Hot Spots gör rening av saltvatten mycket effektiv

Ett soldriven sätt att rena saltvatten med solljus och nanopartiklar är ännu effektivare än första tanke, en ny studierapport.

Att bara lägga till billiga plastlinser för att koncentrera solljuset till "hot spots" ökade effektiviteten hos ett soldrivet avsaltningssystem med mer än 50 procent, säger forskare.

"Det typiska sättet att öka prestanda i soldrivna system är att lägga till solkoncentratorer och få in mer ljus", säger Pratiksha Dongare, en doktorand i tillämpad fysik vid Rice Universitys Brown School of Engineering och medförfattare av ett nytt papper i PNAS.

"Den stora skillnaden här är att vi använder samma mängd ljus. Vi har visat att det är möjligt att omfördela kraften billigt och dramatiskt öka reningsvattenproduktionens hastighet. "

Hot Spots gör rening av saltvatten mycket effektiv(Kredit: Pratiksha Dongare / Ris)

Rent vatten

Vid konventionell membrandestillation strömmar varmt saltvatten över en sida av ett arkliknande membran medan kallt filtrerat vatten strömmar över det andra. Temperaturskillnaden skapar en skillnad i ångtryck som driver vattenånga från den uppvärmda sidan genom membranet mot kylaren, nedtryckssidan.

Uppskalning av tekniken är svår eftersom temperaturskillnaden över membranet och den resulterande effekten av rent vatten minskar när membrans storlek ökar.

Den nya nanophotonics-aktiverade solmembrandestillationen (NESMD) -tekniken adresserar detta genom att använda ljusabsorberande nanopartiklar för att göra membranet i sig till ett soldrivet värmeelement.

Dongare och kollegor, inklusive studieledare, Alessandro Alabastri, täcker överlagret av deras membran med billiga, kommersiellt tillgängliga nanopartikler avsedda att omvandla mer än 80-procenten av solljusenergi till värme.

Den soldrivna nanopartikelvärmen minskar produktionskostnaderna och ingenjörerna arbetar för att skala upp tekniken för applikationer i avlägsna områden som inte har tillgång till el.

Koncentrerat ljus

Direktör för ris laboratorium för nanophotonics Naomi Halas och forskare Oara Neumann, båda medförfattare av den nya studien, demonstrerade först konceptet och partiklarna som användes i tekniken i 2012. I den nya studien fann forskarna att de kunde utnyttja ett inneboende och tidigare okänt icke-linjärt förhållande mellan infallande ljusintensitet och ångtryck.

Alabastri, en fysiker och forskarassistent professor i el- och datavetenskapsavdelningen, använde ett enkelt matematiskt exempel för att beskriva skillnaden mellan ett linjärt och olinjärt förhållande.

"Om du tar några två nummer som motsvarar 10-7 och 3, 5 och 5, 6 och 4-får du alltid 10 om du lägger till dem ihop. Men om processen är olinjär kan du kvadrera dem eller till och med kubera dem innan du lägger till. Så om vi har 9 och 1, skulle det vara 9 kvadrerat, eller 81, plus en kvadrat, som motsvarar 82. Det är mycket bättre än 10, vilket är det bästa du kan göra med ett linjärt förhållande. "

När det gäller NESMD kommer den olinjära förbättringen från att koncentrera solljuset till små fläckar, ungefär som ett barn kanske med ett förstoringsglas på en solig dag. Koncentreringen av ljuset på en liten punkt på membranet resulterar i en linjär ökning av värme, men uppvärmningen ger i sin tur en olinjär ökning av ångtrycket. Och det ökade trycket tvingar mer renad ånga genom membranet på kortare tid.

"Vi visade att det alltid är bättre att ha fler foton i ett mindre område än att ha en homogen fördelning av fotoner över hela membranet", säger Alabastri.

"Effektiviteten som tillhandahålls av denna olinjära optiska process är viktig eftersom vattenbrist är en daglig verklighet för ungefär hälften av världens människor, och effektiv soldestillation kan förändra det." Halas säger.

"Utöver vattenrening kan denna icke-linjära optiska effekt också förbättra teknik som använder solvärme för att driva kemiska processer som fotokatalys."

Till exempel utvecklar LANP en kopparbaserad nanopartikel för att omvandla ammoniak till vätebränsle vid omgivande tryck.

Halas är professor i elektroteknik och datateknik, professor i kemi, bioengineering, fysik och astronomi, samt materialvetenskap och nanoengineering och chef för risets Smalley-Curl Institute.

National Science Foundation, Air Force Office of Scientific Research, Welch Foundation, och Smalley-Curl Institute finansierade arbetet. Dongare, Alabastri, Neumann, Nordlander och Halas är medfinansierare på ett provisoriskt patent avseende forskning.

källa: Rice University

relaterade böcker

Klimat Anpassning Finans och Investeringar i Kalifornien

av Jesse M. Keenan
0367026074Den här boken är en vägledning för lokala myndigheter och privata företag eftersom de navigerar i det outcharterade vattnet för att investera i anpassning och klimatförändring av klimatförändringar. Denna bok tjänar inte bara som en resursguide för att identifiera potentiella finansieringskällor utan också som en färdplan för kapitalförvaltning och offentliga finanser. Den lyfter fram praktiska synergier mellan finansieringsmekanismerna och de konflikter som kan uppstå mellan olika intressen och strategier. Medan huvudfokus för detta arbete är på delstaten Kalifornien, erbjuder den här boken bredare insikter för hur stater, lokala myndigheter och privata företag kan ta de kritiska första stegen för att investera i samhällets kollektiva anpassning till klimatförändringar. Finns på Amazon

Naturbaserade lösningar för anpassning av klimatförändringar i stadsområden: Kopplingar mellan vetenskap, politik och praxis

av Nadja Kabisch, Horst Korn, Jutta Stadler, Aletta Bonn
3030104176
Denna öppna åtkomstbok sammanför forskningsresultat och erfarenheter från vetenskap, politik och praxis för att framhäva och debattera vikten av naturbaserade lösningar för anpassning av klimatförändringar i stadsområden. Det läggs tonvikt på potentialen i naturbaserade tillvägagångssätt för att skapa flera fördelar för samhället.

Expertbidrag presenterar rekommendationer för att skapa synergier mellan pågående politiska processer, vetenskapliga program och praktiskt genomförande av klimatförändringar och naturskyddsåtgärder i globala stadsområden. Finns på Amazon

En kritisk tillvägagångssätt för anpassning av klimatförändringar: Diskurser, politik och praxis

av Silja Klepp, Libertad Chavez-Rodriguez
9781138056299Denna redigerade volym samlar kritisk forskning om diskussioner, policyer och praxis från klimatförändringarna ur ett tvärvetenskapligt perspektiv. Med hjälp av exempel på länder som Colombia, Mexiko, Kanada, Tyskland, Ryssland, Tanzania, Indonesien och Stilla havet, beskriver kapitlen hur anpassningsåtgärder tolkas, förvandlas och implementeras på gräsrotsnivå och hur dessa åtgärder förändras eller stör varandra maktförhållanden, juridisk pluralism och lokal (ekologisk) kunskap. I sin helhet utmanar boken utarbetade perspektiv på anpassning av klimatförändringen genom att ta hänsyn till frågor om kulturell mångfald, miljömässig rättvisa och mänskliga rättigheter samt feministiska eller korsningsmässiga tillvägagångssätt. Detta innovativa tillvägagångssätt möjliggör analyser av de nya konfigurationerna av kunskap och kraft som utvecklas i namn av klimatförändring. Finns på Amazon

Från Utgivaren:
Inköp på Amazon går för att täcka kostnaden för att få dig InnerSelf.comelf.com, MightyNatural.com, och ClimateImpactNews.com utan kostnad och utan annonsörer som spåra dina surfvanor. Även om du klickar på en länk men inte köper dessa valda produkter, betalar allt annat du köper i samma besök på Amazon oss en liten provision. Det finns ingen extra kostnad för dig, så var vänlig bidra till insatsen. Du kan också använd denna länk att använda till Amazon när som helst så att du kan hjälpa till att stödja våra ansträngningar.

enafarzh-CNzh-TWnltlfrdehiiditjakomsfaptruesswsvthtrurvi

SENASTE FILMER

Forntida plankton antydan till klimatet att komma
Forntida plankton antydan till klimatet att komma
by U. Arizona
Pliocen, en geologisk epok mellan två och fem miljoner år sedan med CO2-nivåer som liknar idag, är en bra ...
Vad är framtiden för klimatförändringar?
by Simon Donner
Du skulle kunna tänka på med allt fnurret om klimatet att vi alla skulle ha en god förståelse för elementen i ...
Varför Marianne Williamsons kandidatur till president är viktigt
Varför Marianne Williamsons kandidatur till president är viktigt
Hur vet du att det finns något om du aldrig hör om det? Hur vet du om sanningen, som ofta är "den andra ...
Skulle du äta kött odlat från celler i ett laboratorium? Så här fungerar det
Skulle du äta kött odlat från celler i ett laboratorium? Så här fungerar det
by Leigh Ackland
För många av oss är att äta en måltid som innehåller kött en normal del av det dagliga livet. Men om vi grävar djupare, några nykter ...
Klimatsystemet "Hämtar sig" när massiva värmeböljor orsakar rekordsmältning av Grönlands isark
by Demokrati nu!
Den massiva värmekuppeln som krossade hela tiden temperaturrekord över stora delar av Europa förra veckan har bosatt sig i över ...
Varför vi går mot en klimatkatastrof
by BBC Newsnight
Forskare säger att världen är helt utanför spåret.
En klimatberäkning i hjärtat
by CBS News
"En historisk översvämning i mars 2019 lämnade mycket av USA: s hjärta under vatten. Särskilt hårt drabbade var Midwestern ...
Vad skulle hända om Antarktis smälts?
by Sätt Put 1
"Vad skulle hända om Antarktis smälter?

SENASTE ARTIKLAR

Forntida plankton antydan till klimatet att komma
Forntida plankton antydan till klimatet att komma
by U. Arizona
Pliocen, en geologisk epok mellan två och fem miljoner år sedan med CO2-nivåer som liknar idag, är en bra ...
Vad en miljon koraller i 2,500 rev berättar för oss om att rädda dem
Vad en miljon koraller i 2,500 rev berättar för oss om att rädda dem
by Tom Vasich
Forskare undersökte mer än en miljon enskilda koraller i 44-länder för en ny studie om hur man kan rädda koraller ...
Klimatförnekelse rapporteras mer än vetenskap
Klimatförnekelse rapporteras mer än vetenskap
by Tim Radford
Termometern stiger, världen står inför en kris: av det är forskare säkra. Men du kanske inte vet det från ...
Globala temps fortsätter att sväva uppåt när NOAA bekräftar juli 2019 var den hetaste månaden sedan rekord började i 1880
Globala temps fortsätter att sväva uppåt när NOAA bekräftar juli 2019 var den hetaste månaden sedan rekord började i 1880
by Julia Conley
När klimatforskare väcker larm över varmare och varmare globala temperaturer rapporterade en topp amerikansk väderbyrå om ...
Lite kärnkrig kan få global kylning
Lite kärnkrig kan få global kylning
by Tim Radford
Rök från kanadensiska skogsbränder var så omfattande att det bar jämförelse med en kärnbombens svampmoln - och det globala ...
Nyser fortfarande? Klimatförändringar kan förlänga allergisäsongen
Nyser fortfarande? Klimatförändringar kan förlänga allergisäsongen
by Cecilia Sierra-Heredia, et al
Varje år, utan att misslyckas, förändrar sommaren våra omgivningar: mer solljus, värme, grönska och blommor, bland ...
Pacific Island Nations kommer inte längre att stå för Australiens brist på klimatförändringar
Pacific Island Nations kommer inte längre att stå för Australiens brist på klimatförändringar
by Michael O'Keefe
Pacific Islands Forum-mötet i Tuvalu den här veckan har avslutats i öppen uppdelning över klimatförändringar.
Havuppvärmning har fiske på väg, hjälper vissa men skada mer
Havuppvärmning har fiske på väg, hjälper vissa men skada mer
by InnerSelf Staff
Klimatförändringarna har stadigt värmt havet, som tar upp det mesta av värmen som fångas av växthusgaser i ...