پژوهش های کاربردی مهندسی شیمی - پلیمر

چکیده موضوع تحقیق: نمک‌زدایی خورشیدی مبتنی بر تبخیر سطحی به‌دلیل بازده بالای تبدیل انرژی خورشیدی به بخار، اثرات زیست‌محیطی کم و قابلیت استفاده در مناطق دورافتاده، به‌عنوان راهکاری مؤثر برای مقابله با بحران جهانی کمبود آب مطرح است. بااین‌حال، تجمع نمک‌های محلول در سطح تبخیر، به‌ویژه نمک‌های با حلالیت بالا، موجب کاهش نرخ تبخیر و مختل‌شدن عملکرد پایدار سامانه‌های موجود می‌شود. بنابراین توسعه سامانه‌هایی با قابلیت خودتمیزشوندگی و انتقال مؤثر آب برای جلوگیری از رسوب نمک امری ضروری است.
روش تحقیق: در این پژوهش، سامانه تبخیر خورشیدی خودتمیزشونده مبتنی بر چوب چنار مهندسی‌شده توسعه داده شده، عملکرد آن در فرایند نمک‌زدایی به‌طور منظم ارزیابی می‌شود. برای این منظور، چهار سامانه شامل یک نمونه مرجع بدون مجاری مصنوعی و سه سامانه با مجاری عمودی به قطر 1، 1.5 و 2 میلی‌متر طراحی، ساخته و تحت تابش کنترل‌شده یک خورشید مورد آزمایش قرار گرفتند. آزمون‌ها با محلول‌های نمکی نماینده آب دریا ( wt.% 3.5) و آب بسیار شور (wt.% 20) انجام می‌گیرد. رفتار انتقال آب، سازوکار مهاجرت نمک و کیفیت آب تقطیرشده با استفاده از سنجش یون‌های Na+، Mg2+، K+ و Ca2+ ارزیابی می‌شود. علاوه‌بر‌این، پایداری عملیاتی سامانه طراحی‌شده از طریق آزمایش‌های تکرارپذیری چندچرخه‌ای بررسی می‌شود.
نتایج اصلی: نتایج نشان داد سامانه WSE-1.5 بالاترین نرخ تبخیر پایدار را ارائه داده، به‌طوری که در محلول‌های wt.% NaCl 3.5 و wt.% 20 به‌ترتیب به نرخ تبخیر 2.48 و kg.m-2.h-1 2.04 دست یافته است. این عملکرد خوب به تبادل یونی بین ریز مجاری طبیعی چوب، حاوی غلظت‌های بالاتر یون نمک و مجاری حفرشده در مقیاس میلی‌متری با غلظت‌های پایین‌تر نسبت داده می‌شود؛ به‌طوری که تفاوت در رسانایی هیدرولیکی بین این مسیرها، مهاجرت نمک را از مجاری میلی‌متری به میکرومتری و سپس به توده آب هدایت می‌کند. همچنین ساختار مهندسی‌شده، انتقال پیوسته آب به سطح را تضمین کرده، تولید بخار را حتی در آزمون‌های طولانی‌مدت حفظ می‌کند. آب جمع‌آوری‌شده دارای غلظت یون‌هایی کمتر از حدود مجاز سازمان بهداشت جهانی (WHO) و آژانس حفاظت از محیط زیست (EPA) است. بررسی چرخه‌ای نیز نشان داده که عملکرد سامانه WSE-1.5 پس از 15 چرخه بدون افت محسوس پایدار باقی مانده است. در مجموع، سامانه پیشنهادی راهکاری کارآمد، پایدار و کم‌هزینه برای نمک‌زدایی از آب‌های شور در شرایط محیطی سخت ارائه می‌دهد.