【《太阳能STEP理论与实际应用综述》1700字】

太阳能STEP理论与实际应用综述1.1STEP理论这种取之不尽用之不竭、安全、清洁、可再生的能源被认为是21世纪最有可能替代煤炭、石油的新能源。太阳能的应用已经走进人们的生活，人们从广泛追求节能角度也已经上升到生活品质的需求，因此，对于太阳能的利用方式及转化效率有了更高的要求。但是对于太阳能利用的研究已经发展了很多年，研究者一直致力于提升太阳能的转化效率和降低太阳能的转化成本，从而达到理想得经济实用性。为了进一步的提高太阳能的利用效率，传统的单一利用方式逐渐向多能量转化的综合利用方式进行转变。LichtStuart教授和王宝辉教授共同提出了太阳能化学综合利用的STEP理论和实践ADDINEN.CITEADDINEN.CITE.DATA[40,41]，即SolarThermalElectrochemicalProcess。STEP理论是以太阳能光-热效应与太阳能光-电效应为基础，通过将两种或三种能量形式进行耦合利用，形成一种太阳能光-电-热多元化学协同效应，并作用于次级的化学反应过程中。在这个过程中，利用了太阳能的全光谱，通过太阳能光谱中红外区和可见光区分别产生热能量流与电能量流。1.3太阳能应用概述1.3.1STEP碳捕获技术随着工业时代的快速发展，石油资源的快速使用，大量有机物被消耗，二氧化碳气体排放量逐年增加，温室效应加剧，导致海平面上升、冰川融化、温度上升等一系列环境问题。二氧化碳中含有大π键，因此化学性质稳定。在自然界中很难通过物理或者化学效应对其进行消耗，所以随着排放量的不断增大，二氧化碳会在环境中不断富集。因此需采用人工干预的化学手段降低环境中的二氧化碳含量。STEP碳捕获过程主要利用太阳能热-电化学耦合过程将环境中的二氧化碳还原为一氧化碳或碳，进而达到二氧化碳捕集与利用的目的。太阳能STEP过程通过调控光-电转化及光-热转化过程，改变次级电化学反应关键影响因素，实现对二氧化碳还原过程的可控[42]。LichtStuart、吴红军教授等[43]分别提出用熔融碳酸锂作为该过程光电单元的高效媒介，制备出包括无定形碳、碳球、碳纳米管等碳材料。1.3.2STEP生物质转化技术生物质主要来源于植物纤维素部分，其生长主要条件依靠自然光、水和二氧化碳，在光合作用下进行生长。通过光合作用将太阳能储存在生物质能结构的化学键中。如果通过提取储存在化学键中的能量来有效地处理生物量，随后的“能量”产物与氧气结合，碳会被氧化生成二氧化碳和水。大量的二氧化碳排放会产生温室效应，对环境造成影响。王等[44]使用STEP技术在熔融碱的环境中，将木质素通过高温加压的方式高效解聚成有机小分子烃和氢如图（1-5），太阳能STEP技术通过二元耦合技术将木质素解聚产物分成三类，分别为气体、固体、液体；其中气体总含量为21.78%，主要气体为氢气。除此之外，太阳能电化学的介入也会大大降低了木质素解聚所需的温度，将木质素有效解聚成高附加值产品，实现了太阳能的高效转化和木质素的资源化利用，开辟了一条生物质利用的新途径。图1-5STEP技术解聚木质素[88]1.3.3STEP降解有机污染物（1）STEP热-电高效降解有机污染物太阳能STEP技术就是将太阳能热能和太阳能电能进行有效整合，通过热电两场反应对有机物进行处理。其处理过程主要包括：1）太阳能热能辅助电化学降解有机污染物，以降低电解电位；2）太阳能电能电解有机污染物提供体系氧化环境；3）将太阳能热电能耦合，从而提高有机污染物的降解率和缩短反应时间。DiGu等ADDINEN.CITE<EndNote><Cite><Author>Gu</Author><Year>2017</Year><RecNum>32</RecNum><DisplayText><styleface="superscript">[114]</style></DisplayText><record><rec-number>32</rec-number><foreign-keys><keyapp="EN"db-id="sf5pwafwwwsp2fe0wr9vd0vysa5xdvedvsz9"timestamp="1534944211">32</key></foreign-keys><ref-typename="JournalArticle">17</ref-type><contributors><authors><author>Gu,D.</author><author>Shao,N.</author><author>Zhu,Y.</author><author>Wu,H.</author><author>Wang,B.</author></authors></contributors><auth-address>InstituteofNewEnergyChemistryandEnvironmentalScience,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,PRChina. InstituteofNewEnergyChemistryandEnvironmentalScience,CollegeofChemistryandChemicalEngineering,NortheastPetroleumUniversity,Daqing163318,PRChina.Electronicaddress:wangbh@.</auth-address><titles><title>Solar-driventhermo-andelectrochemicaldegradationofnitrobenzeneinwastewater:AdaptationandadoptionofsolarSTEPconcept</title><secondary-title>JHazardMater</secondary-title></titles><periodical><full-title>JournalofHazardousMaterials</full-title><abbr-1>J.Hazard.Mater.</abbr-1><abbr-2>JHazardMater</abbr-2></periodical><pages>703-710</pages><volume>321</volume><edition>2016/10/07</edition><keywords><keyword>Directoxidation</keyword><keyword>Nitrobenzene</keyword><keyword>Step</keyword><keyword>Solarenergy</keyword><keyword>Wastewatertreatment</keyword></keywords><dates><year>2017</year><pub-dates><date>Jan5</date></pub-dates></dates><isbn>1873-3336(Electronic) 0304-3894(Linking)</isbn><accession-num>27710892</accession-num><urls><related-urls><url><styleface="underline"font="default"size="100%">/pubmed/27710892</style></url></related-urls></urls><electronic-resource-num>10.1016/j.jhazmat.2016.09.069</electronic-resource-num></record></Cite></EndNote>[45]运用STEP技术对污水中的硝基苯进行降解。通过热力学理论计算和不同温度下循环伏安测试，发现温度的提升能够有效的降低吸热反应的电解电势，并与传统的电化学方法相比，将STEP中的电能和热能引入反应中可缩短硝基苯的氧化途径，有效提高硝基苯的氧化效率和降解速度。（2）STEP光-电-热三场高效降解有机污染物STEP光热电化学处理有机物主要是在热电耦合技术的基础上引入太阳能中的光能，对有机物进行降解。在反应过程中由于不能直接利用太阳能光，因此选用光媒介质，在半导体上通过光生电子与空穴的分离，产生高强度的氧化性能，实现复合光催化剂的最佳氧化还原能力。二氧化钛（TiO2）通常被认为是最好的光催化剂，是良好的光电转换媒介ADDINEN.CITEADD