太阳能海水蒸馏器

作为最有效的水净化方法之一，太阳能净化水已获众多研究学者的关注。一方面，利用太阳能净化水非常环保，另一方面，该工艺所需的设备安装和操作要求相对较低。为了提高太阳能净化水的效率，已有学者提出了几种净化方法，如预热法、夜间加热法和附加热源法,带有黑色吸收片（BAS）的增强型太阳能蒸馏法（SSG）就是其中的一种方法。但SSG蒸发只发生在水-气界面，如何增加加热过程中界面面积成了提高SSG效率的关键。此外，BAS材料本身的性能也是SSG的速率的重要影响因素。大量研究发现，微尺寸多孔结构BAS可以提高SSG的蒸发速率：一方面，这种结构大大增加了水-气界面；另一方面，BAS自身具有高吸收率和良好的隔热性能，这既能够减少热量损失，又能够提高吸热效率。此外，双层BAS能够进一步提高SSG的速率。通常，BAS可以由化学方法或者碳化方法制得，然而这样制得的BAS的孔径的大小和孔的分布都是随机的，无法可控地得到最佳的蒸发速率。为了进一步优化SSG，古斯塔夫• 埃菲尔大学的Elyes Nefzaoui团队与巴黎东大Tarik Bourouina以及西安交通大学的韦学勇教授联合提出了一种二维超材料泡沫（meta-foams），这种超泡沫具有确定的孔径和规则的孔分布，在优化研究中可作为有效可控的模型，该团队也将这种超泡沫作为表面增强型太阳能水蒸发器的研究工作中。在该研究工作中，纳米黑硅（B-Si）因其在可见光到近红外波段具有优异的吸收率和光热性能被用作超泡沫材料。采用等离子刻蚀制备了具有分层纳米结构和周期性二维多孔超泡沫，并就孔径大小、孔的数量对蒸发速率的影响进行了探索。研究发现：孔径和孔的数量是一把双刃剑，一方面，孔径和数量要尽可能的多，以保证系统能提供充足的水量；另一方面，孔径过大和数量过多会导致吸收的热量减少。此外，研究团队也设计了双层系统，以保证可靠的吸水性、稳定的吸热和隔热性能。实验表明，在一次太阳光辐射、常温、相对湿度为58%时，直径20μm的B-Si超泡沫样品最佳蒸发速率可达到1.34 kg/(h⋅m2)，转换率可以达到可观的89%（实验条件不变的情况下，理论蒸发速率可达 1.5 kg/(h⋅m2）），蒸发速率是普通蒸馏法的3.96倍。同时，该团队发现了另外一种低成本制造超泡沫的方法：借助摩方高精度3D打印设备(nanoArch S130,摩方精密)制作超泡沫样品。实验证实，在同一实验条件下，孔径为275μm的3D打印的超泡沫的蒸发速率为1.32 kg/（h⋅m2）。这个结果与B-Si超泡沫的最佳值相当，在SSG中显示出非常优越的性能。3D打印的超泡沫可以作为B-Si超泡沫的低成本代替品，具有很好的发展潜力和应用前景。图1.超泡沫的概念示意图:(a)由二维周期结构制成的优化超材料，(b)应用于优化太阳能水净化，(c)B-Si周期性微孔超泡沫的SEM图像。测量的吸收光谱:(d)不同多孔表面的原始测量数据，(e)暴露在太阳辐射下的结构表面有效吸收率。图2.二维B-Si超泡沫：(a)断面示意图，(b)用于实验样品照片，(c)三种不同超泡沫材料的蒸发速率，与常规泡沫蒸发速率和自然水蒸发速率进行了比较。图3.3D打印的超泡沫：(a)圆柱微孔的截面SEM视图，(b)三种不同的超泡沫的蒸发速率，并与自然水蒸发速率进行了比较。图4.吸收率和蒸发速率、表面平衡温度的函数关系图5.孔隙率和蒸发速率的函数关系图6.硅基二维超泡沫的制作过程此外，该团队还用海水对二维超材料超泡沫的表面强化型太阳能蒸馏进行了实验评估：将超泡沫在海水中浸泡了14天，并与同等实验条件下用去离子水浸泡的超泡沫进行对比。实验结果发现，在海水中浸泡14天后，超泡沫在SSG的蒸发性能降低约7%-9%。从图7可推测，蒸发性能降低很可能是由于结晶盐堵塞了超泡沫的孔隙，导致吸收率的降低。如果能够解决孔隙堵塞的问题，那么具有BAS超泡沫结构的SSG在海水净化方面将发挥巨大的应用潜力。图7.（a）海水蒸发速率和去离子水蒸发速率的对比（b）海水中浸泡之前超泡沫表面的显微镜图像（c）海水中浸泡之后超泡沫表面的显微镜图像该研究成果以题为：Two-dimensional metamaterials as meta-foams for optimized surface-enhanced solar steam generation发表在《Solar Energy Materials & Solar Cells》期刊上。

LAUDA Puridest 蒸馏器采用 “ GFL Technology ”质量标志 LAUDA Puridest 蒸馏器的预期寿命超过 15 年，是可靠、耐用的实验室水处理设备之一。LAUDA Puridest 蒸馏器由 LAUDA-GFL 开发和制造，共计 14款不同型号。该公司以可靠的实验室技术作为优质制造商而享誉全球，自 2018 年 12 月 31 日起加入 LAUDA 集团。 “ GFL Technology ”质量标志意味着 LAUDA 延续了 GFL 品牌传统，该品牌在 20 多年来一直以其质量和可靠性在全球实验室行业中享有盛誉。 产品特点 Ÿ 高品质蒸馏物LAUDA Puridest 蒸馏器提供超纯、低气体、无菌和无热原的蒸馏物，用于稀释试剂及样品组等。LAUDA Puridests 可净化任何原水，以产生电导率低至 1.6 µS/cm 以下的馏出物。它符合 DAB 规定和国际药典要求。 Ÿ 多种型号，适配不同需求LAUDA Puridest 蒸馏器有多种型号可供选择 - 每小时可生产 2 升至 12 升，内部储罐可选配。无论是具有手动或全自动清洁循环功能的单级不锈钢蒸馏器、双级不锈钢/玻璃蒸馏器还是全玻璃蒸馏器 - LAUDA Puridest 是可理想适配于任何应用场景。 Ÿ 极易上手的操作流程，符合人体工程学 蒸馏器的调试和操作极其简单。提取超纯水非常简单。连接原水和电源后，可直接提取超纯水。唯一需要的维护是清除蒸馏器中的污染物。LAUDA Puridest 的维修与清洁工作简单，且无需重复采购耗材，是理想适配任何地点的可靠解决方案。 由 4 个组别的 14 个型号组成的系列2 和 4 升/小时的单蒸馏器- 不锈钢热水炉- 直接出水(无储水罐)- 出水电导率2.3 µS/cm2，4，8 和 12 升/小时的单蒸馏器- 不锈钢热水炉- 从储水罐出水- 出水电导率 2.3 µS/cm2，4 和 8 升/小时的双蒸馏器- 不锈钢(1)和玻璃(2)热水炉- 直接出水(无储水罐)- 双出口出水电导率：2.2 和 1.6 µS/cm2，4 和 8 升/小时的双蒸馏器- 全玻璃热水炉- 直接出水(无储水罐)- 双出口出水电导率：2.2 和 1.6µS/cm (1) 不锈钢热水炉进行第一次蒸馏(2) 玻璃热水炉再进行第二次蒸馏常见应用领域 Ÿ 细菌和医学样品制备Ÿ 细胞和组织培养物的制备Ÿ 清洁和灭菌过程Ÿ 在质量、开发和研究实验室中生产缓冲溶液Ÿ 微生物和分析应用 适用于任何应用：Puridest PD 4 R 带有内部储罐和 PD 2 用于直接馏出物提取 我们的准则是简单：标配运行状态显示和清洁要求的 LED 指示灯 关于 LAUDA 我们是 LAUDA——精确温度控制领域的专家。我们的温度控制设备和加热/冷却系统是许多应用的核心。作为全方位服务供应商，我们在研究、生产和质量控制中保证最佳温度。我们是值得信赖的合作伙伴，特别是在汽车、化学/制药、半导体和实验室/医疗技术行业。65 多年来，我们每天都以崭新面貌在全球范围内提供我们专业咨询和创新的环保设计方案，满足我们的客户。

p style="text-align: justify "　　随着社会发展，淡水资源变得越发匮乏，水资源短缺正成为全球需要共同面对的挑战。光热蒸汽技术以太阳能和海水为原料，为清洁水资源的生产提供了一条路径。然而，传统的块体光热蒸汽技术由于产水效率较低(约40%)，难以满足实际需求。/pp style="text-align: justify "　　在“纳米科技”重点专项“表面等离激元高效光热转换机理、器件及太阳能热利用”项目支持下，南京大学朱嘉教授团队将氧化铝多孔模板与金属纳米颗粒自组装技术结合，创新性地设计了一种新型吸收体材料，在400nm到10μm波段具有99%的太阳光吸收效率。结合新型界面光热转换设计，将这种材料应用到海水淡化上，光热蒸汽转化效率可达90%，并且水质可以满足WHO的饮用水标准。在此基础上，该团队进一步实现蒸汽焓存储利用和太阳能水电联产，依靠太阳光和自然水源两种地球上最充沛的资源，即可实现洁净水和电的联产。同时，该团队也将界面太阳能蒸汽技术创新性地推广到了污水处理、灭菌等领域，取得了较好的结果。/pp style="text-align: justify "　　我国科学家取得的成果，引起了国际学术界和产业界的广泛关注。《科学》杂志以《新的水纯化系统可帮助世界解渴》为题进行专文介绍。这一新型太阳能海水淡化技术显示出广阔的前景，不但可以为贫困、偏远地区提供经济、可行的饮用水方案，也可为海洋、沙漠、军事等特殊地区及应用领域提供小型、便携的供水方案，更有可能为世界性的水资源缺乏问题贡献“中国水方案”。/pp/p