膜式热湿调控原理与技术进展

基于膜的热湿传递过程作为一种新型的温度、湿度处理技术,在建筑环境节能高效控制领域取得了积极进展.膜技术具有高效紧凑的特点,并且它可以选择性地只允许水蒸气通过膜表面,从而避免了液体除湿过程中溶液小液滴对新风的污染.近年来,该技术从热湿传递原理到实际应用都取得了新进展.本文介绍了目前应用的选择性透湿膜材料,分析了平板膜全热交换器、板翅式膜全热交换器、交叉三角形波纹板全热交换器和中空纤维膜组件等膜设备的传热传质过程.它们的传热传质分析,同时考虑了膜两侧热湿耦合的自然边界条件、流体在组件内流动的不均匀性、管束随机分布等实际运行因素对传热传质的影响.这些研究工作对膜组件的设计和膜系统的优化提供了理论基础.此外,还介绍了各种新型膜式除湿系统,当它们与热泵或太阳能等系统联合应用时,可以扩大系统的热湿负荷适应范围,增加系统的能量利用效率.今后,随着新型膜材料、内冷型膜组件、多级除湿系统以及瞬态动态参数模拟技术的出现,膜式热湿传递技术将会在实际工程中发挥更大作用.     

基于类囊体膜的光能利用和光动力学治疗

类囊体膜由光合色素、脂类和蛋白质组成,是绿色植物、真核藻类与蓝藻进行光合作用光反应的主要场所.光反应包括水的光解和光合电子传递两个核心过程,前者将光能转化为电子,后者将电子转化为活跃化学能.光反应中的电子传递和氧化还原特性使得类囊体膜可以被应用于生物光电化学和生物光电催化两种光能利用系统.基于类囊体膜的光能利用系统不仅具有材料可再生和低碳绿色等优势,而且具有比完整光合细胞更高的能量效率.同时,类囊体膜中含有光敏剂叶绿素,并具有光合放氧特性和过氧化氢酶活性,使其可以应用于肿瘤的光动力学治疗.本文系统地总结了近年来类囊体膜在这些领域中应用的最新进展,重点介绍了类囊体膜在这3个领域的应用形式和作用机制,讨论了类囊体膜在应用过程中面临的问题与挑战,并对未来研究方向进行了展望.     

等离子体聚合改性亲水微孔膜用于膜蒸馏——硝酸纤维素膜的表面疏水化

膜蒸馏是以疏水性微孔膜两边的温度差而引起的水蒸汽压力差为传质驱动力的膜过程,是一种制备高纯水和浓缩水溶液的新的膜分离方法。膜蒸馏近年来受到人们普遍关注。膜蒸馏与其它膜过程相比,其通量较小,为了提高通量,一些作者曾进行过努力。我们首次报道采用等离子体技术改性亲水性膜,制备高通量与高截留率的膜蒸馏用微孔膜。     

高性能柔性碲化铋/碳纳米管复合热电薄膜

<正>热电材料是可将热能与电能相互直接转换的绿色能源材料[1,2],其能量转换效率主要取决于材料与器件性能,不依赖于能量体系的大小,因而在微小热源的回收发电、局部"热点"的快速精确制冷等技术领域具有显著的优势,在环境温差原位发电、低品位分散式热源利用、电子器件/微系统芯片温控等领域具有重要的应用.在实际应用中,     

光电双活性偶氮苯自组装单分子膜的设计

具有光化学和电化学活性的有机分子在功能器件开发方面具有潜在的应用前景 偶氮苯衍生物是典型的化合物之一,如图1A所示,它具有光致顺反异构化和电化学氧化还原反应的双重活性.利用偶氮苯衍生物有序分子组装体系的光电化学性质,我们提出了“单向循环”的新型信息存储原理.在过去的工作中,我们利用Langmuir.Blodgett技术将偶氮苯长链脂肪酸衍生物分子固定在ITO导电玻璃上而形成高度有序的单分子膜.由于偶氮苯衍生物分子是物理吸附在基底上,在反复进行光化学及电化学测试过程中,常常脱落到电解质溶液中,从而造成单分子膜的脱落;同时偶氮苯从反式到顺式过程伴随着空间的增大,因此在致密有序的LB膜中顺反异构化效率较低.我们利用自组装技术将偶氮苯衍生物通过与基底的     

新型渗透蒸发透醇膜研究

渗透蒸发技术是近10多年迅速发展起来的用于液体混合物分离的高新技术,被认为是21世纪化学工业中最重要的分离技术之一。乙醇水的分离一直是渗透蒸发过程的主要研究对象,其中渗透蒸发膜又分为水优先透过膜和乙醇优先透过膜,后者可用于稀乙醇水溶液的浓缩。如果透醇膜与乙醇发酵过程相结合,可以实现乙醇的连续生产以及解决因产物浓度稀而需要耗费大量能源问题,因而透醇型渗透蒸发膜的研究倍受重视。 一般认为弹性体高聚物（如橡胶）,其链有更大的柔顺性,分离主要由组分在液体与膜表面的吸附选择性决定,因而认为非极性高聚物往往是透醇膜材料,但真正能作为透醇型膜材     

无机膜——新的工业革命

无机膜(陶瓷、玻璃、金属及其复合材料膜)与已经广泛商品化的高聚物膜相比,由于耐高温、化学稳定、耐腐蚀、力学强度高、结构稳定和易于再生,因而更适于高温或其他恶劣环境下的技术应用,特别是生物技术、石油化工膜反应器、高温气体分离等方面,有人预料无机膜技术的发展将引起—场新的工业革命.以最为吸引人的高温气体分离和膜反应器为例,其工业应用前景到底如何呢?在走向成功的道路上,材料科学与工程学家们面前的任务是什么呢?     

快速发展的微纳能源技术

正能源是人类社会可持续发展的最基本驱动力,也是人类赖以生存的重要物质基础.随着传统化石能源日益枯竭,能源问题成为当前人类面临的主要难题之一.从环境中实现水能、风能和太阳能等可再生清洁能源的高效利用是解决能源危机的有效途径.随着纳米材料与纳米技术的进步,新型清洁能源利用技术得到高速发展,形成了以微纳技术为基础的新一代清洁能源技术与系统,即微纳能源,包括能量的收集、转换、存储与利     

吸收式化学蓄能的研究综述

吸收式化学蓄能是一种具有蓄能密度高、热损失小的热能储存技术, 在太阳能等可再生能 源的有效利用、工业余热及冷热电联供系统的余热等中低品位能源利用领域具有良好的应用前 景. 介绍了吸收式化学蓄能技术的基本原理和特点, 归纳和总结了国内外对吸收式化学蓄能在工 质对遴选、系统和循环研究及样机研发等方面的研究现状和进展, 并提出了此项技术需要进一步 研究和解决的关键技术问题.     

基于吸收式换热技术的多段立式吸收-蒸发器的实验研究与应用

吸收式换热器是吸收式热泵应用于集中供热的关键核心部件.采用多段吸收式热泵机构可以有效提升机组性能:一次网回水温度一定时可大幅降低总传热面积,更重要的是在机组面积不变情况下显著降低一次网回水温度,实现单段机组无法实现的参数.本文在此技术基础上,设计并制作了三段大温差立式降膜吸收-蒸发器单元,并进行了多组工况的实验,测试其性能.该实验单元可以实现水侧大温差,形成三级蒸发压力梯度,与传统单段吸收机相比,实现了梯级换热,换热过程更加匹配;建立一维吸收器传热传质模型,分析并解释了实验中吸收器出现的冷却水出口温度高于溶液温度的现象.实验单元直接应用于实际供热工程中,在不同供暖工况下取得了良好的效果,一次网回水温度可以低至30℃以下.     

电润湿在微纳能源利用系统中的应用

电润湿已广泛应用于微流系统、电子变焦微透镜、电子纸、电润湿显示器中.本文重点关注电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统中的应用,沿着"基础理论-应用基础-应用"的思路对电润湿的研究现状进行梳理,首先介绍电润湿的基础理论及其目前仍面临的瓶颈问题,其次从材料、结构及复杂条件下特殊现象角度综述电润湿在应用过程需要解决的关键基础问题,最后总结电润湿在新兴的微纳能源转换和利用系统,包括微通道系统、电子冷却、相变换热和太阳能光电系统中的应用.     

弱力能源开发及其自供能环境净化效应

地球生态系统存在广泛且低功率无序的分散能量,包括水流弱力、磁力扰动和生物活动等,尚未得到有效开发利用.常规化石能源通过集中发电再分散利用,是低熵能源的高熵利用,而回收转化利用广泛分散的环境弱力,可以将高熵能量直接高熵利用,是能源生产途径和利用方式的重要变革.环境弱力能源按介质可分为固体振动、液体流动和气体扰动,以机械能为表观形式,可以通过材料转化为电能,并应用于地球生态系统的环境净化,具备能源开发和环境净化双重效应.新材料和新技术研发是弱力能源转化利用的基础,涵盖了微弱能量捕捉、高效力电转换、电能原位利用3个过程,其中压电和摩擦催化发展迅速,具有巨大的应用和发展前景.压电催化材料中,钛酸钡、氧化锌、锆钛酸盐和聚偏氟乙烯复合薄膜等在机械搅拌或振动作用下发生压电催化反应,实现污染物降解、杀菌和清洁等功能.摩擦催化材料中,氧化锌、硫化铬、钴酸镍等半导体和聚四氟乙烯等高分子材料可发生摩擦催化反应,实现环境净化等功能.弱力能源未来发展中,需要将压电和摩擦电催化过程中的电压与电荷量进一步提升,厘定电场、电荷交换界面和反应物共同作用下的电荷交换行为,实现反应环境与催化材料匹配度提升.在“双碳”目标下...     

湿气发电机的研究进展、应用和展望

随着化石资源的枯竭和环境污染的加剧,人类对绿色可再生能源的需求与日俱增.开发新型绿色能源是缓解能源危机的有效方法之一.水作为一种丰富的可再生资源,能够通过流动、蒸发、扩散等运动实现能量转换.水分子在地球表面的主要存在形式包括固态、液态和气态3种.为有效利用水资源,已制造出水力发电、潮汐能发电等使用液态水的大型设备.近年来,水分子与功能材料间的水伏效应掀起了对湿气发电的研究热潮.湿气发电机能够利用环境中的湿气能量产生电能,其过程主要包括电荷有效分离和载流子不对称运动.湿气发电机具有体积小、易制备、易集成等优点,能够从人体日常生理活动(如呼吸、出汗等)中收集能量并转化为电能,在便携式柔性电源和自供能传感器等领域具有巨大的应用潜力.本文总结了湿气发电机的基本原理、材料和结构设计方法及典型应用,并对湿气发电机的发展趋势进行了展望.     

沸石分子筛膜的合成

分子筛膜具有优良的反应和分离性能, 可用于高温、高压等苛刻环境, 在膜分离和膜反应等过程中的应用潜力巨大. 迄今为止, 已有多种分子筛膜的制备方法, 包括聚合物嵌入法、原位水热晶化法和二次生长法等. 与原位方法相比, 二次生长法更容易操作, 对晶体取向、微孔结构和膜厚等方面的控制优势明显, 而且重复性也有大幅度提高. 本文总结了分子筛膜的合成方法, 特别着重于最具使用潜力的二次生长法, 对目前存在的晶体取向、缺陷以及晶粒层数等热点问题进行了分析和论述, 提出了分子筛膜制备过程中需要进一步解决的关键问题, 有助于提高分子筛膜制备技术的水平.     

水蒸发驱动柔性自支撑复合发电碳膜

利用自然界中无处不在的蒸发作用,收集利用环境中总量巨大的低品位热能是一种新型可持续能源技术.本文制备了一种可直接通过蒸发驱动流动的方式将环境热能转化为电能的柔性自支撑复合碳膜.该复合碳膜由碳颗粒和玻璃纤维组成,具有类似钢筋混凝土结构,因而有良好的柔性和抗拉伸性能.一片尺寸为1 cm×4.5cm×0.13 mm的复合碳膜最高可获得~1 V的开路电压和~0.86μA的短路电流.通过放大面积,最高可得到单个器件~1 V的开路电压和~28μA的输出电流.复合碳膜的这些性质显示了其作为一种新型的可收集环境能源材料,在绿色可持续能源利用方面的应用前景.     

氢能与新材料

氢是清洁高效的能量载体和重要的化工原料。文章从当前氢能利用过程中面临的问题和挑战入手，简述了新材料在制氢、氢气分离与提纯、储氢及氢能转换等各环节的应用，对氢能利用中新材料的发展趋势进行了展望。     

化学链燃烧的能源环境系统研究进展

化学链燃烧的能源环境系统是能源科学与环境科学交叉的新兴领域. 它具有零能耗分离CO₂和提高系统效率的特点, 因而被认为是同时解决能源利用与环境协调问题的重要突破口, 也是当前国际学者研究温室气体控制的热点和焦点. 在综述化学链燃烧能源环境系统的研究进展基础上, 剖析了化学链燃烧的氧载体材料的反应特性和再生性方面的难点, 介绍了反应器结构特点及其应用情况. 围绕关键过程机理和系统集成, 探讨了化学链燃烧过程的化学能梯级利用的能量释放机理和系统集成原则. 最后, 针对化学链燃烧能源环境系统研究发展与潜力, 展望了未来的研究发展方向和应用前景.     

制冷空调系统性能优化的(火积)耗散热阻法研究进展

摘结器络的法通各摘要制冷空结了制冷空调耗散热阻络图的构建方的整体约束方,实现了换热通过对系统中各变量间的整调系统是典型系统性能全局阻概念,并以此方法.通过分析方程.根据该约热器网络性能换热器网络的体约束方程,型的能源利用局优化的火积耗此为基础阐述了析等效热阻网络约束方程和拉格能的多目标优化的耗散热阻分结合拉格朗日系统,优化其散热阻法的研了制冷空调系络图,结合电路格朗日条件极化.在此基础上分析以及热功日方程,实现了其性能有利于提研究进展.首先统中所涉及的路原理从物理极值法,介绍了上,对于包含功转换过程的热制冷系统的性提高能源利用先介绍了火积的由的换热器网络的理上导出了系统了换热器网络的热功转换过程热力学分析,构性能优化.效率.本文总由来以及换热的等效热阻网统中各变量间的定量优化方程的制冷系统,构建了系统中热方,     

“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的研究现状及发展趋势

发展新一代“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统是能源行业高质量发展和提高可再生能源消纳水平的必然需求,加快其发展对构建多能互补、灵活、智慧的能源系统具有重要意义.目前,我国能源系统转型与升级进程加快,能源系统多能流交织、多品位分布、多时空尺度等特征愈发突出,给能源的高效利用带来新的理论和技术挑战.为实现异质能流系统的协同发展,还需要突破单一能流系统能量转换分析的局限,从能质、能量品位的角度,解释不同能源系统间的耦合逻辑并指导能源结构优化和能量管控,解决异质能流多尺度协同响应难等问题.因此,本文以“源-网-荷-储”式异质能流复合供能系统的构成和特征为切入,明晰了异质能流系统基础架构及各层间的关系,阐明了按质用能思想和能量品位相匹配对构建高效能量梯级利用系统、实现能量有序按需转化的重要性,总结了异质能流系统动态响应特性与协同调控、结构优化和能量管控等研究现状和挑战,并对未来能源系统的发展提出了一些建议.     

Application of heat pump technology in Central Heating

电厂汽轮机乏汽冷却带走大量热能,特别是在火电企业尚处于困境当中,利用先进的吸收式热泵技术,对热电企业集中供热系统进行节能改造,回收热电企业的汽轮机排汽冷凝热,使之转换为可满足集中采暖供热的热源,将为企业带来可观的效益.