太阳能膜蒸馏通过热浓缩增强

ty10086 提交于 周三, 08/25/2021 - 16:39
文章英文标题
Solar membrane distillation enhancement through thermal concentration
正文
膜蒸馏( MD )由于与其他技术具有良好的兼容性,作为海水淡化技术具有巨大的潜力。但由于温度极化效应,其效率低、能耗大,阻碍了其应用。在这里,我们描述了太阳能膜蒸馏( SMD )利用具有热浓度的光热膜可以克服这个问题。针对SMD工艺制备了具有优异光捕获和光热转换能力的超疏水聚二甲基硅氧烷/多壁碳纳米管/聚偏氟乙烯( PDMS / MWCNT / PVDF )复合膜。实验评价了光热转换能力和太阳膜性能,同时模拟考察了增强过程。研究发现,这种增强是由于膜附近的温度升高引起的热集中和局部加热效应。值得注意的是,在更大的SMD模块中采用两级热浓缩方式,可实现额外的脱盐性能,淡水生产率可达1.1   kg   m–2 h–1左右。利用太阳能,受益于热浓缩效应,我们设计的SMD系统可从3.5   wt %的盐水中以0.65   kg   m–2 h–1的速率生产淡水,纯太阳能的能耗约为1   kW   m–2,较常规SMD工艺有显著改善。将SMD技术与可再生能源相结合,将进一步降低其成本和能耗,促进其工业化应用。
文章内容(英文)
Membrane distillation (MD) has great potential as a desalination technology because of its good compatibility with other technologies. However, its low efficiency and large energy consumption impede applications due to the temperature polarization effect. Herein, we describe solar membrane distillation (SMD) using a photothermal membrane with thermal concentration that could overcome this problem. A superhydrophobic polydimethylsiloxane/multiwalled carbon nanotube/poly (vinylidene fluoride) (PDMS/MWCNT/PVDF) composite membrane with excellent light capture and photothermal conversion abilities was prepared for the SMD process. The photothermal conversion ability and solar membrane performance were experimentally evaluated, while the enhancement process was investigated by simulations. It was found that this enhancement is due to the higher temperature near the membrane resulting from thermal concentration and localized heating effects. Notably, using a two-level thermal concentration method in a larger SMD module would realize additional desalination performance, and fresh water productivity could reach about 1.1 kg m−2 h−1. Using solar energy and benefitting from the thermal concentration effect, our designed SMD system could produce fresh water at a rate of 0.65 kg m−2 h−1 from 3.5 wt% salt water, with an energy consumption of pure solar energy of about 1 kW m−2. This represents a significant improvement over the conventional SMD process. Combining the SMD technology with a renewable energy source would further reduce the cost and energy consumption, and promote its industrial application.
来源出处
Journal|[J]EnergyVolume 211, 2020. PP 118720-
DOI
https://doi.org/10.1016/J.ENERGY.2020.118720

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