纤维负载碳点及CuS杂化凝胶水蒸发系统的设计与应用

来源 :中北大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:dmj_66666
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
随着地球上人口的不断增长,水资源短缺已经成为了人类社会面临的主要威胁之一。近几十年来,人们投入巨大的努力开发有效和可靠的方法解决缺水问题,但现有的实际应用中供水技术大多以恶化能源环境为代价,并不有利于可持续发展。因此,太阳能驱动界面水蒸发作为一种低成本、可持续发展技术成为了大家关注的焦点,利用太阳光作为能源动力,以海水作为资源产生水蒸汽被认为是最有希望解决淡水资源短缺的一种方法。但由于其蒸发效率不高,实际应用中蒸发器不稳定等问题亟需解决,因此在本文中,设计了一种新型复合光热材料,以来源丰富、生物相容性好、绿色成本低的碳点(CDs)和半导体硫化铜(Cu S)进行原位复合,负载在碳化聚丙烯腈(CPFs)基体上,最后用聚乙烯醇(PVA)凝胶将其包覆成型,设计成复合材料的太阳能驱动界面水蒸发系统。该系统在稳定性和抵抗恶劣环境中,依然能表现出高的蒸发效果和转换效率。主要工作为以下两点:(1)设计了一套稳定、高效的太阳能界面水蒸发系统。将商用聚丙烯腈纤维进行500℃煅烧为碳化聚丙烯腈纤维(CPFs),在Cu S制备过程中,将CDs和CPFs加入硫脲溶液中一同反应,水热法的制备可以将CDs@Cu S复合物均匀地排列在纤维上,最后用聚乙烯醇(PVA)混合溶液对其进行凝胶成型,形成稳定且具有一定结构强度的太阳能蒸发器CDs@Cu S-loading CPFs杂化凝胶。经过SEM、TEM和HETEM的表征结果来看,CDs和Cu S在微观结构上紧密结合在一起,并均匀地排列在纤维表面并被PVA完全包裹,形成稳定的结构。通过调控CDs的引入量、Cu S反应前驱物浓度和反应时长,相应地改变了Cu S的结构形貌,从而提升了吸光率及光热转换效率,最终太阳能驱动界面水蒸发系统达到了2.66 kg m-2 h-1的蒸发速率和95.9%的光热转换效率,相比于Cu S单纯样蒸发器在蒸发速率和转换效率上有了明显地提升,并在循环实验中和耐强酸强碱环境中表现出了良好的稳定性。(2)提出了一种新颖的概念策略,将光热水蒸发器CDs@Cu S-loading CPFs杂化凝胶与光伏电能耦合,以实现高效的海水淡化。在适当的电压作用下,CDs和Cu S纳米复合材料的光生电子会被泵出,以充分利用从太阳光中捕获的能量。这使得在一个标准太阳光照射下,在3.5 wt%的盐水中,蒸汽产生速率超过6.66 kg m-2 h-1,电能促进下的太阳能-蒸汽效率高达218%。这样的高性能归功于在有限的光热区域中瞬时释放更多的热能,从而导致吸附在这一层中的水突破汽化临界值。此外,实验结果表明,在恒定的太阳光照下,太阳能蒸发器所施加的电压和界面电荷转移效率决定了该系统的太阳蒸发性能。
其他文献
目前,机器人在各领域应用广泛,改变了人们的生活习惯。与此同时,人工智能技术的迅速发展,也让人们的生活方式发生了巨变。人工智能技术与机器人的融合使人机交互方式发生巨大的变化。新型交互模式不再局限于如屏幕或者键盘之类的传统交互方式,将有可能理解人类的情绪变化,实现更加和谐的人机交互方式去服务人类。新型的人机交互技术成为了国内外专家学者研究的热点,为了使机器人理解人类情绪,选择人类情感最为丰富的脸部作为
学位
随着科技和激光技术迅猛发展,激光武器由于其强大破坏力和威力被广泛应用于战场,目前军事领域中主要应用波段为可见光和近红外波长激光。激光告警系统按原理大致可分为光谱识别型、相干识别型、散射探测型和全息探测型等。不同工作原理的激光告警系统有各自特点,光栅衍射型激光告警系统功能上可以测量波长、方位角、俯仰角数据,并具有分辨率较高,工艺较为简单,成本较低的特点,因此,光栅衍射型激光告警系统是一种较为有效的激
学位
高压共轨系统的燃油喷射性能对柴油机整机性能有着极大的影响。喷射压力曲线、开启延时、关闭延时、喷油持续期、喷油量等参数的微小变化都会对燃烧室内的燃烧反应造成很大的影响,进而影响柴油机性能。因此,实时监控喷油性能的相关参数对把握柴油机运行状态有着极大的意义,在试验台架上进行高压共轨系统试验时,可以通过压力传感器等设备获得喷油器喷油压力曲线、喷油量等参数用以调节高压共轨系统相关参数、实时监测共轨系统性能
学位
快速导出并提取汽车行驶状态记录仪(黑匣子)数据,是分析车辆行驶状态,故障诊断的重要前提。现代汽车电气化智能化程度提高,导致车辆电子控制单元数目增加,黑匣子中存储的数据也急剧增长。传统的数据导出和提取方法难以满足智能汽车的要求,本文在研究多种数据处理和传输方式后,以计算能力更强的域控制器为基础设计了新的无线导出系统,新系统包括数据的压缩、传输以及提取,主要工作如下:(1)分析汽车数据采集、存储特点以
学位
集热管环形空间真空性能降低将导致其热损显著增大以及太阳选择性吸收涂层的劣化,进而造成整个槽式太阳能热发电系统效率降低及经济损失。为解决在系统运行和维护中如何实时、无损的识别与评价集热管真空性能问题,本论文提出了一种基于高频火花放电原理和发射光谱原理的集热管真空性能无损检测技术,研究了不同气体种类、压强与其放电光谱特性的关系与规律,并开发完成了集热管真空性能无损检测装置。主要研究内容包括:首先本文提
学位
FSCC赛事规定,自然吸气式内燃机必须在节气门和内燃机之间安装一个截面为圆环形的限流阀,以达到限制功率的目的。进气系统作为内燃机的动脉,它结构参数的改变会对内燃机的充气效率、进气阻力及各个歧管的出口质量流量会造成直接影响,从而影响内燃机动力性、排放性。因此在进气限流情况下,进气系统结构的设计和优化显得格外重要。针对我校在FSCC比赛中赛车出现动力性不稳定的情况,本文将对FSCC车用内燃机CBR60
学位
车用柴油机有着热效率高,动力大的优势,但其污染物的排放问题随着相关法规的日渐严格而引起了整个行业的重视,为了解决污染物排放量过高的问题,众多减排新技术被运用在柴油机领域。本文基于CONVERGE软件,对某型车用柴油机进行数值模拟研究,研究涉及气道类型的选择、进气加湿、喷油提前角、喷油压力、米勒循环及以上策略协同对此型柴油机燃烧和排放的影响。研究表明组合气道在对缸内燃烧的改善上要优于直气道,组合气道
学位
轴承作为机械传动系统中至关重要的零部件,其作用范围十分广泛。在内燃机工业中,高压供油泵因负载能力强、运转特性稳定常常作为内燃机系统中重要的匹配系统之一。高压供油泵凸轮轴高速运转过程中,凸轮轴与滑动轴承间的润滑油膜极易出现空穴现象,进而引起轴颈穴蚀,影响凸轮轴运转的稳定性。因此有必要引入空穴效应对轴承润滑特性进行研究,提高轴承润滑性能。针对直列柱塞式高压供油泵主轴滑动轴承润滑特性展开研究,以高压供油
学位
研究粘合树脂SL3020在半钢子午线轮胎三角胶中的应用。结果表明:以粘合树脂SL3020等量或增量替代间苯二酚,胶料混炼及半成品生产过程中的烟气问题得到有效解决;胶料的物理性能变化不大;成品轮胎的强度性能、高速性能和耐久性能相当,滚动阻力略有下降。
期刊
无损检测技术作为检测零件缺陷以及提高零件工艺质量的一种有效手段,广泛的应用于车辆、船舶、冶金、电力、石油化工、宇航、核能等行业。针对现有无损检测技术无法实现对大批量机械零件进行快速损伤检测的问题,本文提出一种基于改进谱减法和共振声学原理的无损检测技术。此技术通过获取零件的固有频率来进行损伤判定,主要内容为两方面:在实际的工厂环境中必然存在噪音干扰,利用改进的谱减法对声学振动信号降噪;利用基于共振声
学位