Stability Study of Graphene Oxide Based Aqueous Nanofluids for Solar Absorption Application

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

In this study, the stability of graphene oxide based aqueous nanofluids are tested under boiling–condensation conditions. The graphene oxide nanofluids remain very stable, and their transmittance in solar spectral region varies less than 6% after 630g centrifugation for 3 h at 90°C without boiling. However, when undergoing boiling and condensation processes, the solar transmittance of the graphene oxide nanofluids declines quickly, from 38 to 4%, during the first 24 h of testing, before leveling out in the final 120 h of testing. A decrease in the fluid transmittance is due to the partial reduction of graphene oxide nanosheets, as evidenced by X-ray photoelectron spectrometer and Fourier transform infrared spectroscopy technique measurements. It is surprising that thermal reduction of graphene oxide in aqueous fluids occurs at such a low temperature (~100°C), when undergoing boiling and condensation. This temperature is much lower than the previously reported thermal reduction temperature (180°C and above) without boiling. The low-temperature thermal reduction of graphene oxide may be attributed to the bubble cavitation associated with boiling in aqueous fluids.

作者简介

J. Zhou

Department of Mechanical Engineering, University of Maryland

Email: baoyang@umd.edu
United States, MD 20742, College Park

B. Yang

Department of Mechanical Engineering, University of Maryland

Email: baoyang@umd.edu
United States, MD 20742, College Park

N. van Velson

Advanced Cooling Technologies, Inc.

Email: baoyang@umd.edu
United States, PA 17601, Lancaster

J. Charles

Advanced Cooling Technologies, Inc.

Email: baoyang@umd.edu
United States, PA 17601, Lancaster

J. Wang

Advanced Cooling Technologies, Inc.

编辑信件的主要联系方式.
Email: baoyang@umd.edu
United States, PA 17601, Lancaster

参考

  1. Liu J., Ye Z., Zhang L., Fang X., Zhang Z. A Combined Numerical and Experimental Study on Graphene/Ionic Liquid Nanofluid Based Direct Absorption Solar Collector // Solar Energy Materials and Solar Cells. 2015. V. 136. P. 177.
  2. Ni G., Miljkovic N., Ghasemi H., Huang X., Boriskina S.V., Lin C.T., Chen G. Volumetric Solar Heating of Nanofluids for Direct Vapor Generation // Nano Energy. 2015. V. 17. P. 290.
  3. Saidur R., Meng T.C., Said Z., Hasanuzzaman M., Kamyar A. Evaluation of the Effect of Nanofluid-based Absorbers on Direct Solar Collector // Int. J. Heat Mass Transfer. 2012. V. 55. № 21–22. P. 5899.
  4. Lenert A., Wang E.N. Optimization of Nanofluid Volumetric Receivers for Solar Thermal Energy Conversion // Solar Energy. 2012. V. 86(1). P. 253.
  5. Taylor R.A., Phelan P.E., Otanicar T.P., Walker C.A., Nguyen M., Trimble S., Prasher R. Applicability of Nanofluids in High Flux Solar Collectors // Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2011. V. 3(2). 023104.
  6. Aguilar T., Sani E., Mercatelli L., Carrillo-Berdugo I., Torres E., Navas J. Exfoliated Graphene Oxide-based Nanofluids with Enhanced Thermal and Optical Properties for Solar Collectors in Concentrating Solar Power // Journal of Molecular Liquids. 2020. V. 306. 112862.
  7. Cham sa-ard W., Fawcett D., Fung C.C., Chapman P., Rattan S., Poinern G.E.J. Synthesis, Characterisation and Thermo-physical Properties of Highly Stable Graphene Oxide-based Aqueous Nanofluids for Potential Low-temperature Direct Absorption Solar Applications // Scientific Reports. 2021. V. 11. 16549.
  8. Khullar V., Tyagi H., Hordy N., Otanicar T.P., Hewakuruppu Y., Modi P., Taylor R.A. Harvesting Solar Thermal Energy Through Nanofluid-based Volumetric Absorption Systems // Int. J. Heat Mass Transfer. 2014. V. 77. P. 377.
  9. Otanicar T.P., Phelan P.E., Prasher R.S., Rosengarten G., Taylor R.A. Nanofluid-based Direct Absorption Solar Collector // Journal of Renewable and Sustainable Energy. 2010. V. 2(3). 033102.
  10. Colangelo G., Favale E., de Risi A., Laforgia D. Results of Experimental Investigations on the Heat Conductivity of Nanofluids Based on Diathermic Oil for High Temperature Applications // Applied Energy. 2012. V. 97. P. 828.
  11. Otanicar T.P., Phelan P.E., Golden J.S. Optical Properties of Liquids for Direct Absorption Solar Thermal Energy Systems // Solar Energy. 2009. V. 83(7). P. 969.
  12. Yu W., Xie H., Bao D. Enhanced Thermal Conductivities of Nanofluids Containing Graphene Oxide Nanosheets // Nanotechnology. 2009. V. 21(5). 055705.
  13. Vakili M., Hosseinalipour S.M., Delfani S., Khosrojerdi S., Karami M. Experimental Investigation of Graphene Nanoplatelets Nanofluid-based Volumetric Solar Collector for Domestic Hot Water Systems // Solar Energy. 2016. V. 131. P. 119.
  14. Stankovich S., Dikin D.A., Piner R.D., Kohlhaas K.A., Kleinhammes A., Jia Y., Ruoff R.S. Synthesis of Graphene-based Nanosheets via Chemical Reduction of Exfoliated Graphite Oxide // Carbon. 2007. V. 45(7). P. 1558.
  15. Stankovich S., Piner R.D., Chen X., Wu N., Nguyen S.T., Ruoff R.S. Stable Aqueous Dispersions of Graphitic Nanoplatelets via the Reduction of Exfoliated Graphite Oxide in the Presence of Poly (Sodium 4-styrenesulfonate) // J Materials Chem. 2006. V. 16(2). P. 155.
  16. Cassagneau T., Guérin F., Fendler J.H. Preparation and Characterization of Ultrathin Films Layer-by-layer Self-assembled from Graphite Oxide Nanoplatelets and Polymers // Langmuir. 2000. V. 16(18). P. 7318.
  17. Kotov N.A., Dékány I., Fendler J.H. Ultrathin Graphite Oxide–polyelectrolyte Composites Prepared by Self-assembly: Transition Between Conductive and Non-conductive States // Advanced Materials. 1996. 8(8). P. 637.
  18. Kovtyukhova N.I., Ollivier P.J., Martin B.R., Mallouk T.E., Chizhik S.A., Buzaneva E.V., Gorchinskiy A.D. Layer-by-layer Assembly of Ultrathin Composite Films from Micron-sized Graphite oxide Sheets and Polycations // Chemistry of Materials. 1999. V. 11(3). P. 771.
  19. Nuncira J., Seara L.M., Sinisterra R.D., Caliman V., Silva G.G. Long-term Colloidal Stability of Graphene Oxide Aqueous Nanofluids // Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures. 2020. V. 28(5). P. 407.
  20. Hirata M., Gotou T., Ohba M. Thin-film Particles of Graphite Oxide. 2: Preliminary Studies for Internal Micro Fabrication of Single Particle and Carbonaceous Electronic Circuits // Carbon. 2005. V. 43(3). P. 503.
  21. Szabó T., Szeri A., Dékány I. Composite Graphitic Nanolayers Prepared by Self-assembly Between Finely Dispersed Graphite Oxide and a Cationic Polymer // Carbon. 2005. V. 43(1). P. 87.
  22. Liu X., Wang X., Huang J., Cheng G., He Y. Volumetric Solar Steam Generation Enhanced by Reduced Graphene Oxide Nanofluid // Applied Energy. 2018. V. 220. P. 302.
  23. Swinehart D.F. The Beer–Lambert Law // Journal of Chemical Education. 1962. V. 39(7). P. 333.
  24. Xue Y., Zhu L., Chen H., Qu J., Dai L. Multiscale Patterning of Graphene Oxide and Reduced Graphene Oxide for Flexible Supercapacitors // Carbon. 2015. V. 92. P. 305.
  25. Emiru T.F., Ayele D.W. Controlled Synthesis, Characterization and Reduction of Graphene Oxide: A Convenient Method for Large Scale Production // Egyptian Journal of Basic and Applied Sciences. 2017. V. 4(1). P. 74.
  26. Niu Y., Fang Q., Zhang Z, Zhang P., Li Y. Reduction and Structural Evolution of Graphene Oxide Sheets under Hydrothermal Treatment // Phys. Lett. A. 2016. V. 380. № 38. P. 3128.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (345KB)
3.

下载 (516KB)
4.

下载 (453KB)
5.

下载 (144KB)
6.

下载 (496KB)
7.

下载 (165KB)
8.

下载 (97KB)
9.

下载 (68KB)

版权所有 © J. Zhou, B. Yang, N. van Velson, J. Charles, J. Wang, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».