211service.com
Nanodaļiņas rada tvaiku, neuzvārot ūdeni
Tvaiks ir galvenā sastāvdaļa plašā rūpniecisko un komerciālo procesu klāstā, tostarp elektroenerģijas ražošanā, ūdens attīrīšanā, spirta destilācijā un medicīnas iekārtu sterilizācijā.
Tomēr šī tvaika ģenerēšanai parasti ir nepieciešams milzīgs enerģijas daudzums, lai uzsildītu un galu galā uzvārītu ūdeni vai citu šķidrumu. Tagad Rīsu universitātes pētnieki ir atraduši īsceļu. Izmantojot ūdenī suspendētas gaismu absorbējošas nanodaļiņas, grupa spēja pārvērst nanodaļiņas apņemošās ūdens molekulas tvaikā, vienlaikus gandrīz nepaaugstinot atlikušā ūdens temperatūru. Šis triks varētu ievērojami samazināt daudzu ar tvaiku atkarīgu procesu izmaksas.
Rice komanda izmantoja Fresnel objektīvu, lai fokusētu saules gaismu uz nelielu ūdens cauruli, kas satur augstu nanodaļiņu koncentrāciju, kas suspendēta šķidrumā. Ūdens, kas bija atdzesēts līdz gandrīz sasalšanas temperatūrai, sāka radīt tvaiku piecu līdz 20 sekunžu laikā atkarībā no izmantoto nanodaļiņu veida. Temperatūras, spiediena un masas izmaiņas atklāja, ka 82 procenti saules gaismas, ko absorbēja nanodaļiņas, tika tieši izmantoti tvaika radīšanai, bet tikai 18 procenti tika izmantoti ūdens sildīšanai.
Tas ir jauns veids, kā pagatavot tvaiku bez verdoša ūdens, saka Naomi Halas, Rīsu universitātes Nanofotonikas laboratorijas direktore. Halas stāsta, ka darbs paver daudzas interesantas durvis attiecībā uz to, kam var izmantot tvaiku.
Jaunais paņēmiens varētu, piemēram, radīt lētas tvaika ģenerēšanas ierīces maza mēroga ūdens attīrīšanai, medicīnisko instrumentu sterilizācijai un notekūdeņu attīrīšanai jaunattīstības valstīs ar ierobežotiem resursiem un infrastruktūru.
Nanodaļiņu izmantošana siltuma pārneses palielināšanai ūdenī un citos šķidrumos ir labi pētīta, taču daži pētnieki ir pētījuši, kā izmantot daļiņas, lai absorbētu gaismu un radītu tvaiku.
Pašreizējā pētījumā Halas un kolēģi izmantoja nanodaļiņas, kas optimizētas, lai absorbētu pēc iespējas plašāku saules gaismas spektru. Kad gaisma skar daļiņas, to temperatūra ātri paaugstinās līdz 100 °C, ūdens viršanas temperatūrai, izraisot apkārtējo ūdens molekulu iztvaikošanu.
Tas, kā daļiņas un ūdens molekulas mijiedarbojas, joprojām ir zināmā mērā noslēpums. Tradicionālie siltuma pārneses modeļi liecina, ka absorbētajai saules gaismai vajadzētu izkliedēties apkārtējā šķidrumā, pirms ūdens sāk vārīties. Šķiet, ka ir kāda nanomēroga termiskā barjera, jo tā nepārprotami rada tvaiku kā traku, saka Halass.
Halas un kolēģu izstrādātā sistēma uzrādīja 24 procentu efektivitāti, pārvēršot saules gaismu tvaikā.
Tods Otanicars, Talsas universitātes mehānikas inženieris, kurš nebija iesaistīts pašreizējā pētījumā, saka, ka atklājumi varētu būtiski ietekmēt liela mēroga saules siltumenerģijas ražošanu. Saules termoelektrostacijas parasti izmanto koncentrētu saules gaismu, lai uzsildītu šķidrumu, piemēram, eļļu, ko pēc tam izmanto ūdens sildīšanai, lai radītu tvaiku. Otanicar lēš, ka, ģenerējot tvaiku tieši ar nanodaļiņām ūdenī, šāda sistēma varētu palielināt efektivitāti par 3 līdz 5 procentiem un izmaksu ietaupījumus par 10 procentiem, jo varētu izmantot mazāk sarežģītu dizainu.
Otanicar brīdina, ka izturība - nanodaļiņu spēja atkārtoti absorbēt saules gaismu un radīt tvaiku - joprojām ir jāpierāda, taču piebilst, ka pašreizējā pētījumā sasniegtā 24 procentu efektivitāte ir iepriecinoša. Viņš saka, ka tas ir tikai sākums šīs pieejas optimizēšanai.