纳米材料在太阳能蒸馏中的应用研究进展

摘要

太阳能海水淡化是缓解世界淡水资源压力的有效方法之一,在传统太阳能海水淡化系统中,蒸馏效率低是限制其发展的主要因素.纳米材料具有独特的光学、热力学特性,能够吸收太阳辐射并将其转化为热能,被广泛用于太阳能蒸馏系统来增强光-热-汽转换率.近年来,受益于纳米流体及界面光热技术,太阳能蒸馏技术发展迅速.固态纳米颗粒的导热系数远大于液态基质,故以纳米流体代替传统流体作为传热工质用于太阳能蒸馏系统.近年的研究中,纳米流体用于被动、主动式蒸馏系统中均显示出较强的吸光集热性能,蒸馏产水量提高25％以上,最大提高约130％;纳米流体具有独立产蒸汽能力,在太阳光模拟器下,流体迅速升温并产生蒸汽,热利用效率高达73％,产水率相比纯水增加近50％.界面光热技术是指在界面材料作用下,纳米吸收体吸收太阳光作用于水与空气界面的薄层水分子,而不是整个待蒸发水体.可用来作为界面光热材料的主要有等离激元材料、独立纳米凝胶材料、金属或金属氧化物涂层的复合材料、碳基复合材料、聚离子液体衍生膜及部分可降解有机材料.在界面光热蒸馏系统中,因材料强吸光特性及多孔特性,显著提高界面热利用效率及蒸馏产水速率.其中碳基材料因制备成本低、容易改性、无毒等优势应用最为广泛,开发环保型支撑结构是美丽家园建设下界面蒸馏技术发展的重要研究课题.本文综述了近年纳米材料在太阳能蒸馏中的应用研究进展,分别归纳了纳米流体技术及界面光热技术用于太阳能蒸馏系统的主要研究成果,简要介绍了各种材料的工作原理及优劣势,并展望了其发展前景.