[發明專利]一種基于散射點摻雜的高效液體蒸發方法

有效

• 申請號: 201510293322.4
• 申請日: 2015-06-01
• 公開（公告）號: CN104941226A
• 公開（公告）日: 2015-09-30
• 發明（設計）人: 趙登梧;段浩澤;俞圣韜;張堯;劉顏銘;尚文;鄔劍波;陶鵬;宋成軼;鄧濤
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B01D1/00
• 分類號: B01D1/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙志遠

技術領域

本發明涉及一種蒸發方法，尤其是涉及一種基于散射點摻雜的高效液體蒸發方法，屬于納米結構的應用技術領域。

背景技術

蒸汽，作為一種自十八世紀開始便為人類提供強大動力的原始能源，時至今日依然在工業生產中扮演著十分重要的角色。而在生產環節以及后續的處理過程中，如何提高能量轉換效率，高效產生蒸汽，有著非常重要的意義。在火力發電中，高效的蒸發過程可以有效地提高發電效率；在海水淡化的過程中，蒸發速率的提升可以大大提高蒸發效率，降低生產成本；在巴氏滅菌的過程中，提高揮發速度可以大大降低細菌存活的可能性，同時也大大降低了被細菌二次侵入的風險。

在現有的蒸發技術中，蒸發效率的提升主要是借助于熱源功率的提升，而隨之而來的是在熱量與外界空氣的對流與交換的過程中，更多的能量在此過程中的損失。換而言之，熱源功率的提升僅僅是提升了蒸發效率，而并非從實質上提升了能量轉換效率，其熱量的利用率依然較低。

發明內容

本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種基于散射點摻雜的高效液體蒸發方法，通過對溶液進行散射點的摻雜，使能量聚集到一定的區域，同時利用納米顆粒的吸收效應產生局部加熱，高效率產生蒸汽。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

一種基于散射點摻雜的高效液體蒸發方法，包括以下步驟：

(1)散射點的混合：將具有散射效應的金屬、無機非金屬、金屬氧化物、合金或有機物制備成微納米結構的散射顆粒，并與具有電磁波吸收特性的金屬、合金或非金屬無機物的電磁波吸收顆粒進行混合；

(2)利用摻雜點的散射效應進行高效溶液蒸發：將散射顆粒與電磁波吸收顆粒按照一定的比例摻入溶液體系中并且混合均勻，得到電磁波吸收溶液，當電磁波照射到該吸收溶液時，散射顆粒通過無方向散射，使電磁波向各個方向散射，減少其自由程，從而使能量集中在液體表面，電磁波吸收顆粒吸收電磁波，并將其轉化為熱能，液體在加熱的體積之中汽化成氣泡。氣泡由于浮力作用達到表面，爆裂后釋放其中的蒸汽。由于電磁波被集中于表面，因此所產生的熱量主要集中在有蒸汽產生的表面部分，而不是用來加熱液體。同時，由于液體上層溫度較高，對流比較弱，這也很大程度上減少了熱能的浪費。綜上所述，該技術熱能利用率高，提高了蒸汽的制備效率。加熱區域會隨著液面下降而下降，從而保證液體汽化的持續性。

優選地，步驟(1)中具有散射效應的金屬包括金、銀、銅、鋁等，具有散射效應的無機非金屬物包括二氧化硅顆粒等，具有散射效應的金屬氧化物包括氧化鐵顆粒等，具有散射效應的有機物包括聚苯乙烯等；步驟(1)中具有電磁波吸收特性的金屬包括銅，鋁，金，銀，鎢等，具有電磁波吸收特性的非金屬無機物包括碳、氧化鋁或氮化硅等。

優選地，所述的電磁波吸收顆粒在溶液中的質量濃度為0.1％-20％，吸收顆粒粒子尺寸為1nm-200um，在溶液中穩定存在，形狀包括球形，星狀，棒狀等。所述的散射顆粒在溶液中的質量濃度為0.1％-20％，散射顆粒粒子尺寸為1nm-200um，在溶液中穩定存在，形狀包括球形，星狀，棒狀等。

本發明中，通過表面基團的調節使散射顆粒與電磁波吸收顆粒在對應溶液體系中穩定存在。

優選地，所述的表面基團可以是在制備散射顆粒或電磁波吸收顆粒過程中獲得，例如顆粒還原過程中直接加入表面活性劑，或是在顆粒制備后通過置換反應在顆粒表面獲得保護基團。所述的保護基團包括較長的保護鏈，如碳鏈，碳氧鏈等，通過基團保護層使其穩定，基團也可以為帶電荷的基團，如氨基，檸檬酸根等，通過電荷之間的斥力互相穩定。

所述的溶液體系為有機溶劑或無機溶劑，所述的有機溶劑包括乙醇、甲苯或丙酮等，所述的無機溶劑包括水、銅氨溶液或液氨等；所述的電磁波為激光波、可見光波、太陽光、紅外光波或微波。

與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：

(1)采用微納米結構的電磁波吸收效應將光能轉化為熱能，轉化效率極高，可接近100％。

(2)本方法由于電磁波吸收通過散射點被集中在液體蒸發區域，而不是用來加熱液體或容器，因而熱量的利用效率可大為提高。

(3)加熱區域隨著液面的變化而變化，可保證蒸發過程的持續有效地進行。

附圖說明

圖1(a)為未加入散射顆粒與電磁波吸收顆粒的溶液體系光學照片，(b)為加入了散射顆粒與電磁波吸收顆粒的溶液體系光學照片；

圖2為納米顆粒TEM照片，a為金納米顆粒，b為聚苯乙烯納米顆粒；