Tue11212017

Last update02:00:00 PM GMT

Tạo nước ngọt từ nước muối chỉ sử dụng năng lượng mặt trời

Hệ thống thử nghiệm phóng to này của công nghệ làm lạnh trực tiếp bằng năng lượng mặt trời của NEWT sử dụng các hạt nano carbon đen chuyển đổi 80% năng lượng ánh sáng mặt trời thành nhiệt. Kết quả từ một nguyên mẫu đầu tiên cho thấy công nghệ này có thể sản xuất tới 6 lít nước ngọt mỗi giờ trên một mét vuông của tấm pin mặt trời.

1112017_23

Nguồn ảnh: Jeff Fitlow / Đại học Rice

Một nỗ lực nghiên cứu do liên bang tài trợ để cách mạng hóa việc xử lý nước đã mang lại một công nghệ ngoài lưới, sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời một mình để biến nước mặn thành nước uống tươi. Hệ thống khử muối, sử dụng kết hợp công nghệ chưng cất màng và chế tạo nano nano thu hẹp, là sự đổi mới lớn đầu tiên từ Trung tâm Công nghệ xử lý nước đã được công nghệ nano (NEWT), một trung tâm nghiên cứu kỹ thuật đa cơ sở đặt tại Đại học Rice.

Công nghệ nano "kích hoạt nano bằng năng lượng nano" của NEWT, hoặc NESMD, kết hợp các phương pháp xử lý nước đã qua thử nghiệm với công nghệ nano tiên tiến chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt. Công nghệ này được mô tả trực tuyến trong Tuần này trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia .

Hơn 18.000 nhà máy lọc nước hoạt động ở 150 quốc gia, nhưng công nghệ khử mỡ của NEWT không giống với bất kỳ loại khác được sử dụng ngày nay.

Nhà nghiên cứu Rice và chuyên gia về xử lý nước Qilin Li, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Việc lọc nước mặt trực tiếp có thể là một thay đổi trò chơi cho một số ước tính khoảng 1 tỷ người thiếu nước sạch". "Công nghệ không nối lưới này có khả năng cung cấp đủ nước sạch cho gia đình sử dụng trong một diện tích nhỏ gọn và có thể mở rộng để cung cấp nước cho các cộng đồng lớn".

Phương pháp làm nước ngọt từ nước muối lâu đời nhất là chưng cất. Nước muối được đun sôi, hơi nước bị bắt và chạy qua một ống cuộn ngưng tụ. Chưng cất đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, nhưng nó đòi hỏi cơ sở hạ tầng phức tạp và năng lượng không hiệu quả do lượng nhiệt cần thiết để đun sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơn một nửa chi phí vận hành nhà máy chưng cất nước là năng lượng.

Một công nghệ mới để khử muối là chưng cất màng, nơi mà nước muối nóng chảy qua một bên màng xốp và nước ngọt lạnh chảy qua mặt kia. Hơi nước tự nhiên được hút qua màng từ phía nóng đến lạnh, và vì nước biển không cần đun sôi, nhu cầu về năng lượng sẽ thấp hơn so với trong quá trình chưng cất truyền thống. Tuy nhiên, chi phí năng lượng vẫn còn quan trọng vì nhiệt bị mất liên tục từ phía nóng của màng đến lạnh.

Rice Naomi Halas, một tác giả tương ứng về bài báo và là nhà lãnh đạo của các nghiên cứu về nano nano của NEWT cho biết "Không giống như phương pháp chưng cất màng truyền thống, NESMD có lợi từ việc gia tăng hiệu quả với quy mô. "Nó đòi hỏi tối thiểu năng lượng bơm để chuyển đổi chưng cất tối ưu, và có một số cách chúng ta có thể tối ưu hóa công nghệ để làm cho nó hiệu quả hơn."

Công nghệ mới của NEWT được xây dựng dựa trên nghiên cứu của phòng thí nghiệm Halas để tạo ra các hạt nano được thiết kế có thể thu được 80% ánh sáng mặt trời để tạo ra hơi nước. Bằng cách bổ sung các hạt nano có chi phí thấp, thương mại vào một màng xốp, NEWT đã tự động chuyển màng thành một phần sưởi ấm một mặt mà chỉ cần làm nóng nước để chưng cất màng.

Menachem "Meny" Elimelech thuộc Đại học Yale, đồng tác giả của nghiên cứu mới này, và nhà nghiên cứu hàng đầu của NEWT, cho biết: "Việc tích hợp các khả năng nung nóng nhiệt trong một màng lọc nước để khử muối trực tiếp bằng năng lượng mặt trời tạo ra nhiều cơ hội mới trong việc làm sạch nước. cho các quá trình màng.

Trong nghiên cứu của PNAS, các nhà nghiên cứu đưa ra các kết quả dựa trên các bài kiểm tra với một buồng NESMD về kích thước của ba tem bưu chính và dày chỉ vài milimét. Màng chưng cất trong buồng chứa một lớp nanô cacbon đen đặc biệt được thiết kế đặc biệt truyền vào một polymer có lỗ. Các hạt nano hấp thụ ánh sáng làm nóng toàn bộ bề mặt của màng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Một lớp nước muối mỏng dày nửa milimét chảy trên lớp carbon-đen, và một dòng nước ngọt mát chảy bên dưới.

Li, nhà lãnh đạo của giường thử nghiệm tiên tiến của NEWT tại Rice, cho biết tỷ lệ sản xuất nước tăng lên rất nhiều bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời. "Cường độ tăng lên 17,5 kilowatts trên mét vuông khi một ống kính được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời lên 25 lần, và sản lượng nước tăng lên khoảng 6 lít cho mỗi mét vuông mỗi giờ."

Li cho biết nhóm nghiên cứu của NEWT đã tạo ra một hệ thống lớn hơn bao gồm một bảng điều khiển có kích thước khoảng 70 cm đến 25 cm. Cuối cùng, bà cho biết, NEWT hy vọng sẽ sản xuất một hệ thống mô đun, nơi người dùng có thể đặt hàng như nhiều bảng mà họ cần dựa trên nhu cầu nước hàng ngày của họ.

"Bạn có thể tập hợp chúng lại với nhau, cũng giống như những tấm bảng trong một trang trại năng lượng mặt trời", cô nói. "Ví dụ, nếu bạn cần 20 lít mỗi giờ, và các tấm sản xuất 6 lít mỗi giờ trên một mét vuông, bạn sẽ đặt mua một ít hơn 3 mét vuông bảng. "

Được thành lập bởi Quỹ Khoa học Quốc gia vào năm 2015, NEWT nhằm mục tiêu phát triển các hệ thống xử lý nước thải nhỏ gọn, di động, ngoài lưới, có thể cung cấp nước sạch cho hàng triệu người thiếu nó và làm cho sản xuất năng lượng của Mỹ bền vững hơn và hiệu quả về chi phí. NEWT, dự kiến ​​sẽ hỗ trợ hơn 40 triệu đô la trong hỗ trợ liên bang và công nghiệp trong thập kỷ tới, là Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật NSF đầu tiên (ERC) ở Houston và chỉ có thứ ba ở Texas kể từ khi NSF bắt đầu chương trình ERC vào năm 1985. NEWT tập trung về các ứng dụng cho ứng phó khẩn cấp nhân đạo, hệ thống nước nông thôn và xử lý nước thải và tái sử dụng ở các vùng sâu vùng xa, kể cả các dàn khoan trên bờ và ngoài khơi thăm dò dầu khí.

 

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170619165423.htm

Nguồn ảnh: Jeff Fitlow / Đại học Rice

Một nỗ lực nghiên cứu do liên bang tài trợ để cách mạng hóa việc xử lý nước đã mang lại một công nghệ ngoài lưới, sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời một mình để biến nước mặn thành nước uống tươi. Hệ thống khử muối, sử dụng kết hợp công nghệ chưng cất màng và chế tạo nano nano thu hẹp, là sự đổi mới lớn đầu tiên từ Trung tâm Công nghệ xử lý nước đã được công nghệ nano (NEWT), một trung tâm nghiên cứu kỹ thuật đa cơ sở đặt tại Đại học Rice.

Công nghệ nano "kích hoạt nano bằng năng lượng nano" của NEWT, hoặc NESMD, kết hợp các phương pháp xử lý nước đã qua thử nghiệm với công nghệ nano tiên tiến chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt. Công nghệ này được mô tả trực tuyến trong Tuần này trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia .

Hơn 18.000 nhà máy lọc nước hoạt động ở 150 quốc gia, nhưng công nghệ khử mỡ của NEWT không giống với bất kỳ loại khác được sử dụng ngày nay.

Nhà nghiên cứu Rice và chuyên gia về xử lý nước Qilin Li, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Việc lọc nước mặt trực tiếp có thể là một thay đổi trò chơi cho một số ước tính khoảng 1 tỷ người thiếu nước sạch". "Công nghệ không nối lưới này có khả năng cung cấp đủ nước sạch cho gia đình sử dụng trong một diện tích nhỏ gọn và có thể mở rộng để cung cấp nước cho các cộng đồng lớn".

Phương pháp làm nước ngọt từ nước muối lâu đời nhất là chưng cất. Nước muối được đun sôi, hơi nước bị bắt và chạy qua một ống cuộn ngưng tụ. Chưng cất đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, nhưng nó đòi hỏi cơ sở hạ tầng phức tạp và năng lượng không hiệu quả do lượng nhiệt cần thiết để đun sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơn một nửa chi phí vận hành nhà máy chưng cất nước là năng lượng.

Một công nghệ mới để khử muối là chưng cất màng, nơi mà nước muối nóng chảy qua một bên màng xốp và nước ngọt lạnh chảy qua mặt kia. Hơi nước tự nhiên được hút qua màng từ phía nóng đến lạnh, và vì nước biển không cần đun sôi, nhu cầu về năng lượng sẽ thấp hơn so với trong quá trình chưng cất truyền thống. Tuy nhiên, chi phí năng lượng vẫn còn quan trọng vì nhiệt bị mất liên tục từ phía nóng của màng đến lạnh.

Rice Naomi Halas, một tác giả tương ứng về bài báo và là nhà lãnh đạo của các nghiên cứu về nano nano của NEWT cho biết "Không giống như phương pháp chưng cất màng truyền thống, NESMD có lợi từ việc gia tăng hiệu quả với quy mô. "Nó đòi hỏi tối thiểu năng lượng bơm để chuyển đổi chưng cất tối ưu, và có một số cách chúng ta có thể tối ưu hóa công nghệ để làm cho nó hiệu quả hơn."

Công nghệ mới của NEWT được xây dựng dựa trên nghiên cứu của phòng thí nghiệm Halas để tạo ra các hạt nano được thiết kế có thể thu được 80% ánh sáng mặt trời để tạo ra hơi nước. Bằng cách bổ sung các hạt nano có chi phí thấp, thương mại vào một màng xốp, NEWT đã tự động chuyển màng thành một phần sưởi ấm một mặt mà chỉ cần làm nóng nước để chưng cất màng.

Menachem "Meny" Elimelech thuộc Đại học Yale, đồng tác giả của nghiên cứu mới này, và nhà nghiên cứu hàng đầu của NEWT, cho biết: "Việc tích hợp các khả năng nung nóng nhiệt trong một màng lọc nước để khử muối trực tiếp bằng năng lượng mặt trời tạo ra nhiều cơ hội mới trong việc làm sạch nước. cho các quá trình màng.

Trong nghiên cứu của PNAS, các nhà nghiên cứu đưa ra các kết quả dựa trên các bài kiểm tra với một buồng NESMD về kích thước của ba tem bưu chính và dày chỉ vài milimét. Màng chưng cất trong buồng chứa một lớp nanô cacbon đen đặc biệt được thiết kế đặc biệt truyền vào một polymer có lỗ. Các hạt nano hấp thụ ánh sáng làm nóng toàn bộ bề mặt của màng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Một lớp nước muối mỏng dày nửa milimét chảy trên lớp carbon-đen, và một dòng nước ngọt mát chảy bên dưới.

Li, nhà lãnh đạo của giường thử nghiệm tiên tiến của NEWT tại Rice, cho biết tỷ lệ sản xuất nước tăng lên rất nhiều bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời. "Cường độ tăng lên 17,5 kilowatts trên mét vuông khi một ống kính được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời lên 25 lần, và sản lượng nước tăng lên khoảng 6 lít cho mỗi mét vuông mỗi giờ."

Li cho biết nhóm nghiên cứu của NEWT đã tạo ra một hệ thống lớn hơn bao gồm một bảng điều khiển có kích thước khoảng 70 cm đến 25 cm. Cuối cùng, bà cho biết, NEWT hy vọng sẽ sản xuất một hệ thống mô đun, nơi người dùng có thể đặt hàng như nhiều bảng mà họ cần dựa trên nhu cầu nước hàng ngày của họ.

"Bạn có thể tập hợp chúng lại với nhau, cũng giống như những tấm bảng trong một trang trại năng lượng mặt trời", cô nói. "Ví dụ, nếu bạn cần 20 lít mỗi giờ, và các tấm sản xuất 6 lít mỗi giờ trên một mét vuông, bạn sẽ đặt mua một ít hơn 3 mét vuông bảng. "

Được thành lập bởi Quỹ Khoa học Quốc gia vào năm 2015, NEWT nhằm mục tiêu phát triển các hệ thống xử lý nước thải nhỏ gọn, di động, ngoài lưới, có thể cung cấp nước sạch cho hàng triệu người thiếu nó và làm cho sản xuất năng lượng của Mỹ bền vững hơn và hiệu quả về chi phí. NEWT, dự kiến ​​sẽ hỗ trợ hơn 40 triệu đô la trong hỗ trợ liên bang và công nghiệp trong thập kỷ tới, là Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật NSF đầu tiên (ERC) ở Houston và chỉ có thứ ba ở Texas kể từ khi NSF bắt đầu chương trình ERC vào năm 1985. NEWT tập trung về các ứng dụng cho ứng phó khẩn cấp nhân đạo, hệ thống nước nông thôn và xử lý nước thải và tái sử dụng ở các vùng sâu vùng xa, kể cả các dàn khoan trên bờ và ngoài khơi thăm dò dầu khí.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170619165423.htm

(TT DLQH&ĐT TNN)

Hệ thống thử nghiệm phóng to này của công nghệ làm lạnh trực tiếp bằng năng lượng mặt trời của NEWT sử dụng các hạt nano carbon đen chuyển đổi 80% năng lượng ánh sáng mặt trời thành nhiệt. Kết quả từ một nguyên mẫu đầu tiên cho thấy công nghệ này có thể sản xuất tới 6 lít nước ngọt mỗi giờ trên một mét vuông của tấm pin mặt trời.

Nguồn ảnh: Jeff Fitlow / Đại học Rice

Một nỗ lực nghiên cứu do liên bang tài trợ để cách mạng hóa việc xử lý nước đã mang lại một công nghệ ngoài lưới, sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời một mình để biến nước mặn thành nước uống tươi. Hệ thống khử muối, sử dụng kết hợp công nghệ chưng cất màng và chế tạo nano nano thu hẹp, là sự đổi mới lớn đầu tiên từ Trung tâm Công nghệ xử lý nước đã được công nghệ nano (NEWT), một trung tâm nghiên cứu kỹ thuật đa cơ sở đặt tại Đại học Rice.

Công nghệ nano "kích hoạt nano bằng năng lượng nano" của NEWT, hoặc NESMD, kết hợp các phương pháp xử lý nước đã qua thử nghiệm với công nghệ nano tiên tiến chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành nhiệt. Công nghệ này được mô tả trực tuyến trong Tuần này trong Kỷ yếu của Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia .

Hơn 18.000 nhà máy lọc nước hoạt động ở 150 quốc gia, nhưng công nghệ khử mỡ của NEWT không giống với bất kỳ loại khác được sử dụng ngày nay.

Nhà nghiên cứu Rice và chuyên gia về xử lý nước Qilin Li, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Việc lọc nước mặt trực tiếp có thể là một thay đổi trò chơi cho một số ước tính khoảng 1 tỷ người thiếu nước sạch". "Công nghệ không nối lưới này có khả năng cung cấp đủ nước sạch cho gia đình sử dụng trong một diện tích nhỏ gọn và có thể mở rộng để cung cấp nước cho các cộng đồng lớn".

Phương pháp làm nước ngọt từ nước muối lâu đời nhất là chưng cất. Nước muối được đun sôi, hơi nước bị bắt và chạy qua một ống cuộn ngưng tụ. Chưng cất đã được sử dụng trong nhiều thế kỷ, nhưng nó đòi hỏi cơ sở hạ tầng phức tạp và năng lượng không hiệu quả do lượng nhiệt cần thiết để đun sôi nước và tạo ra hơi nước. Hơn một nửa chi phí vận hành nhà máy chưng cất nước là năng lượng.

Một công nghệ mới để khử muối là chưng cất màng, nơi mà nước muối nóng chảy qua một bên màng xốp và nước ngọt lạnh chảy qua mặt kia. Hơi nước tự nhiên được hút qua màng từ phía nóng đến lạnh, và vì nước biển không cần đun sôi, nhu cầu về năng lượng sẽ thấp hơn so với trong quá trình chưng cất truyền thống. Tuy nhiên, chi phí năng lượng vẫn còn quan trọng vì nhiệt bị mất liên tục từ phía nóng của màng đến lạnh.

Rice Naomi Halas, một tác giả tương ứng về bài báo và là nhà lãnh đạo của các nghiên cứu về nano nano của NEWT cho biết "Không giống như phương pháp chưng cất màng truyền thống, NESMD có lợi từ việc gia tăng hiệu quả với quy mô. "Nó đòi hỏi tối thiểu năng lượng bơm để chuyển đổi chưng cất tối ưu, và có một số cách chúng ta có thể tối ưu hóa công nghệ để làm cho nó hiệu quả hơn."

Công nghệ mới của NEWT được xây dựng dựa trên nghiên cứu của phòng thí nghiệm Halas để tạo ra các hạt nano được thiết kế có thể thu được 80% ánh sáng mặt trời để tạo ra hơi nước. Bằng cách bổ sung các hạt nano có chi phí thấp, thương mại vào một màng xốp, NEWT đã tự động chuyển màng thành một phần sưởi ấm một mặt mà chỉ cần làm nóng nước để chưng cất màng.

Menachem "Meny" Elimelech thuộc Đại học Yale, đồng tác giả của nghiên cứu mới này, và nhà nghiên cứu hàng đầu của NEWT, cho biết: "Việc tích hợp các khả năng nung nóng nhiệt trong một màng lọc nước để khử muối trực tiếp bằng năng lượng mặt trời tạo ra nhiều cơ hội mới trong việc làm sạch nước. cho các quá trình màng.

Trong nghiên cứu của PNAS, các nhà nghiên cứu đưa ra các kết quả dựa trên các bài kiểm tra với một buồng NESMD về kích thước của ba tem bưu chính và dày chỉ vài milimét. Màng chưng cất trong buồng chứa một lớp nanô cacbon đen đặc biệt được thiết kế đặc biệt truyền vào một polymer có lỗ. Các hạt nano hấp thụ ánh sáng làm nóng toàn bộ bề mặt của màng khi tiếp xúc với ánh sáng mặt trời. Một lớp nước muối mỏng dày nửa milimét chảy trên lớp carbon-đen, và một dòng nước ngọt mát chảy bên dưới.

Li, nhà lãnh đạo của giường thử nghiệm tiên tiến của NEWT tại Rice, cho biết tỷ lệ sản xuất nước tăng lên rất nhiều bằng cách tập trung ánh sáng mặt trời. "Cường độ tăng lên 17,5 kilowatts trên mét vuông khi một ống kính được sử dụng để tập trung ánh sáng mặt trời lên 25 lần, và sản lượng nước tăng lên khoảng 6 lít cho mỗi mét vuông mỗi giờ."

Li cho biết nhóm nghiên cứu của NEWT đã tạo ra một hệ thống lớn hơn bao gồm một bảng điều khiển có kích thước khoảng 70 cm đến 25 cm. Cuối cùng, bà cho biết, NEWT hy vọng sẽ sản xuất một hệ thống mô đun, nơi người dùng có thể đặt hàng như nhiều bảng mà họ cần dựa trên nhu cầu nước hàng ngày của họ.

"Bạn có thể tập hợp chúng lại với nhau, cũng giống như những tấm bảng trong một trang trại năng lượng mặt trời", cô nói. "Ví dụ, nếu bạn cần 20 lít mỗi giờ, và các tấm sản xuất 6 lít mỗi giờ trên một mét vuông, bạn sẽ đặt mua một ít hơn 3 mét vuông bảng. "

Được thành lập bởi Quỹ Khoa học Quốc gia vào năm 2015, NEWT nhằm mục tiêu phát triển các hệ thống xử lý nước thải nhỏ gọn, di động, ngoài lưới, có thể cung cấp nước sạch cho hàng triệu người thiếu nó và làm cho sản xuất năng lượng của Mỹ bền vững hơn và hiệu quả về chi phí. NEWT, dự kiến ​​sẽ hỗ trợ hơn 40 triệu đô la trong hỗ trợ liên bang và công nghiệp trong thập kỷ tới, là Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật NSF đầu tiên (ERC) ở Houston và chỉ có thứ ba ở Texas kể từ khi NSF bắt đầu chương trình ERC vào năm 1985. NEWT tập trung về các ứng dụng cho ứng phó khẩn cấp nhân đạo, hệ thống nước nông thôn và xử lý nước thải và tái sử dụng ở các vùng sâu vùng xa, kể cả các dàn khoan trên bờ và ngoài khơi thăm dò dầu khí.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170619165423.htm