[發(fā)明專利]一種基于氣液界面加熱淡化海水的方法

有效

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• 申請日: 2018-01-25
• 公開（公告）號: CN108275737B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設計）人: 葉苗苗;甘啟茂;張土喬;陳蓉;朱科杭;王迅
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C02F1/04
• 分類號: C02F1/04;C02F103/08
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 陳華

本發(fā)明涉及一種基于氣液界面加熱淡化海水的方法，包括如下步驟：1)將碳納米管分散在水中超聲處理，得到碳納米管懸濁液；2)碳納米管懸濁液于無塵紙上真空抽濾，之后對無塵紙干燥處理，得到負載碳納米管的無塵紙；3)海綿吸入待淡化海水后浮于待淡化海水表面，將負載碳納米管的無塵紙貼于海綿上，得到浮于待淡化海水表面的碳納米管?無塵紙?海綿，然后進行光照蒸餾待淡化海水。該方法以碳納米管?無塵紙?海綿為光熱轉化材料，充分利用熱能，減少熱量損失，加速海水蒸餾。

技術領域

本發(fā)明涉及海水淡化領域，具體涉及一種基于氣液界面加熱淡化海水的方法。

背景技術

目前，全球超過1/3的人口生活在水資源短缺地區(qū)，并且淡水資源匱乏狀況日益嚴重，已成為全球性的環(huán)境問題甚至政治問題。海水淡化被認為是一種最為實用的、能夠持續(xù)提供淡水來源的有效方法。海水淡化方法按分離過程可分為蒸發(fā)法、膜法、結晶法、溶劑萃取法和離子交換法等，實際應用最廣泛的主要是蒸發(fā)法(蒸餾法)和膜法。

目前，在工程中最為常用的海水淡化方法是多級閃蒸和反滲透法。但是，這兩種現(xiàn)行的海水淡化工藝雖已發(fā)展成熟，但仍存在電能消耗巨大的缺點。電能的使用不但增加治水成本，而且如果使用煤電的話，還會造成空氣污染和溫室效應。另外，這兩種海水淡化工藝需要建立復雜的運行操作系統(tǒng)，對于海島、及偏遠地區(qū)并不適用。為了降低能耗，太陽能、風能、地熱能等清潔可再生能源是解決海水淡化動力的良好選擇。根據(jù)世界太陽能的分布情況，缺水地區(qū)擁有更加豐富的太陽能資源，因此太陽能海水淡化成為了水危機以及環(huán)境污染困境下解決水資源短缺問題的重要手段之一。

研究表明，水分蒸發(fā)只發(fā)生在空氣和水的界面處，只要加熱表層海水即可達到同樣的水蒸發(fā)效果，并且還能大大節(jié)省能源。因此誕生了基于“氣液界面”加熱的太陽能海水淡化技術。該技術以黑色材料、或貴金屬納米材料為光熱轉換材料，將光熱轉換材料通過各種不同的方式漂浮在海水表面，利用黑色材料的高太陽光吸收率、或貴金屬納米材料的表面等離子體加熱效應，加熱表面海水，然后通過冷凝蒸發(fā)水制備淡水。但是，現(xiàn)有的“氣液界面”加熱技術中當太陽能加熱“氣液界面”處的海水時，熱量會通過下部非蒸發(fā)的海水轉移，導致熱量損失，降低海水淡化效率。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種基于氣液界面加熱淡化海水的方法，以碳納米管-無塵紙-海綿為光熱轉化材料，充分利用熱能，減少熱量損失，加速海水蒸餾。

本發(fā)明所提供的技術方案為：

一種基于氣液界面加熱淡化海水的方法，包括如下步驟：

1)將碳納米管分散在水中超聲處理，得到碳納米管懸濁液；

2)碳納米管懸濁液于無塵紙上真空抽濾，之后對無塵紙干燥處理，得到負載碳納米管的無塵紙；

3)海綿吸入待淡化海水后浮于待淡化海水表面，將負載碳納米管的無塵紙貼于海綿上，得到浮于待淡化海水表面的碳納米管-無塵紙-海綿，然后進行光照蒸餾待淡化海水。

上述技術方案中采用碳納米管-無塵紙-海綿為光熱轉化材料，能夠充分利用熱能，減少熱量損失。其主要原因在于海綿具有多孔性和絕熱性，多孔性可利用毛細作用促使下部海水自動流到表面進行加熱蒸發(fā)，絕熱性是防止碳納米管吸光轉換的熱量通過熱傳導轉移到下水體非蒸發(fā)部分，即對產生的熱量進行儲存，用來集中加熱“氣-水界面”上的水分子，充分利用熱能，減少熱量損失。

此外，碳納米管顆粒較大，無法浮于海水表面，而無塵紙具有多孔性利用毛細作用加強吸水，但是同樣也無法浮于海水表面，因此采用碳納米管-無塵紙-海綿這種特殊的結構，使得光熱轉化材料能夠浮于海水表面，實現(xiàn)“氣液界面”加熱。

作為優(yōu)選，所述步驟1)中超聲處理的功率為600-700W，時間為30-60min。該條件下能夠使得碳納米管均勻分散，避免在無塵紙上負載時不均勻，同時也不會過度地破壞碳納米管的微觀形貌。