Search

The main objective of this master thesis is the synthesis and optimization of an absorbent material for solar energy based passive seawater desalination. A secondary objective is the construction of a prototype device for passive desalination and collection of desalinated water. Initially, an in-depth literature review was conducted on the already existing materials used for this purpose, to derive ideas as to the type of materials that are compatible as well as their characterization and control methodologies. As absorbent material it was decided to use carbon foam which was produced after controlled pyrolysis of melamine foam due to its various promising properties. Every possible controllable parameter was investigated both during the material synthesis and in the experimental setup. The synthesized material was characterized (microstructure, hydrophobicity, absorption, transmittance, thermal properties, stoichiometry, physical characteristics, etc.) in relation to its various synthesis parameters (pyrolysis temperature and time, chamber conditions, etc.). The purpose of constructing the prototype device was to simulate the phenomenon of water evaporation and collection. For the characterization of the material and the device, a scanning electron microscope enhanced with an energy dispersive X-ray sensor, a contact angle device, a uv-vis spectrophotometer, a thermal camera, a solar simulator, etc., were used. Finally, results were derived for the evaporation rate provided by the final and optimal material, under 1000 W/m2 irradiation (1 sun). These results were compared with what was found from the literature review, and with an evaporation rate equal to 2.59 kg/m2/h, this research ranks 3rd among all published data with minimal deviation (-1.5%) from the 1st ranked material (2.63 kg/m2/h). 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). Completed