Dünya Kupası'nı izledikten sonra, kalan edamame kapsülleri ile nasıl başa çıkılır?
Dünya Kupası nihayet sona erdi ve Fransız takımı nihayet Dünya Kupası'nı kazandı. Futbol izlemek için geç kalmak, edamame'nin garnitürünü nasıl kaybedersiniz? Ancak edamame yedikten sonra, kalan baklalarla nasıl başa çıkarsınız? Onları küçümseme, belki dünyayı kurtarabilirler. Oh, dünyayı kurtarmak biraz abartılı olabilir, ancak onları deniz suyunu tuzdan arındırmak için kullanmak mümkün olabilir.
İnternetten resim
Dünyanın aslında "büyük bir su deposu" olduğunu biliyoruz Yaşadığımız mavi gezegende% 70'den fazlası deniz suyu ile kaplıdır. Bununla birlikte, tatlı su kaynakları yalnızca yaklaşık% 3'lük bir paya sahiptir ve karasal tatlı su, toplam su hacminin yalnızca% 2,53'ünü oluşturur; bunun da buzullar, karasal tatlı suyun% 68,69'unu oluşturur. Yani yeryüzünün bu "büyük su deposunda" içebileceğimiz su aslında sadece bir çorba kaşığı.
İnternetten resim
Şu anda, uluslararası arenada su, dünya çapında kıt bir malzeme haline geldi. Çin'de kişi başına düşen su kaynakları dünya düzeyinin yalnızca 1 / 4'ü kadardır ve ülkedeki şehirlerin yarısı değişen derecelerde su kıtlığından muzdariptir.
Su kaynakları o kadar az ki, deniz suyunun% 70'i tuzdan arındırma için kullanılırsa ve içebileceğimiz tatlı suya dönüştürülürse, bazı bölgelerde tatlı su kaynakları ve sağlıksız içme suyu kıtlığını büyük ölçüde azaltamayacaktır. Hala?
İnternetten resim
Aslında, bilim adamları deniz suyunu tuzdan arındırma alanında halihazırda çok sayıda araştırma ve girişimde bulunmuştur. Şu anda yaygın olarak kullanılan tuzdan arındırma yöntemleri arasında ters ozmoz, termal buharlaştırma, elektrodiyaliz ve kapasitif deiyonizasyon yer almaktadır.
Bunlar arasında, kapasitif deiyonizasyon (CDI) teknolojisi ikincil kirliliğe neden olmayacak, aynı zamanda düşük enerji tüketimine, düşük yatırıma, düşük işletme maliyetine sahip, güneş enerjisi ve rüzgar enerjisi gibi yenilenebilir enerji ile çalıştırılabilecektir.Kuşkusuz bir tür deniz suyu / tuzlu su. Tatlı su kaynakları elde etmek için ideal tuzdan arındırma teknolojisi.
CDI teknolojisinin çalışma prensibi, tuzlu su tuzdan arındırma amacına ulaşmak için elektrot malzemesinin yüzeyinde oluşan elektrikli çift tabakayı sudaki yüklü iyonları (Na + ve Cl- gibi) absorbe etmek için kullanmaktır. Bununla birlikte, şu anda yaygın olarak kullanılan yüksek verimli karbon bazlı CDI elektrot malzemelerinin grafen ve karbon nanotüpler gibi geleneksel fosil yakıt türevlerinden hazırlanması gerekmektedir ki bu da şüphesiz büyük ölçekli üretim ve CDI teknolojisinin uygulama maliyetini artırmaktadır.
Bu problem nasıl çözülür? Bilim adamları biyokütle enerjisini düşünüyor. Tamam, burada, bugün baş kahramanımız hakkında konuşalım - kapsül. Bölmeler, bol, ucuz, yenilenebilir ve doğal nitrojen içeren biyokütledir. Bu nedenle, karbon materyali hazırlanırken, piridin azotu, pirol azotu ve grafitik nitrojen de in situ eklenir ve bu, elde edilen karbon materyalin elektrokimyasal performansını büyük ölçüde geliştirecektir.
İnternetten resim
Peki, bölmeler doğrudan elektrot malzemesi olarak kullanılabilir mi? O kadar basit değil ve "derin işlem" gerekiyor. Birkaç gün önce, Çin Bilimler Akademisi, Hefei Araştırma Enstitüsü, Katı Hal Fiziği Enstitüsü'nden araştırmacılar, çok seviyeli açık gözenek yapısına sahip bir "N-katkılı Gözenekli Karbon" (NPC) hazırlamak için kapsülleri hammadde olarak kullandılar (Şekil 1) ).
Daha sonra, NPC malzemesi işlenir ve bir sülfonik asit işlevselleştirilmiş gözenekli karbon malzeme (S-NPC) yapmak için bir sülfonik asit işlevsel grubu ile eklenir ve bu S-NPC malzemesinin yüzeyi zengin bir negatif yük taşır.
Şekil 1 Biyokütleden türetilmiş karbon malzeme NPC'nin morfolojisi ve yapı karakterizasyonu
CDI teknolojisi ilkesini hatırlıyor musunuz? Tuzlu suyun tuzdan arındırılması amacına ulaşmak için, sudaki yüklü iyonları emmek için pozitif ve negatif iki aşamalı bir elektrik çift tabakası gereklidir. Bölmelerin derinlemesine işlenmesiyle hazırlanan S-NPC malzemesi, CDI cihazındaki negatif elektrot, artı yüzeydeki pozitif yüklü amonyaklı aktif karbondur (A-AC) ve daha sonra bir CDI cihazına monte edilir. Deniz suyunu tuzdan arındırma işlemi olan tuzdan arındırma deneyleri yapın. Aşağıda, CDI cihazının deniz suyunun tuzdan arındırılması mekanizmasının şematik bir diyagramı verilmiştir (Şekil 2).
Şekil 2 CDI iyon giderme mekanizması
Araştırma sonuçları, hammadde olarak kapsüllerden türetilen karbon malzemelerin CDI elektrot malzemeleri olarak iyi uygulama olasılıklarına sahip olduğunu göstermektedir (Şekil 3).
Şekil 3 Biyokütleden türetilmiş karbon malzemelerin kapasitif deiyonizasyon performans testi
Aynı zamanda, NPC malzemesi in-situ heteroatomların (nitrojen gibi) katkılanmasını sağladığı için mükemmel oksijen indirgeme reaksiyon performansı sergilemektedir.Katot katalizörü olarak kendisiyle yapılan metal çinko-hava pilinin çıkış voltajı 1.28V'a ulaşabilir. Buna dayanarak, metal çinko-hava bataryası organik olarak CDI sistemi ile entegre edilmiştir ve çinko-hava bataryası güç kaynağı, yüksek verimli CDI tuzdan arındırma uygulamaları elde etmek için kullanılır.
Yani yakın gelecekte başka güç kaynakları kullanmamıza gerek kalmıyor, bu entegre tuzdan arındırma cihazı ile deniz suyunu doğrudan tuzdan arındırabiliyoruz (Şekil 4). Bu araştırma çalışması, gelecekte enerji entegrasyonu için CDI tuzdan arındırma teknolojisinin pratik uygulaması için önemli bir teorik temel sağlar.
Şekil 4 Çinko-hava pil cihazının şematik diyagramı ve performans testi
Biyokütleden türetilmiş karbon malzemelerine dayalı çinko-hava pillerinin kendi gücüyle tuzdan arındırılması kavramı, deney ve yenilikçi düşüncenin birçok yönüyle bilimsel araştırmacıların çabaları altında gerçekleştirildi ve bu da laboratuvar çalışma koşullarında uygulanabilirliğini kanıtladı. Bilimsel araştırmacıların gelecekteki keşif ve araştırmalarıyla, gerçek üretime gireceği ve insanlığa fayda sağlayacağı umulmaktadır!
