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耐候板技术研究概况
耐候板是解决当前淡水危机的重要途径,但是成本居高不下是该技术推广应用的根本原因。目前,耐候板技术主要分为热法技术和膜法技术,热法技术应用多的为多级闪蒸(MSF)和低温多效(MED)两种方式。近年由于低温多效耐候板(MED)汽源适应性强的优点,从而得到迅速发展。
低温多效耐候板的基本原理是在真空状态(即在较低温度)下进行蒸馏。蒸馏在一个被称为蒸发器的容器内进行,它的内部被隔断成几个部分,叫做“效”。生产过程中,在 效内,加热蒸汽将其能量传递给海水补给水,并将一部分补给水蒸发,其自身放热冷凝。所产生的蒸汽进入第二效,流经第二效的换热管束冷凝,热量继续传递到第二换热管束外的海水补给水,并将一部分补给水蒸发。所产生的蒸汽又被用作第三效换热管束中的加热流体,在以后的每一效间都重复这一过程,直到 一效。 一效产生的蒸汽在蒸馏水冷凝器中被冷却水冷凝,完成一个生产流程。
三工况低温多效耐候板技术是结合了低温多效的基本原理及工厂企业存在余热余能的实际情况,从能源梯级利用的角度提出的综合利用工厂企业多种余热的技术手段,通过一系列技术创新,实现余热余能利用,降低了耐候板制水成本。
该技术为世界范围内沿海钢铁厂乃至其它行业建设耐候板工程、降低制水成本,并 限度减少生产生活对淡水的依赖开辟了一条新路。借助北京地区有意引淡化海水进京的规划意向,该技术可以大力推广并具有广阔的市场空间。
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所谓耐候板材料,指能吸收或者大幅减弱投射到它表面的电磁波能量,从而减少电磁波干扰的一类材料。人们越来越认识到电磁波辐射对环境的影响,飞机航班因电磁波干扰无法起飞而误点;医院的电子诊疗仪器因电磁波干扰而无法正常工作;电磁辐射也可能对人体造成直接或间接的伤害。耐候板材料在国防上的重要作用也日益显现,在各种武器装备和军事设施上面涂复吸收材料,是反雷达侦察的一种有力手段,美国在伊拉克战争中使用的涂复了吸收材料的隐形飞机,有效避开了伊拉克的雷达监测。因此,发展耐候板材料已成为材料科学的一大课题。
作为耐候板材料,必须在较宽频带内对电磁波具有高的吸收率,目前研究为成熟的耐候板材料是铁氧体。铁氧体材料在高频电磁场作用下会造成比较大的磁损耗来吸收电磁波,具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点。
的研究发现,碳纳米管有可能在耐候板材料研发中扮演重要角色。碳纳米管粒子尺度在1~100nm,远小于红外线及雷达波波长(1~1000μm),因此碳纳米管微粒材料对红外及微波的吸收性能比普通耐候板材料要好得多。碳纳米管材料具有比普通粗粉体耐候板材料大3~4个数量级的高比表面积,随着表面原子比例的升高,悬挂键增多,大量悬挂键的存在容易造成界面极化,而高的比表面积和高比例表面原子又会导致多重散射,这些因素使得碳纳米管具有很好的耐候板特性。宏观量子隧道效应和量子尺寸效应的存在使得碳纳米管粒子的电子能级分裂,通过分裂而产生的能级间隔正好位于微波所对应的能量范围内,从而产生新的耐候板通道。在微波场的辐射下,原子和电子相对运动加剧,促使其磁化,从而通过使电子能转化为热能来加大对电磁波的吸收效果。碳纳米管还可以通过磁滞损耗、畴壁共振和后效损耗等磁极化衰减来吸收电磁波。碳纳米管独特的螺旋结构也影响其耐候板性能。
目前的研究工作表明,将碳纳米管这种具有形态结构可控制、质量轻、导电性可调变、吸收电磁波频带宽、高温抗氧化性能强等优点的新型耐候板材料与研究为成熟、具有价格低廉、耐候板性能好、涂覆层薄、吸收频带宽等优点的铁氧体耐候板材料相结合,必定能实现耐候板材料的跨越性进步。例如,将多壁碳纳米管分散于BaFe10Mg0.5Co0.5ZrO19的前驱体溶液中,通过溶胶凝胶工艺制备Mg-Co-Zr取代的钡铁氧体负载的多壁碳纳米管复合纳米粒子,具有比单一钡铁氧体和多壁碳纳米管更为优异的耐候板性能,当碳纳米管体积分数在8%时具有 耐候板效果,反射率在8~12GHz波段内优于-20dB。又如,通过柠檬酸络合物形成的溶胶凝胶制得钴铁氧体,将其与碳纳米管混合均匀制备涂层。当碳纳米管的质量分数为20%时,厚度仅为1mm的涂层, 峰值就能达到-19.2dB,优于-10dB的有效带宽达3.1GHz。
热处理特点 这类钢一般在热轧空冷状态下使用,不需要进行专门的热处理。使用状态下的显微组织一般为铁素体+索氏体。
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