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Jun 09, 2024

cúpula

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 4403 (2022) Citar este artigo 4177 Acessos 4 Citações 1 Detalhes de Métricas Altmétricas Sistemas de evaporação de água com energia solar como principal motor

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 4403 (2022) Citar este artigo

4177 Acessos

4 citações

1 Altmétrico

Detalhes das métricas

Os sistemas de evaporação de água com energia solar como principal energia motriz têm recebido ampla atenção nos últimos anos. Este trabalho estuda o método de preparação e desempenho de evaporadores de hidrogel utilizando quitosana e álcool polivinílico (PVA) como estrutura e nanopartículas de carbono (CNPs) como material fototérmico. A taxa de evaporação do hidrogel CPC (quitosana/PVA e CNPs) obtido atinge 2,28 kg m−2 h−1. Simultaneamente, uma estrutura tridimensional é projetada com base no sistema bidimensional de evaporação de dupla camada neste estudo. Foi projetado um evaporador com estrutura de pequena piscina e um hidrogel com estrutura em cúpula. Essas duas estruturas alcançam taxas de evaporação altamente eficientes de 2,28 kg m−2 h−1 e 3,80 kg m−2 h−1, respectivamente. Esses projetos otimizados melhoram a taxa de evaporação do sistema geral em aproximadamente 66,7%. Os dispositivos de evaporação desenvolvidos fornecem um caminho promissor para o desenvolvimento de evaporadores de camada dupla, que promovem o novo desenvolvimento da purificação de água com um sistema de evaporação movido a energia solar.

A água é o recurso mais precioso para manter a sobrevivência humana e o desenvolvimento económico1,2. No entanto, a quantidade de água doce na superfície terrestre é limitada e não é capaz de satisfazer a crescente procura. Ao mesmo tempo, o oceano cobre mais de 70% da superfície terrestre2. Assim, o problema da conversão da água do mar em água doce para utilização humana é um tema vital no qual muitos investigadores estão a trabalhar para ajudar a sustentabilidade das sociedades humanas.

As fábricas tradicionais de evaporação de água são baseadas no petróleo. Este método causa poluição significativa de águas residuais e emissões de gases de efeito estufa. A fim de reduzir a poluição ambiental e os custos monetários, os investigadores são levados a utilizar uma fonte renovável como energia motriz para a evaporação3. O sistema de geração de vapor movido a energia solar é um método que pode facilmente converter água do mar em água doce com base em energia solar abundante, renovável e limpa4. A destilação solar imita o ciclo natural da água, no qual o sol aquece a água do mar até ao ponto de evaporação5. Após a evaporação, o vapor d'água condensa em uma superfície mais fria. Em geral, os sistemas de geração de vapor de água movidos a energia solar podem ser divididos em dois tipos. Uma delas é o uso de células fotovoltaicas (PV) que convertem energia solar em eletricidade para alimentar o processo de evaporação. A outra é utilizar a energia solar térmica diretamente como energia motriz para a evaporação. O sistema de dessalinização fotovoltaica inclui osmose reversa (RO) e eletrodiálise (ED). O sistema solar térmico inclui flash multiestágio (MSF), destilação multiefeito (MED), compressão de vapor (VC), dessalinização por congelamento (FD) e destilação por membrana (MD)6.

O principal objetivo da pesquisa atual do sistema de dessalinização térmica solar é melhorar a eficiência fototérmica e a qualidade da água destilada após a purificação. Os pesquisadores estão empenhados em melhorar a taxa de absorção de calor do absorvedor de luz, a capacidade de reter a luz solar na superfície gás-líquido e a área de superfície utilizável do absorvedor de luz por unidade de área de projeção, pois estes são fatores-chave na criação de um sistema de dessalinização altamente eficaz. .

O sistema de dupla camada consiste em um absorvedor de luz com desempenho de absorção de banda larga, uma barreira de isolamento térmico e um canal de água hidrofílico para transferir a água do mar para o absorvedor de luz. Este sistema com excelente eficiência de evaporação foi amplamente estudado. Em 2013, Omara et al.7 projetaram um sistema de destilação por dessalinização de dois níveis usando um aquecedor solar de água evacuado, geotêxtil Jut e um destilador solar. Este pavio solar de camada dupla (DLSW) ainda aumentou a produtividade da água em 114%. A eficiência média diária do DLSW foi de 71,5% e a produtividade da água destilada aumentou 215% se a água quente salobra fosse alimentada à noite. Lee et al.8 propuseram uma membrana microporosa super hidrofílica termicamente isolada composta de sacarose carbonizada e polidimetilsiloxano como um evaporador solar eficiente, que atingiu uma taxa de produção de água purificada de 1,28 kg m−2 h−1. Em seu estudo, a energia solar é usada como única energia motriz. O absorvedor de conversão fototérmica recebe energia solar da luz solar e aquece a água dentro da estrutura porosa9. Requer desempenho de absorção de espectro de banda larga e alta eficiência de conversão fototérmica.