科学家3D打印标准的太阳能纯净水设备
时间：2021-05-13 08:52 来源：中国3D打印网 作者：中国3D打印网 阅读：次
科学家的3D打印太阳能水净化装置。图片来自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
通过淡化处理干旱
随着全球人口的持续增长，以及气候变化开始带来新的挑战，世界上较贫穷的地区越来越难以获得安全的饮用水。同时，地球的海洋占地球表面的70％以上，但其中只有2.5％的新鲜水足以饮用，这使海水净化技术成为解决全球水资源短缺的潜在解决方案。
尽管目前可以使用多种反渗透，基于蒸馏和离子交换的脱盐设备，但其高昂的成本和能耗往往使发展中国家无法使用它们。为了给人们带来净水，因此，更小巧的，分布式的和节能技术至关重要。因此，科学家越来越多地采用太阳能设备作为可持续发展的替代品的原型。
但是，尽管许多最初的设计已经证明了使用日光净化海水的可行性，但它们通常是在对其结构的控制有限的情况下进行批量生产的，因此它们的热效率很低。为了提高太阳能到蒸汽的能量转换率，研究人员现在已采用3D打印作为生产更节能的设备的方法，该设备能够以更快的速度蒸发化学物质。
3D打印净水器的太阳能转化效率为98％。图片来自“应用材料和界面”期刊。
陶瓷基太阳能吸收
利用自动铸造3D打印技术，科学家们能够生产出一种基于多孔陶瓷网的多功能太阳能吸收器。得益于该材料固有的绝缘性能，事实证明，制成的部件能够用作设备的水传输器，绝缘体和整体基座，可以在其上安装石墨烯吸收器以收集太阳能。通过精确地调整其复杂的陶瓷元素，研究人员还能够为其提供集成的微通道，从而使其能够将水引导至设备周围并维持其整体蒸汽产生速率。结果，该团队的全封闭设备最终展示了将太阳能集中在其吸收器上而无散热的能力，并实现了自持式太阳能蒸发的快速循环。
有趣的是，在最初的测试中，科学家们发现，通过增加吸收器的网眼间距以提高输水速度，他们可以进一步优化设备的性能。此外，通过将脱盐器的吸收器直接放置在多孔基体的顶部而不使其与水库接触，该团队能够减少任何热量损失并保持较高的蒸汽产生率。
3D打印净水器背后的材料明细。设备网眼基座的间距增加，使科学家们可以改善其整体性能。图片来自ACS Applied Materials and Interfaces期刊。
在后来的户外实验中，研究人员的设备以每小时0.5升的速度产生淡水，同时去除了足以满足WHO标准的钠，镁和钾。与基于棉花的吸水剂相比，科学家还发现，他们的陶瓷-石墨烯溶液蒸发矿物质的速度快两倍以上，太阳能转化效率高达98％。最终，鉴于其设备的速度和离子排斥功效，该团队得出结论认为，他们的整体方法是成功的，并且随着蒸发器设计的进一步发展，他们认为该技术可以“证明是有用的”，以增强商用设备的性能。未来的太阳能蒸汽发生器。
科学家在论文中总结道：“（在测试过程中）收集的水在化学杂质方面达到了饮用水标准。具有坚固，耐用，无毒和防污等特性，高效的3D打印陶瓷太阳能脱盐设备的概念可以为更可持续和更绿色的清洁水生产打开大门。”
净水和3D打印
鉴于与3D打印相关的设计灵活性和较低的生产成本，该技术已越来越多地用于开发创新的饮用水净化新方法。就在上个月，布法罗大学的科学家开发了一种3D打印的净水石墨烯气凝胶，该气凝胶可以按比例放大以用于大型废水处理厂。
与此类似，剑桥大学的衍生产品Blue Tap已3D打印了氯计量器，可以将其安装在发展中国家的管道供水系统中，以确保饮用水安全。通过使用3D打印，这家社会企业能够简化其新颖的净化设备的设计，从而使其更易于为缺水地区的人们安装。
从工业角度来看，GE Research已获得DARPA一项1,430万美元的合同，用于开发一种新型3D打印设备，该设备能够从稀薄的空气中产生水。作为一个为期四年的项目的一部分，该公司的最终目标是制造一种紧凑的便携式设备，该设备可产生足够的水量，每天可供应150名士兵。
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