【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專(zhuān)利技術(shù)涉及水蒸氣收集，具體為一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置。
技術(shù)介紹
1、干旱是全世界普遍存在的問(wèn)題，特別是全球干旱地區(qū)，占全球土地面積的38％以上。因此尋求水資源短缺的技術(shù)解決方案十分重要。太陽(yáng)能脫鹽，即利用陽(yáng)光對(duì)水進(jìn)行脫鹽，已經(jīng)得到了廣泛的研究。太陽(yáng)能脫鹽系統(tǒng)通常包括水蒸發(fā)系統(tǒng)和水蒸氣收集系統(tǒng)。傳統(tǒng)的水蒸氣收集系統(tǒng)所使用的冷凝器通常耗能高，不適用于室溫下的冷凝，開(kāi)發(fā)一種具有冷卻效果強(qiáng)、冷凝能力高的無(wú)能耗冷凝器用于水蒸氣收集系統(tǒng)非常重要。目前，基于輻射冷卻現(xiàn)象的夜間露珠收集裝置已投入使用，然而，這些裝置難以在太陽(yáng)光下工作。研制一種既能在白天工作，又能加強(qiáng)冷卻效果的無(wú)能耗冷凝器是非常重要的。被動(dòng)輻射冷卻是指表面反射太陽(yáng)光(0.3～2.5μm)，并通過(guò)大氣透射窗(8～13μm)向外太空輻射熱量的現(xiàn)象。在白天太陽(yáng)光直射的情況下，通過(guò)被動(dòng)式輻射制冷可以將冷凝器的表面溫度降低至環(huán)境溫度以下，從而對(duì)水蒸氣進(jìn)行收集。
2、近年來(lái)，超材料的發(fā)展擴(kuò)大了其在被動(dòng)輻射冷卻淡水收集中的應(yīng)用。周等人利用聚二甲基硅氧烷和銀在冷凝器表面構(gòu)造了具有被動(dòng)輻射冷卻功能的雙層結(jié)構(gòu)。被動(dòng)輻射冷卻冷凝器可以將表面溫度降低約8℃，并全天收集水。然而，輻射冷卻涂層的熱傳導(dǎo)卻被忽略了。熱傳導(dǎo)是非常重要的，是將潛熱快速傳遞到輻射冷卻涂層表面，然后從輻射冷卻涂層表面進(jìn)一步傳遞到外部環(huán)境的主要手段。理想的被動(dòng)冷卻冷凝器應(yīng)具有被動(dòng)輻射冷卻效果和合適的熱導(dǎo)率。此外，所需的原材料應(yīng)該是廉價(jià)的大規(guī)模應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路>
1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)的目的在于克服已有技術(shù)存在的不足，提供一種具有被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的金屬冷凝板及其制備方法，制備方法原料、工藝的成本較低，步驟簡(jiǎn)單可調(diào)控，所制備的金屬冷凝板的制冷效果優(yōu)異，將其應(yīng)用于日間集水裝置中，有效的解決傳統(tǒng)集水裝置導(dǎo)熱效果差、冷凝率低、原料價(jià)格昂貴等問(wèn)題。
2、本專(zhuān)利技術(shù)的目的之一，提供一種金屬冷凝板，技術(shù)方案如下：
3、一種金屬冷凝板，分為三層，從上至下依次為：熱交換層、金屬層和疏水層，所述熱交換層為高導(dǎo)熱的納米無(wú)機(jī)材料和生物高分子材料構(gòu)成的復(fù)合涂層，所述疏水層為硅烷涂層。
4、優(yōu)選的，所述納米無(wú)機(jī)材料為三氧化二鋁、氧化鎂或氮化硼。
5、優(yōu)選的，所述生物高分子材料為乙酰基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥甲基纖維素中的至少一種。
6、本專(zhuān)利技術(shù)目的之二，提供上述一種金屬冷凝板的制備方法，技術(shù)方案如下：
7、一種金屬冷凝板的制備方法，包括以下兩個(gè)步驟：
8、第一步、對(duì)金屬板進(jìn)行改性清潔處理，獲得改性清潔金屬板；
9、第二步、將硅烷噴涂在所述改性清潔金屬板的一側(cè)表面上，然后進(jìn)行加熱干燥處理，使得所述改性金屬板的一側(cè)包覆一層疏水層；將所述改性金屬板的另一側(cè)表面上涂覆一層前體溶液，自然晾干，使得所述改性金屬板的另一側(cè)包覆一層熱交換層，獲得所述金屬冷凝板，所述前體溶液中含有高導(dǎo)熱的納米無(wú)機(jī)材料和生物高分子材料分散在有機(jī)溶劑中的混合溶液。
10、優(yōu)選的，所述改性清潔處理為對(duì)所述金屬板進(jìn)行噴砂處理，然后使用有機(jī)清洗劑進(jìn)行清洗處理后，放置在55℃±10℃的濃度為0.225±wt％的中性鹽水溶液中浸泡17.5±2.5分鐘。
11、優(yōu)選的，所述硅烷為質(zhì)量比為4～6wt％的硅烷。
12、優(yōu)選的，所述加熱干燥處理的溫度為130℃±10℃，時(shí)間為0.75h±0.25h。
13、優(yōu)選的，納米無(wú)機(jī)材料為三氧化二鋁、氧化鎂或氮化硼。
14、優(yōu)選的，所述生物高分子材料為乙酰基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥甲基纖維素等生物高分子材料中的至少一種。
15、本專(zhuān)利技術(shù)目的之三，提供應(yīng)用一種金屬冷凝板制備的一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置，技術(shù)方案如下：
16、一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置，包括一端開(kāi)口的集水槽和金屬冷凝板，所述金屬冷凝板蓋于所述集水槽開(kāi)口處，所述集水槽的外層包覆低發(fā)射率金屬薄膜材料；所述集水槽的兩側(cè)箱體上設(shè)有蒸汽入口和氣體出口。
17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專(zhuān)利技術(shù)的有益效果是：
18、本專(zhuān)利技術(shù)提供一種金屬冷凝板的制備方法，通過(guò)對(duì)金屬板的表面進(jìn)行改性，使用硅烷使金屬板表面從親水性變?yōu)槭杷裕佑|角大于142°，使用生物高分子材料和高導(dǎo)熱的無(wú)機(jī)納米材料復(fù)合涂層來(lái)制備具有被動(dòng)輻射冷卻性質(zhì)的熱交換層，所制備的金屬冷凝板的制冷效果和制冷效率優(yōu)于未處理的金屬板和現(xiàn)在常用的亞環(huán)境輻射發(fā)射器，該方法簡(jiǎn)單易行、所需的原料和工藝步驟成本較低，各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)容易調(diào)控，制冷效率高。
19、本專(zhuān)利技術(shù)所制備的一種金屬冷凝板具有優(yōu)異的制冷效果和制冷效率，應(yīng)用于一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置中，可以在太陽(yáng)光直射下從蒸汽中產(chǎn)生淡水，無(wú)需主動(dòng)能耗，具有較高的集水速度和較高的冷凝率，這主要在于具有具有高熱導(dǎo)率的熱交換層可以增強(qiáng)冷凝潛熱的損失。
20、本專(zhuān)利技術(shù)所制備的一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置，金屬冷凝板的優(yōu)異的疏水性有益于水蒸氣在表面形成滴狀凝結(jié)，更容易滴落，有益于水收集速率加快，在陽(yáng)光直射下表現(xiàn)出良好的集水能力，并不需要消耗額外的能量，可以與其他太陽(yáng)能水凈化系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)淡水的收集。
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1.一種金屬冷凝板，其特征在于，所述金屬冷凝板的結(jié)構(gòu)分為三層，從上至下依次為：熱交換層、金屬層和疏水層，所述熱交換層為高導(dǎo)熱的納米無(wú)機(jī)材料和生物高分子材料構(gòu)成的復(fù)合涂層，所述疏水層為硅烷涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬冷凝板，其特征在于，所述納米無(wú)機(jī)材料為三氧化二鋁、氧化鎂或氮化硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬冷凝板，其特征在于，所述生物高分子材料為乙酰基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥甲基纖維素中的至少一種。
4.一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，包括以下兩個(gè)步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，所述改性清潔處理為對(duì)所述金屬板進(jìn)行噴砂處理，然后使用有機(jī)清洗劑進(jìn)行清洗處理后，放置在55℃±10℃的濃度為0.225±wt％的中性鹽水溶液中浸泡17.5±2.5分鐘。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，所述硅烷為質(zhì)量比為4～6wt％的硅烷。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，納米無(wú)機(jī)材料為三氧化二鋁、氧化鎂或氮化硼。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，所述生物高分子材料為乙酰基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥甲基纖維素等生物高分子材料中的至少一種。
10.一種基于被動(dòng)式輻射制冷以及疏水效應(yīng)的日間集水裝置，其特征在于，包括一端開(kāi)口的集水槽和金屬冷凝板，所述金屬冷凝板蓋于所述集水槽開(kāi)口處，所述集水槽的外層包覆低發(fā)射率金屬薄膜材料；所述集水槽的兩側(cè)箱體上設(shè)有蒸汽入口和氣體出口。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種金屬冷凝板，其特征在于，所述金屬冷凝板的結(jié)構(gòu)分為三層，從上至下依次為：熱交換層、金屬層和疏水層，所述熱交換層為高導(dǎo)熱的納米無(wú)機(jī)材料和生物高分子材料構(gòu)成的復(fù)合涂層，所述疏水層為硅烷涂層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬冷凝板，其特征在于，所述納米無(wú)機(jī)材料為三氧化二鋁、氧化鎂或氮化硼。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種金屬冷凝板，其特征在于，所述生物高分子材料為乙酰基纖維素、羥乙基纖維素、甲基纖維素、羧甲基纖維素、乙基纖維素、氰乙基纖維素、羥丙基纖維素和羥甲基纖維素中的至少一種。
4.一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，包括以下兩個(gè)步驟：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種金屬冷凝板的制備方法，其特征在于，所述改性清潔處理為對(duì)所述金屬板進(jìn)行噴砂處理，然后使用有機(jī)清洗劑進(jìn)行清洗處理后，放置在55℃±10℃的濃度為0.225±wt％的中性鹽水溶液中浸泡17.5±2.5分鐘。
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【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：高彥峰，張謙，朱勇，陳長(zhǎng)，王煥燃，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：上海大學(xué)，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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