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基于Ti3C2的气液界面加热太阳能海水蒸馏研究

2020-12-02阅读(514)

基于Ti3C2的气液界面加热太阳能海水蒸馏研究

论文摘要

海水淡化、远程调水、污废水再生利用是解决全球水资源短缺问题的有效方法。由于海水占全球水资源总量的97%,能够为海水淡化提供充足的水资源,因此具有更广阔的前景。工业中常用的海水淡化工艺是多级闪蒸和反渗透。但是,这两种工艺能耗高导致制水成本高,而且使用化石能源还会造成空气污染和温室效应,同时该工艺也不利于在偏远或海岛地区应用。针对上述问题,近年来兴起了基于气液界面加热的太阳能海水蒸馏淡化技术。本文,拟采用层状碳化钛（MXene Ti3C2）作为光热转换材料,探究其在该项技术中的应用前景。以碳钛化铝为原料,通过HF刻蚀法制备了层状结构MXene Ti3C2。Ti3C2片的大小长3.0 μm,宽1.4 μm,BET比表面积1.28 cm2/g,平均孔径为22.3 nm。通过真空抽滤法将,Ti3C2负载在聚偏二氟乙烯滤膜（PVDF）上,制备的Ti3C2/PVDF膜表面平整,呈疏水性（接触角为128.6°）,通过紫外-可见-近红外吸收光谱结合Matlab软件计算得出其在200-2000 nm太阳光谱范围内的吸收率为96.36%。Ti3C2/PVDF膜气液界面加热水蒸发过程符合零级动力学,2个太阳光强度照射下,其水蒸发速率为0.98kg·m-2·h-1,是纯水直接蒸发的2.8倍。通过红外摄像仪实时记录反应器温度变化的方法验证了气液界面加热特性。另外,研究了 Ti3C2用量、光强、耐久性对其水蒸发速率的影响。最后,以实际海水为研究对象,分析了冷凝淡化水的水质。为了进—步提高Ti3C2/PVDF膜的水蒸发速率和抗盐析效果,以膨胀聚乙烯醇泡沫（EPE）为隔热材料,以无尘纸（ALP）为吸水材料,组装成集“吸水-隔热-光热转换”为—体的EPE/ALP/Ti3C2/PVDF蒸馏组件。该蒸馏组件最优工况下对盐水蒸发速率可达1.39 kg·m-2·h-1,分别是盐水、Ti3C2/PVDF、EPE/ALP的4.96、1.42、2.05倍。另外,EPE/ALP/Ti3C2/PVDF蒸馏组件能够在不同盐度、不同光强的条件下保持良好的抗盐析性能。

论文目录

  • 致谢
  • 摘要
  • Abstract
  • 1 绪论
  •   1.1 水资源现状
  •     1.1.1 水资源总量
  •     1.1.2 海水资源淡化利用
  •   1.2 海水淡化方法现状
  •     1.2.1 相变法
  •     1.2.2 非相变法
  •   1.3 气液界面加热太阳能海水淡化
  •     1.3.1 碳基材料
  •     1.3.2 金属纳米粒子
  •     1.3.3 金属氧化物
  •     1.3.4 其他类型材料
  •   1.4 本论文研究计划
  •     1.4.1 研究目的与意义
  •     1.4.2 研究主要内容
  •     1.4.3 研究技术路线
  • 2 材料与方法
  •   2.1 实验材料与仪器
  •     2.1.1 实验试剂
  •     2.1.2 实验材料
  •   2.2 表征仪器
  •     2.2.1 X射线衍射（XRD）
  •     2.2.2 扫描电镜（SEM）
  •     2.2.3 透射电镜（TEM）
  •     2.2.4 比表面积测定
  •     2.2.5 3D显微镜测定
  •     2.2.6 接触角测定
  •     2.2.7 紫外-可见-近红外漫反射（UV-VIS-IR）
  •     2.2.8 红外热成像
  • 3C2/PVDF气液界面水蒸发试验'>  2.3 Ti3C2/PVDF气液界面水蒸发试验
  • 3C2/PVDF的制备'>    2.3.1 Ti3C2/PVDF的制备
  •     2.3.2 气液界面加热水蒸发试验
  •     2.3.3 气液界面加热水蒸发试验工况优化
  •     2.3.4 界面加热验证
  •     2.3.5 耐久性测试实验
  •     2.3.6 不同水体蒸发效率实验
  •     2.3.7 淡化水水质分析
  • 3C2/PVDF气液界面加热水蒸发试验'>  2.4 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF气液界面加热水蒸发试验
  • 3C2/PVDF性能测试试验'>    2.4.1 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF性能测试试验
  •     2.4.2 气液界面加热含盐水蒸发试验
  • 3C2/PVDF气液界面加热水蒸发工况优化'>    2.4.3 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF气液界面加热水蒸发工况优化
  • 3C2/PVDF抗盐析盐试验'>    2.4.4 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF抗盐析盐试验
  • 3C2/PVDF气液界面加热太阳能永蒸发'>3 Ti3C2/PVDF气液界面加热太阳能永蒸发
  • 3C2理化性能分析'>  3.1 MXene Ti3C2理化性能分析
  •     3.1.1 X射线衍射（XRD）分析
  •     3.1.2 扫描电镜（SEM）分析
  •     3.1.3 透射电镜（TEM）分析
  •     3.1.4 比表面积（BET）分析
  • 3C2/PVDF理化性能分析'>  3.2 Ti3C2/PVDF理化性能分析
  •     3.2.1 3D显徽镜分析
  •     3.2.2 接触角（Contact angle）分析
  •     3.2.3 紫外-可见-红外吸收光谱（UV-VIS-IR）分析
  • 3C2/PVDF气液界面加热水蒸发效能'>  3.3 Ti3C2/PVDF气液界面加热水蒸发效能
  •     3.3.1 气液界面加热水蒸发效能
  •     3.3.2 不同工况优化
  •     3.3.3 红外相机热成像分析
  • 3C2/PVDF耐久性分析'>    3.3.4 Ti3C2/PVDF耐久性分析
  • 3C2/PVDF蒸发水质分析'>    3.3.5 Ti3C2/PVDF蒸发水质分析
  •   3.4 本章小结
  • 3C2蒸馏组件气液界面加热水蒸发'>4 EPE/AL/PVDF/Ti3C2蒸馏组件气液界面加热水蒸发
  • 3C2/PVDF性能分析'>  4.1 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF性能分析
  • 3C2/PVDF吸水性能'>    4.1.1 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF吸水性能
  • 3C2/PVDF隔热性能'>    4.1.2 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF隔热性能
  • 3C2/PVDF气液界面加热蒸发盐水的效能'>    4.1.3 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF气液界面加热蒸发盐水的效能
  • 3C2/PVDF蒸法工况优化'>  4.2 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF蒸法工况优化
  •     4.2.1 EPE厚度优化
  •     4.2.2 ALP层数优化
  • 3C2用量优化'>    4.2.3 Ti3C2用量优化
  •     4.2.4 PVDF层数优化
  • 3C2/PVDF抗盐性能'>  4.3 EPE/ALP/Ti3C2/PVDF抗盐性能
  •     4.3.1 不同层数PVDF的蒸发抗盐性能
  •     4.3.2 不同盐度下的蒸发抗盐性能
  •     4.3.3 不同光强下的蒸发抗盐性能
  •   4.4 本章小结
  • 5 结论与展望
  •   5.1 结论
  •   5.2 展望
  • 参考文献
  • 作者筒历

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 朱科杭

    导师: 叶苗苗

    关键词: 气液界面加热,太阳能,海水淡化,蒸馏组件

    来源: 浙江大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学

    专业: 海洋学

    单位: 浙江大学

    基金: 浙江省基础公益研究计划项目(LGG18E080002)

    分类号: P747.1

    DOI: 10.27461/d.cnki.gzjdx.2019.002259

    总页数: 70

    文件大小: 6171k

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