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劳伦斯·伯克利国家实验室最新研究:改变光波长提高废水蒸发速率

发表时间:2020-04-30 14:40

在许多行业通常采用蒸发池来处理废水,它是一种处理废水的经济方法,利用阳光对水分的自然蒸发,可以将脏水减少为固体废物。蒸发池还用于石油和天然气行业的发电厂、海水淡化厂,也用于锂提取,将富含锂的盐水抽入巨大的人造盐池中。在气候适宜的中国,澳大利亚,欧洲,中东和美国部分地区(干旱或半干旱,日照充足的国家)很常见
蒸发池占地面积大,有的并排的蒸发池可以达到足球场那么大,对鸟类和其他野生动植物构成威胁,这也是个大问题。
在许多行业中,蒸发池通常用于处理废水,蒸发池占地几英亩,占地大,并经常对鸟类和其他野生动植物构成风险。但是,它们是处理污染水的一种经济方法,因为它们利用了阳光下的自然蒸发,可以将大量的脏水减少为更少量的固体废物。
美国劳伦斯·伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的研究人员研制了一种利用太阳能并利用水的固有特性使蒸发速率增加一倍的方法。由伯克利实验室科学家Akanksha Menon和Ravi Prasher领导的这项研究发表在《自然可持续性》。
Prasher表示:“这是要解决的一个大社会问题,通过可扩展的方式显着提高蒸发速率来处理废水或提取有价值的盐(如锂),这个方法可以通过减少所需土地的数量来减少对环境的影响。”
为了最大程度地从工业废水和淡化盐水中回收水,人们一直在努力实现“零液体排放”,以便最终废物为固体。这一过程涉及一系列处理步骤,最后一步通常是蒸发池。为了实现零液体排放,研究人员提出许多想法如使用太阳能能源,加快蒸发速度。
因为蒸发是一种表面现象,有一些黑色海绵一样的物质漂浮在水面吸收阳光,使热量局部化。但是这些多孔结构被试图分离的污染物堵塞,浮动吸收器的性能随时间急剧下降。
改变太阳光的波长
伯克利实验室的研究人员在寻找可以避免此类问题的解决方案。他们发现在中红外波长范围内水具有很强的吸收能力。当中红外光照射到水上,它会强烈吸收从而将所有热量保留在非常薄的一层中。
利用这一性质,研究团队决定制造一种“辐射变压器”设备,设备从400至1,500纳米范围内的日光中吸收能量,并将它转换为中红外范围内的3,000纳米或更大的光。
研究小组在实验室中使用饱和食盐溶液演示了这一概念。,原型设备使蒸发速率比自然蒸发提高了100%以上。通过优化散热设计,有可能使蒸发量增加160%。
实验光热装置是一种平板,可以在一侧选择性地吸收太阳能,而在另一侧则发出中红外能量,这个装置位于像伞一样的蒸发池中的水面上方。
研究人员指出,这种太阳伞还可以在海水淡化厂中发挥作用,海水淡化厂正在成为全球不断增长的用水需求的解决方案,但副产品(浓盐水)的处置仍然是一个问题。
如果要进行大规模海水淡化,最大的挑战之一就是如何提出可扩展的技术。这可能是一种高度可扩展的零液体排放技术,这项技术不需要任何能量,因为它基于太阳能。

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