Onlangs koos het team van professor Zhang Qianqian van de Beijing University of Technology Natural Clay -grondstoffen om een ​​all -nature twee -dimensionale vloeistoffilm met een maximaal gebied van 700cm2 te bereiden.

Afbeelding | Zhang Qianqian (Bron: Zhang Qianqian)

Onder de omstandigheden van gesimuleerd zeewater- en rivierwater, bereikt de infiltratie-energie van het volledig natuurlijke tweedimensionale vloeistofmembraan 8.61WM-2Essence

In vergelijking met de eerdere vergelijkbare prestaties van het onderzoeksteam is het 1,7 keer toegenomen en het is een toonaangevend niveau op het gebied van twee -dimensionaal membraanzout.Tegelijkertijd heeft het ook een lange stabiel continu longcycluszoutverschil van 30 dagen bereikt.

Vergeleken met het reguliere twee -dimensionale membraan,Het resource -verbruik van laagvormige kleipembranen die deze keer zijn gebouwd, is gedaald tot 1/14, de uitstoot van broeikasgassen dalen tot 1/9 en de productiekosten worden verlaagd tot 1/13, wat belangrijke economische, hulpbron- en milieu -voordelen toont Essentie

(Bron: natuurcommunicatie)

Dit biedt niet alleen stroomopwekking voor grootschaal zoutverschil, maar biedt ook betrouwbare membraanfundering en nieuwe strategieën.Het biedt ook nieuwe ideeën voor de ontwikkeling van grootschalige voorbereiding van twee -dimensionale membraanmaterialen, waarvan wordt verwacht dat het de ontwikkeling en toepassing van nieuwe energietechnologie voor membraan zal bevorderen.

Specifiek:

Allereerst kan dit resultaat worden gebruikt voor “nul koolstof” zoutverschil.

Natuurlijk zeewater/rivierwater, industrieel afvalzout en water, enz.

Ten tweede,Dit resultaat is ook universeel in batterijsystemen zoals lithiumbatterijen en vloeistofstroombatterijen, dat wil zeggen dat het kan worden gebruikt als een functioneel diafragma om de ionentransmissie te optimaliseren, waardoor de energiedichtheid van de batterij en de batterijduur wordt verbeterd.

Ten derde heeft de ionenselectie van de ionenselectie van deze prestatie ook een belangrijk toepassingspotentieel aangetoond op het gebied van milieubronnen en waterbronnen.

(Bron: natuurcommunicatie)

Ionische selectiviteit en ionische “Fish and Bear’s Paw”

Zoals we allemaal weten, zijn er in de natuur schone energiebronnen in de natuur, zoals zonne -energie en windenergie.Het verzamelen en gebruiken van deze energiezuinige energiezuinig is een enorme uitdaging.

De oceaan is goed voor 71%van het aardoppervlak.

De slechte energie van zout is een schone “nul koolstof” -ergie met een breed scala aan reserves en sterke omgevingsstabiliteit.

Het zoutverschil kan elektrische energie verkrijgen op basis van het chemische potentiaalverschil tussen verschillende salinaire zeewater/rivierwater. Schone milieubescherming en continue continue stroomopwekking in alle weersomstandigheden.

Theoretisch kan de totale hoeveelheid wereldwijde rivieren en zeezout 2,6 TW bereiken, wat overeenkomt met 17%van het wereldwijde elektriciteitsverbruik.Hoe zoutverschil efficiënt te gebruiken is echter een uitdagend onderwerp.

Momenteel is de anti -electrodiaovers (rode, omgekeerde elektrodialyse) technologie met ionische membranen, omdat de kern wordt beschouwd als het meest geïndustrialiseerde zoutverschil voor de technologie voor stroomopwekking.

Dit type ionen kiest ervoor om het membraan te passeren en vereisen een enkele lading -ion voor selectieve transmissie.

Alleen op deze manier kunnen twee verschillende concentraties van zoutoplossing worden gescheiden, zodat de met zout aangedreven enkele lading ion directionele beweging verplaatst, en vervolgens wordt het chemische potentiaalverschil op beide zijden van het membraan gegenereerd. direct omgezet in elektrische energie.

Om een ​​efficiënt zoutverschil te verkrijgen, moet de ideale ionenselectiefilm ook een hoge ionen -selectiviteit en hoge ionen hebben.

Er zijn echter meestal competitieve relaties tussen “vissen” en “bear’s poot”, wat grote uitdagingen oplevert voor de keuze van hoogwaardige ionen om te kiezen door de constructie van het membraan.

Met de ontwikkeling van nano -wetenschap en membraanwetenschap, heeft de nanomang -technologie die de afgelopen jaren is ontstaan ​​een nieuw platform voor hoog -performance -ionen om te kiezen door het ontwerp van het membraan.

Als een nano -pore -film heeft het abacusculaire membraan meestal een lading op het oppervlak.Door het sterke statische elektrostatische effect in het domein -beperkte kanaal kunnen de ionen met de tegenovergestelde ladingen selectief passeren.

En vergeleken met de lichaamsfase -transmissie, is de geleidbaarheid van de ionentransmissie meestal een paar grootte hoger.

Daarom wordt verwacht dat het op basis van het reductiemembraan ionische selectiviteit en de beste balans tussen ionische door de natuur zal verkrijgen om een ​​hoge efficiënte energieconversie van zoutverschil en stroomopwekking te bereiken.

Volgens de structuur bevat de abortusfilm voornamelijk: één -dimensionale poriënvormige, twee -dimensionale lagen en drie -dimensionale netwerkstructuren.

In de afgelopen jaren kan een twee -dimensionale vloeistoffilm met een gelaagde structuur een enorm potentieel vertonen in de conversie van zout.Het zoutverschil van een verscheidenheid aan tweedimensionaal vloeistofmembraan kan de experimentele waarde van het vermogen uitvoeren, dat het niveau van industriële toepassing heeft bereikt (5WM-2Naar.

Bovendien heeft het ook de kenmerken van eenvoudige voorbereiding en eenvoudig functioneel en gemodificeerd, en heeft het belangrijke vooruitzichten in grootschalige voorbereiding en slechte slechte toepassingen.

Als een zelfondersteunende film wordt de twee -dimensionale vloeistoffilm geassembleerd op basis van het stapelen van twee -dimensionale nano -chip met elektriciteit.

Vanuit het perspectief van commercialisering en milieubescherming is het gebruik van natuurlijke grondstoffen om een ​​twee -dimensionale vloeistoffilm te bouwen een van de goede keuzes voor de verzameling en gebruik van grote schalen penetratie -energie.

Als een belangrijke drager van twee -dimensionale materialen heeft natuurlijke kleierts de voordelen van gemakkelijk peeling, rijke reserves, milieu -vriendelijke, lage prijs, enz. Het is een goede keuze om een ​​twee -dimensionale vloeistoffilm te bouwen.

De oppervlakte -ladingen van natuurlijke kleipijnen zijn echter beperkt en de mechanische sterkte is erg laag.

Op basis hiervan verkenden Zhang Qianqian en het team de structurele prestatie -optimalisatie en grootschalige voorbereidingstechnologie van laag -achtige kleimembranen.

Met behulp van natuurlijke plug -in agenten,Ze realiseerden de stabiele constructie van de kleipelsmatrix en voltooiden de grootschalige bereiding van de alle -natuurlijke klei -basis twee -dimensionaal vloeistofmembraan.

(Bron: natuurcommunicatie)

Neem het natuurlijk, de industrie gebruikte industrie

Het is wel verstaan ​​dat de studie in 2020 begon. Op dat moment koos het team een ​​natuurlijke gelaagde klei als grondstoffen om een ​​Yang -ionkeuzefilm te bouwen. Het zoutverschil kan worden uitgevoerd [1].

Hoewel voorlopige verificatie van klei kan worden gebruikt voor zoutverschil, is de energie-output verre van aan de werkelijke toepassingsvereisten (geïndustrialiseerde normen 5WM-2Naar.

Bovendien is de mechanische sterkte van het kleimembraan onvoldoende, wat resulteert in de stabiliteit van de kracht van de kracht van krachten.

In reactie op de bovenstaande problemen gebruikte het onderzoeksteam het Aramal Nano-vezel plug-in kleipels om een ​​shell “bakstenen-mud structuur” te bouwen.

Hierdoor worden de mechanische sterkte van het kleimembraan en de dichtheid van de tunnellasten effectief verbeterd.) De substantiële verbetering, de stabiliteit van langdurige stroomopwekking is ook verbeterd [2].

Op basis van het bovenstaande onderzoek bleef het team de voorbereiding van SAP -membraan uitvoeren.

De aramides die ze eerder gebruikten, zijn echter een soort kunstmatige vezel.

Bovendien is de dispersie van de aramide wateroplossing niet bevorderlijk voor de bereiding van de schaal van membranen met hoge prestaties.Op basis hiervan hoopt het onderzoeksteam een ​​alternatief voor nano -vezels te zoeken met een goed milieuvriendelijk, goed gecentraliseerde aquatische oplossing en lage kosten.

Door te onderzoeken, vonden ze cellulose -nanovezel, een natuurlijke nano -vezel geëxtraheerd uit plantencellulose, met milieuvriendschap en kostenvoordeel ($ 20/kg), en is geschikt voor geïndustrialiseerde productie.

Na het bepalen van het vezeltype bleven ze de voorkeur geven aan procesparameters zoals vezeldiameter, vloeistofconcentratie voor de voorkant, de montageverhouding van klei tape.

Na het voltooien van de klei- en cellulose -nanobiber, construeerde de projectgroep met succes dit soort alle -natuurlijke twee -dimensionale vloeistoffilm.

In dit opzicht zei Zhang Qianqian dat het was omdat:

Aan de ene kant kan de ruimtelijke interoperabiliteit gevormd door de vorming van flexibele nanobibers en rigide nano -bridge de stabiliteit van het twee -dimensionale vloeistofmembraan effectief verbeteren. Film die hoge ionen bouwt.

Aan de andere kant kan de overvloedige negatieve groep cellulose de space negatieve ladingsdichtheid van het sedentaire nano -kanaal aanzienlijk verbeteren en de snelle selectiviteit van de kationen in het twee -dimensionale vloeistofmembraan bevorderen.

Vervolgens bleef het team de versterking van het gemiddelde, stabiele alles -natuurlijk slijmmembraan onderzoeken.

Wanneer het membraan echter wordt vergroot, volgen een reeks problemen, zoals upgrades van de productieapparatuur, optimalisatie van film -bouwvloeistof, geoptimaliseerde membraanbases en aanpassing van de procesparameters.

Na een jaar optimalisatie van apparatuurverbetering en voorbereidingsprocessen creëerden ze uiteindelijk een grootschalig volledig natuurlijke laag-achtig slijmvlies met een groot gebied en bereikten ze veel efficiënte zoutopwekking van zout (> 8WM-2) De stabiliteit van de langdurige stroomopwekking (> 30 dagen) legde de basis voor het verzamelen en gebruiken van grote schalen penetratie -energie.

Op dit punt heeft het team eindelijk de grootschalige voorbereiding van hoge -prestaties omnidirectionele kleipembranen en de toepassing van slechte stroomopwekking van zout.

En hoe u bronnen en milieuvriendelijke natuurlijke grondstoffen kunt evalueren, voor de groene en duurzame ontwikkeling van volledige keten uit membraanproductie en energie -verzameling, is het een belangrijk probleem geworden om vervolgens te overwegen.

Gebaseerd op de onderzoekskenmerken van de evaluatie van de materiële levenscyclus van de evaluatie van de materiële levenscyclus van het Beijing Institute of Technology, dat zich bevindt, geloven ze dat ze de voorkant van verschillende materialen moeten traceren om de voorkant van verschillende materialen te synthetiseren, en Voer een levenscyclusevaluatie uit en technische en economische analyse van het gehele productieproces van het membraan.

Vervolgens heeft het team enkele maanden onderzoek en bezoeken uitgevoerd, waardoor de productiegerelateerde gegevens van nauwkeurige materialen worden verkregen, het levenscyclusevaluatiewerk van het systeem heeft uitgevoerd en het geavanceerde karakter van de resultaten bevestigde.

(Bron: natuurcommunicatie)

Zhang Qianqian zei: “Het bereiken van deze prestaties is het resultaat van de gezamenlijke inspanningen van leraren en studenten. De belangrijkste complete persoon in deze studie is mijn promovendus Tang Jiadong. Hij is ook de eerste master’s afgestudeerde student nadat ik naar Beigong University kwam . Blijf de blog lezen, momenteel een tweede -jarige doctoraatstudent.

Na het betreden van de school in 2019, in het volgende semester van onderzoek, zal Tang Jiadong zijn Nanoschaal En “wetenschappelijk rapport” publiceerde respectievelijk een Engelse beoordelingspapier en Chinees schema.

Hoewel veel resultaten zijn bereikt, ging Tang Jiadong niet goed in de eerste experimentele vooruitgang van dit onderwerp, en het herhaalde falen van de synthese van nieuwe materialen is ook onderdrukt.

“Om zijn zelfvertrouwen te verbeteren, stel ik voor dat hij eerst het experiment stopt, kalmeert, om de informatie te controleren en de basis te consolideren. Hierdoor heeft hij een dieper inzicht in het onderwerp, en het experiment is begonnen soepel te worden. Clatable. Film “Zhang Qianqian zei.

Uiteindelijk nemen de relevante artikelen de titel van “volledig natuurlijke 2d nanofluidics als zeer efficiënte osmotische energiegeneratoren” Natuurcommunicatie[3].

Tang Jiadong en Wang Yun zijn gemeenschappelijke werken.

Figuur | Gerelateerd artikel (bron: natuurcommunicatie)

Tegelijkertijd ontdekten ze in de studie dat er nog steeds veel problemen zijn met het huidige systeem, zoals hoe het ontwerp met hoge doorvoer van het SAP -membraan te realiseren en hoe het grote schalenmembraanvermogen te verbeteren.

Daarom zullen ze laminaire -achtige slijmvliezen bouwen met hogere ionen.

Bovendien heeft het huidige kleimembraan een twee -dimensionale gelaagde structuur.Voor ionische kruismembraantransmissie is het noodzakelijk om door het verticale laminaat parallelle kanaal en horizontale sectie intervertebrale kanaal te passeren.

Het kronkelige transmissiepad wordt veroorzaakt door hoge ionentransmissiebestendigheid, die de verdere verbetering van de ionische flux beperkt.

In feite is dit ook een veel voorkomend probleem in het twee -dimensionale vloeistofmembraan, en het is ook de belangrijkste reden waarom de efficiëntie van de zout -arme stroomopwekking moeilijk is om aanzienlijk te verbeteren.

Als reactie op dit probleem zullen ze de interne membraanweerstand rond de strategieën verminderen, zoals het verminderen van membraandikte en verhoogde verticale kanaaldichtheid, en streven ze ernaar om klei -membranen met hoge doorvoer te bouwen en echt de vermogensopwekkingscapaciteit van zoutverschil te verbeteren.

Tegelijkertijd, op basis van de economische, middelen en milieuvoordelen van alle -natuurlijke kleipembranen, zullen ze het grote schaalbereidingsproces van laminaire slijmvliezen blijven verkennen.

Deliven voor het gebruik van natuurlijke grondstoffen en ontwikkelen met hoge prestaties om te kiezen via membraanmaterialen om te voldoen aan de applicatiebehoeften van energievelden en omgevingsvelden.

Referentiematerialen:

1.Nano -energie, 2020, 76, 105113

2.Nano -energie, 2022, 100, 107526

3 ..Nat.., 2024, 15, 3649