新的太阳能材料可以清洁饮用水

向野外士兵和世界各地的公民提供清洁水至关重要,但这是世界上最大的挑战之一。现在,在陆军的资助下开发的一种新的超芯吸和超吸光铝材料可以改变这种情况。

在美国陆军作战能力发展司令部陆军研究实验室的一部分-陆军研究办公室的资助下,罗切斯特大学的研究人员开发了一种新型铝板,该板能够更有效地集中太阳能以蒸发和净化受污染的水。

ARO项目经理Evan Runnerstrom博士说:“陆军及其战士在水上奔跑,因此对基础材料的研究特别感兴趣,这可能会导致产生饮用水的先进技术。”这些铝质表面的超级芯吸和吸光性能相结合,可以实现被动或低功率水净化,以更好地维持战场上的士兵。”

研究人员开发了一种激光加工技术,该技术将常规的铝沥青变黑,使其具有很高的吸收性,并且具有超级芯吸作用(它可以将水芯吸向山坡以抵抗重力)。然后,他们将这种超级吸收性和超芯吸性铝用于太阳能净水。

Nature Sustainability中的一项技术使用飞秒(超短)激光脉冲来蚀刻普通铝板的表面。将铝板以面向太阳的角度浸入水中后,会在金属表面上向上拉一层水。同时,发黑的表面保留了它从太阳吸收的能量的近100%,以快速加热水。最后,芯吸表面结构改变了水的分子间键,从而进一步提高了蒸发过程的效率。

罗彻斯特大学光学教授郭春雷教授说:“这三件事共同使该技术在100%的效率下比理想的设备运行得更好。”“这是一种解决全球水危机的简单,持久,廉价的方法,特别是在发展中国家。”

实验室实验表明,该方法可将所有常见污染物(例如洗涤剂,染料,尿液,重金属和甘油)的存在降低到安全的饮用水平。

郭说,该技术在发达国家减轻干旱地区的水短缺和水淡化项目中也可能有用。

长期以来,人们一直认为使用阳光煮沸是消除微生物病原体和减少腹泻感染所致死亡的一种方法,但是沸水并不能消除重金属和其他污染物。

太阳能水净化;但是,由于蒸发的水变成气态然后冷凝并被收集时,几乎所有的杂质都被遗忘了,因此可以大大减少这些污染物。

太阳能水蒸发的最常见方法是体积加热,即加热大量水,但只有顶层可以蒸发。郭说,这显然是低效的,因为只有一小部分的热能被利用了。

一种更有效的方法(称为界面加热)将漂浮的多层吸收和芯吸材料放置在水的顶部,因此仅需要加热表面附近的水。但是所有可用的材料都必须水平漂浮在水面上,并且不能直接面对太阳。此外,可用的芯吸材料会很快被蒸发后留下的污染物堵塞,需要经常更换材料。

研究人员开发的铝面板通过将薄薄的一层水从储层中抽出并直接放在太阳能吸收器表面上进行加热和蒸发,从而避免了这些困难。

郭说:“此外,由于我们使用的是开槽表面,因此只需喷涂即可非常容易清洁。”“最大的优点是,可以连续调节面板的角度,使其在升起时直接面向太阳,然后在落山之前在天空中移动,从而最大程度地吸收能量。”

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