[發明專利]一種自驅動海水淡化和海水電解的裝置及方法

在審

• 申請號: 201410721264.6
• 申請日: 2014-12-02
• 公開（公告）號: CN105645522A
• 公開（公告）日: 2016-06-08
• 發明（設計）人: 王中林;曹霞;姜倩文;韓宇
• 申請（專利權）人: 北京納米能源與系統研究所
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/42;C02F103/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 孫向民;肖冰濱

技術領域

本發明涉及海水淡化及摩擦納米發電機技術領域，具體地，涉及自驅動 海水淡化和海水電解的裝置及方法。

背景技術

隨著環境污染及人口膨脹的加劇，水資源危機已成為僅次于全球變暖的 世界第二大環境問題。而淡水資源作為人類生存不可或缺的元素，僅占全球 水資源總量的2.53％。世界范圍內的普遍缺水使得海水淡化技術從中東的沙 漠地區擴展到全球的主要沿海國家。經過半個世紀的發展，海水淡化技術已 經為解決水資源匱乏問題發揮了重要的作用。

現有的海水淡化技術較常用的有多級閃蒸、低溫多效蒸餾和反滲透法 等，其中多級閃蒸和低溫多效蒸餾法均會消耗大量的熱能，而反滲透法則需 要利用電能驅動高壓泵將海水送入膜組件內，這些技術的實現都要以消耗傳 統能源為代價。隨著能源短缺的加劇，越來越需要開發新穎、高效的技術， 可以從周圍環境中獲取能量來淡化海水。近年來出現的微生物脫鹽電池通過 微生物的活動使得污水基底中的物質發生氧化還原反應產生電流，為電滲析 裝置提供電能，實現了不依靠傳統能源來淡化鹽水的目標，但是工作24小 時后，該系統產出的淡水遠沒有達到飲用水的鹽度標準值。

發明內容

本發明的目的是提供一種自驅動海水淡化和海水電解的裝置及方法，用 于解決現有海水淡化技術中能源消耗大、新型能源效果不佳等技術問題。

為了實現上述目的，本發明提供了一種自驅動海水淡化裝置，包括：摩 擦納米發電機；分別連接所述摩擦納米發電機的正、負信號輸出端的兩個電 極板；以及交替放置在所述兩個電極板之間的若干陽離子交換膜和陰離子交 換膜。

優選地，還包括夾緊裝置，其用于將所述電極板、陽離子交換膜和陰離 子交換膜連成整體。

優選地，所述摩擦納米發電機依次連接變壓器和整流橋后，再連接至所 述電極板。

優選地，所述摩擦納米發電機包括從下至上依次接觸設置在同一根轉軸 上的緩沖層、第一摩擦層、第二摩擦層和第一導電元件，所述轉軸與驅動裝 置連接，所述驅動裝置在水流運動的推動下帶動所述轉軸轉動，使所述第二 摩擦層的下表面材料和所述第一摩擦層的上表面材料發生相對滑動摩擦，以 產生電信號，并通過所述第一導電元件向所述電極板輸出電信號。

優選地，所述第一導電元件的電極A和電極B交替排列，且電極A和 電極B間留有間隙。

優選地，在所述第一導電元件的上表面和/或緩沖層的下表面接觸設置 支撐層。

優選地，所述第一摩擦層厚度范圍為50nm-5mm，所述第二摩擦層厚度 范圍為10nm-1mm。

優選地，所述摩擦納米發電機包括從下至上依次設置的第三摩擦層、第 四摩擦層和第二導電元件，所述第三摩擦層同時作為第三導電元件，且所述 第四摩擦層和第二導電元件均呈拱形放置，拱形的邊緣與所述第三摩擦層和 所述第三導電元件緊貼，在水流運動的拍打下，所述第四摩擦層的下表面材 料和所述第三摩擦層的上表面材料發生接觸，以產生電信號，并通過所述第 二導電元件和所述第三導電元件向所述電極板輸出電信號。

優選地，在所述第二導電元件的上表面和/或所述第三導電元件的下表 面接觸設置支撐層。

優選地，所述第三摩擦層和第四摩擦層的厚度范圍為50nm-5mm。

優選地，設置在所述第二導電元件的上表面的支撐層為拱形。

本發明的技術方案還包括一種自驅動海水淡化方法，其采用上述任一海 水淡化裝置，包括：摩擦納米發電機依靠水流運動的推動和/或拍打產生電信 號，并利用該電信號使兩個電極板間產生電場；在電場的作用下，通過陽離 子交換膜和陰離子交換膜的選擇透過性，使海水中的離子產生選擇性遷移， 實現海水淡化。

優選地，對摩擦納米發電機產生的電信號進行變壓和整流，再輸出給所 述電極板。

本發明的技術方案還包括一種自驅動海水電解裝置，包括：摩擦納米發 電機；分別連接在所述摩擦納米發電機的正、負信號輸出端的兩個電極；插 入有所述兩個電極的電解容器；以及所述電解容器中的電解液。

優選地，所述電解液為海水或者上述任一所述的海水淡化裝置中排出的 濃鹽水。

優選地，所述摩擦納米發電機采用上述任一的摩擦納米發電機。

優選地，所述電解容器為U形管，所述兩個電極各插入U形管的一端。