CN112845334A - 一种表面冷凝除尘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表面冷凝除尘方法。该表面冷凝除尘方法包括如下步骤：S1：对表面进行处理，使得表面的接触角不低于150°、滚动角不高于5°；S2：将表面置于相对湿度不低于60％，表面温度与环境的露点温度的差值不高于‑3℃的环境下至少0.5h，且表面与水平面的倾斜角不低于表面的滚动角，即可在表面形成冷凝水，并利用冷凝水的滚落除尘。本发明提供的除尘方法具有优异的除尘效果，且无需使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源，具有广泛的应用前景，特别是对于太阳能资源丰富，但是水资源稀缺的地区的光伏板，该方法可大力推广应用。
Description
技术领域
本发明属于除尘领域，具体涉及一种表面冷凝除尘方法。
背景技术
由于太阳能具有绿色无污染、储量大的优点，太阳能光伏发电的潜力非常广阔，但是光伏面板盖板玻璃表面污染会导致其光电转化效率严重下降。为了降低太阳能光伏板表面的灰尘污染，已开展了大量的研究，如干法、湿法清洁、人工清洁、机械清洁等。不同的方法虽然均可清除表面灰尘，但是上述方法往往需要使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源。对于新疆、甘肃、内蒙古及青藏高原地区，太阳能资源丰富，但是水资源稀缺，人工清洁光伏板存在很大局限。例如专利CN111842233A就公开了通过复杂的除尘装置进行除尘。
因此，开发一种操作便捷，要求低的新型除尘方式具有重要的研究意义和应用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有光伏板除尘方式存在需要使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源的缺陷或不足，提供一种表面冷凝除尘方法。本发明提供的方法利用超疏水表面及在特定环境下凝结冷凝水的特性，在较少灰尘吸附的情况下进一步利用冷凝水进行除尘，除尘效果好，且无需使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种表面冷凝除尘方法，包括如下步骤：
S1：对表面进行处理，使得表面的接触角不低于150°、滚动角不高于5°；
S2：将表面置于相对湿度不低于60％，表面温度与环境的露点温度的差值不高于-3℃的环境下至少0.5h，且表面与水平面的倾斜角不低于表面的滚动角，即可在表面形成冷凝水，并利用冷凝水的滚落除尘。
现有表面的被动除尘方式主要通过对表面进行疏水改性，进而使得灰尘较少的吸附在表面；但该方式的除尘效果还不理想，尤其是对于小颗粒的灰尘(直径≤10μm)，还需额外的人工或机器清洁，例如水或洗涤剂洗涤。
本发明人经多次研究发现，如调控表面的接触角不低于150°、滚动角不高于5°，该表面不仅可以进一步减少灰尘的吸附，还可以在一定温差和湿度条件下形成冷凝水；而冷凝水在特定的接触角及滚动角下，会自发滚落，在滚动过程中将沿程的灰尘包裹、带走，达到进一步除尘的效果。
本发明提供的除尘方法具有优异的除尘效果，且无需使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源，具有广泛的应用前景，特别是对于太阳能资源丰富，但是水资源稀缺的地区的光伏板，该方法可大力推广应用。
本领域常规用来疏水改性的方式均可用于本发明中，该方式可达到特定的接触角和滚动角要求即可。
优选地，S1中利用如下方式中的一种或多种对表面进行处理：增加表面粗糙度和/或在表面接枝低表面能物质。
对于增加表面粗糙度：
更为优选地，利用酸碱刻蚀、喷砂处理或表面微加工对表面进行处理以增加表面粗糙度。
对于在表面接枝低表面能物质：
更为优选地，所述低表面能物质为氟硅烷试剂或硅氧烷试剂中的一种或几种。
进一步优选地，所述氟硅烷试剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或聚全氟烷基硅氧烷中的一种或几种。
进一步优选地，所述硅氧烷试剂为三甲基羟基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅氧烷或聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
更为优选地，所述接枝的方法为浸泡、旋涂、喷涂或气相沉积中的一种或几种。
本发明提供的除尘方法适应于各种表面。
优选地，所述表面的材质为玻璃、金属板、橡胶或塑料。
优选地，所述表面的接触角为150～165°、滚动角为0～5°。
优选地，S2中表面温度与环境的露点温度的差值为-10～-3℃；表面与水平面的倾斜角为5～30°。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的方法利用超疏水表面及在特定环境下凝结冷凝水的特性，在灰尘吸附的情况下进一步利用冷凝水进行除尘，除尘效果好，且无需使用大量水、洗涤剂以及人工或者能源，具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的玻璃片的除尘效果图；
图2为本发明实施例2提供的铜片的除尘效果图；
图3为本发明实施例2提供的铜片在不同时间下灰尘的覆盖率图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种玻璃表面除尘的方法，具体过程如下：
取普通玻璃片，依次用丙酮、无水乙醇及去离子水在超声波清洗槽中超声清洗10分钟，晾干后获得表面洁净的玻璃片。将清洗后的玻璃片浸泡于稀释后的硅溶胶溶液(1份硅溶胶中加入4份无水乙醇进行稀释)中，浸泡5小时后，取出置于烘箱中，在温度为80℃下烘0.5h，获得透明超疏水表面。经测定，该玻璃表面的接触角为150°，滚动角为3°。
除尘效果测试：将上述玻璃片(记为1#)置于发尘装置中，模拟真实环境灰尘沉积过程，其表面仍覆盖一定量灰尘(灰尘的直径为0.4～178μm)。之后，将覆尘表面置于冷台上，设置合适的温湿度(环境温度19℃，湿度70％，露点温度13.4℃，冷台温度10℃)，进行冷凝实验，模拟自然环境中的冷凝过程，同时用高速摄像机观察表面冷凝除尘过程。冷台倾角30°，冷凝时长3h。
另外，取一块经相同处理的表面洁净的玻璃片(记为2#，玻璃表面的接触角为55°滚动角为35°)，按相同的操作进行除尘效果测试。
测试结果如图1。图1a为1#玻璃片和2#玻璃片干净条件下的表面状态图；图1b为1#玻璃片和2#玻璃片灰尘沉积后的表面状态图，从图可知沉积在超疏水表面的灰尘颗粒要比亲水表面的少；图1c为1#玻璃片和2#玻璃片冷凝过程中的表面状态图，从图可知，倾斜状态下的超疏水表面产生更多的冷凝水，这些水珠滚落带走灰尘颗粒并积聚在玻璃片的底部；图1d为1#玻璃片和2#玻璃片冷凝后的表面状态图，从图可知，超疏水表面上的灰尘颗粒已基本除去，而亲水表面仍残留有大量的灰尘颗粒，这些灰尘颗粒在干燥后形成不规则水渍粘附在表面。且对沉积灰尘及冷凝处理后的玻璃表面的灰尘进行测定，1#玻璃片和2#玻璃片灰尘的初始沉积量分别为6.45g/m2和12.15g/m2，经冷凝处理180min后灰尘的沉积量分别为0.48g/m2和9.86g/m2。对比普通亲水玻璃片，超疏水玻璃片在冷凝状态下除尘效果显著。
实施例2
本实施例提供一种超疏水铜表面除尘的方法，具体过程如下：
取普通铜片，依次用丙酮、无水乙醇及去离子水在超声波清洗槽中超声清洗10分钟，晾干后获得表面洁净的铜片。将清洗后的铜片浸泡在95℃的刻蚀液(NaOH:NaClO2:Na3PO4 .12H2O:H2O＝5:3.75:10:100wt％)中，浸泡10分钟，取出、晾干后得到粗糙铜表面。取已刻蚀铜片浸泡于稀释的硅溶胶溶液(1份硅溶胶中加入4份无水乙醇进行稀释)中，浸泡5小时后，取出自然干燥后得到超疏水铜表面。经测定，该玻璃表面的接触角为164℃，滚动角为1.6℃。
除尘效果测试：将上述铜片(记为1#，为超疏水表面)置于发尘装置中，模拟真实环境灰尘沉积过程，使其表面覆盖一定量灰尘。之后，将覆尘表面置于冷台上，设置合适的温湿度(环境温度19℃，湿度70％，露点温度13.4℃，冷台温度10℃)，进行冷凝实验，模拟自然环境冷凝过程，同时用高速摄像机观察表面冷凝除尘过程。冷台倾角30°，冷凝时长3h。
另外，取一块表面洁净的铜片经相同刻蚀方式处理(记为2#，)，将其浸泡在甲醇溶液中6h，取出自然干燥后得到亲水表面，经测定，该铜片表面的接触角为54°，滚动角为37°。按相同的操作进行除尘效果测试。
测试结果如图2。从图可知，超疏水铜片和亲水铜片的除尘效果与玻璃片类似。且对沉积灰尘及冷凝处理后的玻璃表面的灰尘进行测定，如图3，1#铜片为不同时间下灰尘的覆盖率，1#铜片和2#铜片灰尘的初始沉积量分别为5.56g/m2和9.12g/m2，经冷凝处理180min后灰尘的沉积量分别为0.20g/m2和8.40g/m2，对比亲水铜片，超疏水铜片在冷凝状态下除尘效果显著。
由上述可知，本发明提供的方法除尘效果好，具有广泛的应用前景。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种表面冷凝除尘方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：对表面进行处理，使得表面的接触角不低于150°、滚动角不高于5°；
S2：将表面置于相对湿度不低于60％，表面温度与环境的露点温度的差值不高于-3℃的环境下至少0.5h，且表面与水平面的倾斜角不低于表面的滚动角，即可在表面形成冷凝水，并利用冷凝水的滚落除尘。
2.根据权利要求1所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，S1中利用如下方式中的一种或多种对表面进行处理：增加表面粗糙度和/或在表面接枝低表面能物质。
3.根据权利要求2所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，利用酸碱刻蚀、喷砂处理或表面微加工对表面进行处理以增加表面粗糙度。
4.根据权利要求2所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述低表面能物质为氟硅烷试剂或硅氧烷试剂中的一种或几种。
5.根据权利要求4所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述氟硅烷试剂为十三氟辛基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三甲氧基硅烷或聚全氟烷基硅氧烷中的一种或几种。
6.根据权利要求4所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述硅氧烷试剂为三甲基羟基硅烷、全氟癸基三乙氧基硅氧烷或聚二甲基硅氧烷中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述接枝的方法为浸泡、旋涂、喷涂或气相沉积中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述表面的材质为玻璃、金属板、橡胶或塑料。
9.根据权利要求1所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，所述表面的接触角为150～165°、滚动角为0～5°。
10.根据权利要求1所述表面冷凝除尘方法，其特征在于，S2中表面温度与环境的露点温度的差值为-10～-3℃；表面与水平面的倾斜角为5～30°。
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