Σύνθεση και βελτιστοποίηση απορροφητικού υλικού ενέργειας για παθητική αφαλάτωση θαλασσινού νερού και κατασκευή πρωτότυπης διάταξης
Date Issued
May 2023
Author(s)
Advisor
Abstract
Σκοπός της παρούσας μεταπτυχιακής εργασίας είναι η σύνθεση και βελτιστοποίηση ενός
απορροφητικού υλικού στην ηλιακή ενέργεια, για παθητική αφαλάτωση θαλασσινού
νερού. Δευτερεύων στόχος είναι η κατασκευή πρωτότυπης συσκευής παθητικής
αφαλάτωσης και συλλογής του αφαλατωμένου νερού.
Αρχικά, έγινε μια εις βάθος έρευνα στα ήδη υπάρχοντα υλικά που χρησιμοποιούνται για
τον σκοπό αυτό, για άντληση ιδεών ως προς το είδος των υλικών που είναι συμβατά αλλά
και στις μεθοδολογίες χαρακτηρισμού και ελέγχου τους. Ως απορροφητικό υλικό
αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί αφρός άνθρακα ο οποίος παράχθηκε μετά από
ελεγχόμενη πυρόλυση αφρού μελαμίνης λόγω των διαφόρων υποσχόμενων ιδιοτήτων
που κατέχει. Έγινε έλεγχος κάθε πιθανής παραμέτρου που μπορεί να ελεγχθεί τόσο κατά
τη σύνθεση του υλικού, αλλά και στην πειραματική διάταξη. Στη συνέχεια, έγινε
χαρακτηρισμός του υλικού (μικροδομή, υδροφιλικότητα, απορροφητικότητα,
διαπερατότητα, θερμικές ιδιότητες, στοιχειομετρία, φυσικά χαρακτηριστικά, κ.α.) ως
προς τις διάφορες παραμέτρους σύνθεσης του (θερμοκρασία και χρόνος πυρόλυσης,
συνθήκες θαλάμου, κ.λπ.). Η δημιουργία της συσκευής σκοπό είχε την αναπαράσταση
του φαινομένου της εξάτμισης και συλλογής του νερού. Για το χαρακτηρισμό του υλικού
και της συσκευής χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο ηλεκτρονικής σάρωσης ενισχυμένο με
αισθητήρα ενεργειακής διασποράς ακτινών Χ, συσκευή γωνίας διαβροχής,
φασματοφωτόμετρο σε ορατό και υπεριώδες, θερμοκάμερα, ηλιακός προσομοιωτής, κ.α.
Τέλος, εξάχθηκαν αποτελέσματα για το ρυθμό εξάτμισης που παρέχει το τελικό και
βέλτιστο υλικό, υπό ακτινοβολία 1000 W/m2. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με
όσα βρέθηκαν από την βιβλιογραφική ανασκόπηση, και με ρυθμό εξάτμισης ίσο με 2.59
kg/m2/h, η έρευνα αυτή κατατάσσεται στη 3η θέση μεταξύ όλων των δημοσιευμένων
δεδομένων με ελάχιστη απόκλιση (-1.5%) από το 1ο σε κατάταξη υλικό (2.63 kg/m2/h).
απορροφητικού υλικού στην ηλιακή ενέργεια, για παθητική αφαλάτωση θαλασσινού
νερού. Δευτερεύων στόχος είναι η κατασκευή πρωτότυπης συσκευής παθητικής
αφαλάτωσης και συλλογής του αφαλατωμένου νερού.
Αρχικά, έγινε μια εις βάθος έρευνα στα ήδη υπάρχοντα υλικά που χρησιμοποιούνται για
τον σκοπό αυτό, για άντληση ιδεών ως προς το είδος των υλικών που είναι συμβατά αλλά
και στις μεθοδολογίες χαρακτηρισμού και ελέγχου τους. Ως απορροφητικό υλικό
αποφασίστηκε να χρησιμοποιηθεί αφρός άνθρακα ο οποίος παράχθηκε μετά από
ελεγχόμενη πυρόλυση αφρού μελαμίνης λόγω των διαφόρων υποσχόμενων ιδιοτήτων
που κατέχει. Έγινε έλεγχος κάθε πιθανής παραμέτρου που μπορεί να ελεγχθεί τόσο κατά
τη σύνθεση του υλικού, αλλά και στην πειραματική διάταξη. Στη συνέχεια, έγινε
χαρακτηρισμός του υλικού (μικροδομή, υδροφιλικότητα, απορροφητικότητα,
διαπερατότητα, θερμικές ιδιότητες, στοιχειομετρία, φυσικά χαρακτηριστικά, κ.α.) ως
προς τις διάφορες παραμέτρους σύνθεσης του (θερμοκρασία και χρόνος πυρόλυσης,
συνθήκες θαλάμου, κ.λπ.). Η δημιουργία της συσκευής σκοπό είχε την αναπαράσταση
του φαινομένου της εξάτμισης και συλλογής του νερού. Για το χαρακτηρισμό του υλικού
και της συσκευής χρησιμοποιήθηκε μικροσκόπιο ηλεκτρονικής σάρωσης ενισχυμένο με
αισθητήρα ενεργειακής διασποράς ακτινών Χ, συσκευή γωνίας διαβροχής,
φασματοφωτόμετρο σε ορατό και υπεριώδες, θερμοκάμερα, ηλιακός προσομοιωτής, κ.α.
Τέλος, εξάχθηκαν αποτελέσματα για το ρυθμό εξάτμισης που παρέχει το τελικό και
βέλτιστο υλικό, υπό ακτινοβολία 1000 W/m2. Τα αποτελέσματα αυτά συγκρίθηκαν με
όσα βρέθηκαν από την βιβλιογραφική ανασκόπηση, και με ρυθμό εξάτμισης ίσο με 2.59
kg/m2/h, η έρευνα αυτή κατατάσσεται στη 3η θέση μεταξύ όλων των δημοσιευμένων
δεδομένων με ελάχιστη απόκλιση (-1.5%) από το 1ο σε κατάταξη υλικό (2.63 kg/m2/h).
File(s)![Thumbnail Image]()
Name
ΠΕΡΙΛΗΨΗ-MSΔιατριβή_ΠΧρυσοστόμου-2023.pdf
Size
353.6 KB
Format
Adobe PDF
Checksum (MD5)
19b5782074c275096956ba99705b1302