太陽能水蒸發(fā)技術的規(guī)模應用,能夠同時解決化石能源危機和淡水資源短缺兩大難題,因而具有重要的研究意義。理想的太陽能水蒸發(fā)材料必須同時具有以下幾方面特性:一是高效吸收太陽光;二是高效光熱轉換;三是親水的多孔結構以利于水的輸運。為了獲得高效的太陽能光熱水蒸發(fā)材料,我們制備了碳化蘿卜、氧化錫銻(ATO)/C復合膜以及Ag@Ag_2S/C雙層復合膜材料,對樣品的相關性能進行了研究,結果如下:(1)將一種便宜且可大規(guī)模獲得的農作物白蘿卜進行碳化,制備出能夠高效產生蒸汽的太陽能吸收材料。碳化蘿卜具有高度發(fā)達的蜂窩狀多孔結構和優(yōu)異的親水性能,其太陽能光吸收率在250-2500 nm光譜范圍內高達93.5%。在單個太陽光強照射下,碳化蘿卜的水蒸發(fā)速率可高達1.57 kg·m~(-2)·h~(-1),太陽能蒸汽產生效率可達到85.9%。對于不同類型的原水,包括海水和染料廢水,蒸發(fā)處理后收集到的水樣品均達到優(yōu)異的處理性能。(2)以碳化的羧甲基纖維素作為可見光區(qū)吸收材料,以ATO粉末作為近外光吸收材料,利用冷凍鑄造-冷凍干燥技術制備了具有定向多孔結構的ATO/C復合膜材料。當ATO/C比例為1:1.694時,ATO/C復合膜在250-2500 nm光譜范圍內太陽能光吸收率均高達96%以上。且得到的ATO/C復合膜具有優(yōu)異的親水性能。ATO/C復合膜在一個太陽光強下的水蒸發(fā)速率為1.12 kg·m~(-2)·h~(-1),太陽能蒸汽產生效率為68.9%。對于不同類型的原水,包括海水和染料廢水,蒸發(fā)處理后收集到的水樣品均達到優(yōu)異的處理性能。(3)以羧甲基纖維素為碳前驅體,以Ag@Ag_2S核殼結構的納米顆粒作為增強近紅外光吸收材料,利用冷凍鑄造-冷凍干燥技術制備了具有定向多孔結構的Ag@Ag_2S/C雙層復合結構。該復合結構在250-2500 nm光譜范圍內太陽能光吸收率均高達89%以上,且具有優(yōu)異的親水性。Ag@Ag_2S/C雙層復合材料在一個太陽光強下的水蒸發(fā)速率為1.34 kg·m~(-2)·h~(-1),太陽能蒸汽產生效率為81.5%。對于不同類型的原水,包括海水和染料廢水,蒸發(fā)處理后收集到的水樣品均達到優(yōu)異的處理性能。
【學位單位】：青島科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：TB34
【部分圖文】：

青島科技大學碩士研究生學位論文的光透射率和較低的光反射率，也就是說，在較寬的太陽光譜范圍內具有較高的光吸收效率。理論上，光吸收材料的吸收率α≥0.9、紅外熱發(fā)射率ε≤0.2，即認為該材料具有很好的光譜選擇性。但是，在光譜選擇性吸收材料的實際應用中，吸收率α增大到一定值時，想要獲得更大的吸收率，熱發(fā)射率ε也會隨之增加。所以，通常用吸收比α/ε來衡量選擇性吸收材料的吸收性能。除具有波長選擇性外，吸收材料和發(fā)射材料設計上的其他重要因素是極化和方向不敏感性，這取決于太陽輻射的性質，太陽輻射是非偏振的，并且可以在一天中以各種角度出現(xiàn)。理想的吸收材料應該能夠承受高溫運行而不會降低光吸收性能。對于太陽能熱應用，通常需要高達 700℃的操作溫度，要求材料輕微膨脹，且在合適的范圍，這意味著理想的光吸收材料還應具有高熔點，低熱膨脹性能，良好的溫度穩(wěn)定性以及良好的機械和化學穩(wěn)定性[14]。

[14]。圖 1-1 (a)理想吸收體的光譜圖.在 1 300 K 下的太陽光譜（藍色）和熱黑體輻射（黑色）,并具有紫色虛線所示的理想太陽熱選擇性表面吸收光譜;(b)各種降低吸收效率的能量損失機理示意圖[13]Fig. 1-1 (a) Ideal absorption spectrum diagram showing a solar spectrum (blue) and thermalblack body radiation (black) at 1300 K with an ideal solar thermal selective surface absorberspectrum shown by the purple dashed line;(b) Schematic of various mechanisms of energy loss,reducing absorber efficiency.1.2.2 光吸收材料的光熱轉換機理光吸收介質將太陽輻射轉化成的熱量，通常可以直接通過傳熱流體吸收，或者間接通過某種黑色吸收體的表面，熱量從該吸收體表面收集并傳導至傳熱流體(圖 1-2)[15,16]。 熱的產生過程包括吸收入射光子，以及從黑色吸收材料到周圍介質的熱傳遞。熱散機制是光感應電場驅動材料晶體內的移動載體，載體獲得的能量轉化為熱量。然后熱量進行擴散而遠離材料，最終使得光吸收材料周圍介質的溫度升高[17]。作為吸收層的材料有許多種

圖 1-2 四分之一波長膜上的共振光陷阱[16]Fig. 1-2 Resonant light trapping in quarter-wave films無定形碳的制備過程簡單且制造成本低。大多數的生物質可以通過真空燒結無定型碳，并且純碳膜可以通過蒸發(fā)或濺射的方法獲得。由 sp2和 sp3鍵合共成的無定形碳是不具有長程有序結晶的碳質固體，并且通常含有氫元素和氮。由于原子核外 π 電子的能級緊密排列，所以它具有良好的寬帶光吸收能力。，由芳香鍵產生的穩(wěn)定性使得碳材料在大氣溫度下幾乎是惰性的，并且不溶和許多其他溶劑[18]。雖然在空氣-介質界面處受到5-10％的中等反射的限制，由于 π 帶的光學轉換，常規(guī)的炭黑或石墨可以吸收可見光[19]。為克服在空氣質界面處受到 5-10％的中等反射的限制，一個有效的方法是使用納米結構，特定向垂直排列的碳納米管或多孔石墨烯[20-24]，通過這種方式，大量的光學微間隔層兩側的反射面形成，通過共振再循環(huán)將光限制到小體積內，從而顯著光與材料的相互作用[25]。等離子體激元共振是在金屬結構上發(fā)生的獨特的光學現(xiàn)象。金屬表面等離激物理本質是費米能級附近導帶上自由電子受外界電磁場的激發(fā)，形成的一種

【參考文獻】

相關期刊論文 前4條

1 蔣茜;曾文霞;吳大雄;朱海濤;;Ag@Ag_2S核殼結構的制備及其光熱性能研究[J];青島科技大學學報(自然科學版);2017年06期

2 李柯;何凡能;;中國陸地太陽能資源開發(fā)潛力區(qū)域分析[J];地理科學進展;2010年09期

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本文編號：2830122