热膜的制备及其微结构-光热转换特性的构效关系研究
•   3.1 前言
•   3.2 实验部分
•   3.3 样品的表征与分析
•     3.3.1 微观形貌的分析
•     3.3.2 光热转换的分析
•     3.3.3 质量变化的测试
•   3.4 本章小结
• 第四章 高效界面光蒸汽装置的设计与脱盐性能分析
•   4.1 前言
•   4.2 实验部分
•     4.2.1 样品制备
•     4.2.2 吸收体的制备
•   4.3 样品的表征与分析
•     4.3.1 蒸馏模型的微观分析
•     4.3.2 光热转换的分析
•     4.3.3 质量变化的测试
•   4.4 本章小结
• 第五章 rGO@Ag的制备及其光热性能研究
•   5.1 前言
•   5.2 实验部分
•     5.2.1 样品制备
•   5.3 样品的表征与分析
•     5.3.1 微观形貌的分析
•     5.3.2 光吸收、光热转换性能的分析
•     5.3.3 质量变化的测试
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简介

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 孟媛

导师: 李海波

关键词: 太阳能,海水淡化,界面,光蒸汽,石墨烯

来源: 宁夏大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑

专业: 海洋学,无机化工,材料科学,工业通用技术及设备

单位: 宁夏大学

基金: 国家自然科学基金(21862016)

分类号: TQ127.11;TB383.2;P747

DOI: 10.27257/d.cnki.gnxhc.2019.000594

总页数: 59

文件大小: 7790K

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