機能性ナノ材料を活用したハイブリッド太陽熱蒸留による海水淡水化技術の開発

利用功能性纳米材料的混合太阳能蒸馏技术开发海水淡化技术

• 批准号: 22KF0139
• 负责人: 藤井 学
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0139/
• 关键词: 太陽熱蒸留技術; 新機能性材料; 淡水化収量; 装置設計デザイン

本研究では、再生可能エネルギーである太陽熱を利用して海水淡水化可能な太陽熱蒸留技術の開発に取り組む。特に、集光性や伝熱性の高い新機能性材料を開発・活用することで、蒸留プロセスの高度化と淡水化収量の増加を図るとともに、淡水化収量の高い蒸留装置デザイン設計を行う。研究初年度は、太陽エネルギーを効率よく吸収する新規材料として、可視光や近赤外光の吸収特性が高いナノ粒子や複合体を複数の方法で合成した。具体的には、キトサンや酸化グラフェン、ニッケルなどを原材料としナノ粒子ならびに複合体を調子した。キトサンナノ粒子の合成では、酢酸やトリポリリン酸ナトリウムなどを用い、酸化ニッケルナノ粒子は塩化ニッケル六水和物や水酸化ニッケルなどから合成された。また、ナノ粒子の複合材の合成も行い、合成されたナノ粒子を適量水に添加し（例えば、0.1%など）、ナノ流体を作成した。合成されたナノ材料は、フーリエ変換赤外分光法（FT-IR）分析、X線回折法（XRD）分析、走査電子顕微鏡（SEM）分析ならびにエネルギー分散型X線分光法（EDX）分析などにより物性分析された。特に、キトサン-酸化グラフェン複合体は、他のナノ粒子と比較して高い吸光性を示すことが明らかとなった。従って、太陽熱蒸留の新機能性材料として有効であることが示唆された。一方、効率的な太陽熱蒸留装置の設計という観点から、複数の装置デザイン設計を行い、また、予備的な熱・物質移動シミュレーションを実施することで、階段型蒸留装置などがより効率的な太陽光吸収・淡水化収量を可能とするということが示唆された。

This study is aimed at the development of solar thermal evaporation technology for the utilization of solar heat and the possibility of seawater desalination. Development and utilization of special, light-collecting and heat-transmitting high-performance functional materials, improvement of evaporation and freshwater yield, and design of high-performance evaporation devices with freshwater yield At the beginning of the study, new materials, visible light and near-infrared light absorption characteristics, and complex particles were synthesized. The specific properties of the raw materials, particles and complexes are discussed. The synthesis of particles is carried out in the presence of acid, toluene and toluene. For the synthesis of particles and composites, appropriate amount of water is added (e.g., 0.1%), and fluids are prepared. Synthesis of the material, infrared spectroscopy (FT-IR) analysis, X-ray diffraction (XRD) analysis, scanning electron microscopy (SEM) analysis, dispersion X-ray spectroscopy (EDX) analysis, physical properties analysis. In particular, it has become clear that the KITSEN-ACETRAGEN complex has other nano particles and relatively high light absorption. New functional materials for solar evaporation The design of solar thermal evaporation device with high efficiency, the design of solar thermal evaporation device with

项目成果

Enhancing performance of solar distillers using functional materials

使用功能材料提高太阳能蒸馏器的性能

• 发表时间: 2022
• 作者: Elsheikh Ammar H.;El-Said Emad M.S.;Abd Elaziz Mohamed;Fujii Manabu;El-Tahan Hamed R.;Ammar Elsheikh and Manabu Fujii
• 通讯作者: Ammar Elsheikh and Manabu Fujii

Water distillation tower: Experimental investigation, economic assessment, and performance prediction using optimized machine-learning model

• DOI: 10.1016/j.jclepro.2023.135896
• 发表时间: 2023-01
• 期刊: Journal of Cleaner Production
• 影响因子: 11.1
• 作者: Ammar H. Elsheikh;E. El-Said;M. A. Abd Elaziz;Mana Fujii;H. El-Tahan