Thiết bị khử muối đơn giản, hiệu quả cao

Những phương pháp lọc nước hiện nay chủ yếu là công nghệ xử lý bằng màng thẩm thấu ngược và công nghệ khử mặn bay hơi chân không. Những công nghệ lọc nước thông thường này có cấu trúc phức tạp, giá thành cao, tiêu thụ nhiều năng lượng và chi phí bảo trì cao, không phù hợp với các khu vực khó khăn.

Công nghệ bốc hơi giao diện điều khiển bằng năng lượng mặt trời, một giải pháp tiềm năng giảm thất thoát nhiệt và cải thiện hiệu suất chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng, được ứng dụng trong khử trùng, chưng cất, khử muối nước biển, sản xuất điện mặt trời. 

Ứng dụng công nghệ bay hơi bề mặt, các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển một thiết bị khử muối hiệu quả cao chạy bằng năng lượng mặt trời. Theo báo cáo khoa học, đăng trên trang AIP Advances, thiết bị bay hơi giao diện trên cơ sở oxit titan nitrua TiNO bao gồm 3 phần: Lớp hấp thụ năng lượng mặt trời TiNO làm bằng giấy, lớp cách nhiệt và vật liệu bấc.

Cấu trúc thiết bị khử muối từ nước biển bằng phương pháp bay hơi năng lượng mặt trời.

Thiết bị có một lớp vật liệu chứa titan, TiNO hoặc oxit titan nitrua, có khả năng hấp thụ năng lượng mặt trời. TiNO được lắng đọng trên một loại giấy và bọt đặc biệt, cho phép thiết bị hấp thụ năng lượng mặt trời nổi trên mặt nước biển.

Khi ánh sáng mặt trời chiếu vào lớp titan, lớp vật liệu chứa TiNO nóng lên nhanh chóng và làm bốc hơi nước. Đặt thiết bị trong một thùng chứa trong suốt có mái dốc bằng thạch anh, hơi nước được ngưng tụ và chảy theo vách thùng, thu thập lại hình thành một lượng nước ngọt dồi dào.

Nhà khoa học Chao Chang, tác giả của công trình nghiên cứu cho biết, TiNO là một lớp phủ hấp thụ năng lượng mặt trời thương mại phổ biến, sử dụng rộng rãi trong các hệ thống nước nóng năng lượng mặt trời và trong các đơn vị quang điện. Vật liệu có tỷ lệ hấp thụ năng lượng mặt trời cao và tỏa nhiệt thấp, có thể chuyển đổi năng lượng mặt trời thành nhiệt năng một cách hiệu quả.

Các nhà khoa học Trung Quốc đã phát triển phương pháp lắng đọng lớp TiNO trên giấy, sử dụng một kỹ thuật được gọi là phún xạ magnetron. Nhóm nghiên cứu cũng sử dụng một loại giấy đặc biệt có độ xốp cao, gọi là giấy airlaid làm vật liệu bấc hấp thụ nước biển. Giấy airlaid chế tạo từ sợi gỗ và được sử dụng phổ biến trong tã giấy dùng một lần.

Cấu trúc thiết bị bay hơi khá đơn giản: Lớp TiNO ở trên cùng, chất cách nhiệt và giấy airlaid ở dưới cùng. Lớp cách nhiệt là bọt polyetylen, có nhiều lỗ rỗng chứa đầy không khí giúp giữ nhiệt và cho phép khối nhiều lớp nổi trên mặt hồ chứa nước biển, giảm thiểu thất thoát nhiệt ra môi trường xung quanh.

Thiết lập thử nghiệm và hiệu suất bay hơi hệ thống khử muối bằng năng lượng mặt trời, sử dụng TiNO. (a) Thiết lập thí nghiệm khử muối trong nước biển. (b) Độ mặn đo được trong nước đã khử muối.

Giấy xốp được sử dụng làm chất nền cho thiết bị hấp thụ năng lượng mặt trời TiNO có thể được tái sử dụng và tái chế hơn 30 lần.

Sự kết tủa muối trên bề mặt TiNO có thể ảnh hưởng đến hiệu quả bốc hơi nước, nhưng các nhà nghiên cứu nhận thấy, thử nghiệm được tiến hành một thời gian dài mà không có lớp muối nào hình thành trên bề mặt của lớp phủ TiNO. Các nhà khoa học cho rằng bản chất xốp của giấy sẽ loại bỏ sự lắng đọng muối, hình thành trên bề mặt và trả muối lại hồ chứa nước biển.

Độ mặn của nước biển thông thường là hơn 75.000mg muối/lít. Nước uống thông thường có độ mặn khoảng 200mg/lít. Thiết bị khử muối có thể giảm độ mặn của nước biển xuống dưới 2mg/lít.

Các nhà khoa học Trung Quốc lên kế hoạch tối ưu hóa cấu trúc thiết kế để có thể sử dụng ở cấp độ gia đình và cấp độ nhà máy lọc nước biển công nghiệp.