[發明專利]一種基于自焦耳熱效應的碳管膜蒸餾方法

有效

• 申請號: 201810135691.4
• 申請日: 2018-02-09
• 公開（公告）號: CN110124522B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 侯旭;王苗;謝歆雯;孟海強
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B01D61/36
• 分類號: B01D61/36;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 廈門市首創君合專利事務所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;游學明

本發明公開了基于自焦耳熱效應的碳管膜蒸餾方法，本方法基于碳納米管遙感焦耳熱效應、通電焦耳熱效應。將碳納米管陣列復合疏水聚合物制備得到一種超疏水自焦耳熱碳納米管陣列復合多孔膜，設計相應器件將該碳納米管陣列復合疏水薄膜應用于膜蒸餾過程，控制條件使陣列產生自焦耳熱，最終實現海水脫鹽。本發明結合熱相變過程和膜法，是一種新的海水淡化方法，有別于傳統膜蒸餾過程，碳納米管陣列復合疏水薄膜在該過程中既是換熱器又是蒸餾膜。

技術領域

本發明涉及一種新型的海水淡化方法，基于碳納米管遙感焦耳熱效應、通電焦耳熱效應結合熱相變與膜法實現海水淡化過程。

背景技術

海水淡化與水處理技術至關重要。近年來，海水淡化相關的研究熱點主要集中在將熱相變過程和膜法相結合的技術上，包括膜蒸餾(MD)、熱膜耦合技術(MSF/RO)、增濕-去濕技術、MD與RO相結合等技術。目前，膜蒸餾法由于不受壓力限制，對非揮發性物質(鹽類離子、大分子、膠體、細菌、病毒等)截留率高(理論可達100％)、分離效率不受供給鹽水濃度影響、低操作溫度、可利用低品熱源等優點一直吸引科研工作者在該領域的研究。MD法中膜材料是影響膜應用性能最為關鍵的因素，目前MD法采用的疏水性微孔膜一般是商業超濾和微濾膜(聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF))等，難以滿足膜蒸餾過程中對膜的疏水性、抗腐蝕、和節能的要求。本發明由此產生。

發明內容

本發明的主要目的，在于提供一種基于自焦耳熱效應的碳管膜蒸餾方法，它包括如下步驟：

1)制備具電自焦耳熱的碳納米管膜；

2)通入待蒸餾液體使其流經碳納米管膜，然后給碳納米管膜通電，控制條件使碳納米管膜產生自焦耳熱進行蒸餾。

在本發明中，所述碳納米管膜為碳納米管陣列復合多孔疏水膜。碳納米管膜在該蒸餾過程中既是換熱器又是蒸餾膜。

在本發明的實施例中，所述的膜的厚度為10～50μm。

在本發明的實施例中，碳納米管陣列管徑60～100nm、結晶度(I_G/D)2.40～2.80、密度0.1～0.3g/cm³、高度20～1000μm的碳納米管陣列。

在本發明的實施例：步驟1)中，所述的制備好的碳納米管膜，其接有至少一陰極以及至少一陽極。

在本發明的實施例：所述的通電包括通直流電和/或交流電。

在本發明的實施例：所述的直流電電壓范圍為10V～20V。

在本發明的實施例：所述的交流電頻率范圍為1Hz～10KHz。

在本發明的實施例：所述的交流電幅值范圍為5Vpp～20Vpp。

本發明提供一種基于膜蒸餾(MD)過程的海水淡化方法，具體而言即利用疏水膜兩側可透過組分的蒸汽分壓差，使熱側料液的水分子蒸發汽化，透過疏水膜孔以實現傳質，高離子濃度液體則在界面張力的作用下不能透過疏水膜，從而實現海水的分離與濃縮。本發明中傳質動力并非由傳統的換熱器提供，而是由碳膜通電過程中產生的焦耳熱充當，碳納米管的遙感焦耳熱效應為輔助。該過程中碳膜具有高傳質通量，高輸水量，耐重鹽水腐蝕等特性，能夠獲得很高的鹽水回收率，是一種具有良好疏水性及焦耳熱性能的蒸餾膜。

本發明的有益效果：

①本方法結合熱相變過程和膜法，在原有膜蒸餾過程的基礎上利用碳納米管的電自焦耳熱現象，即在本方法實施過程中碳膜不僅是蒸餾膜而且是熱源，利用通電后碳膜表面產生的焦耳熱將鹽水加熱至膜蒸餾過程操作溫度。

②本裝置通過控制體系電壓及頻率來減少該體系碳管的電化學腐蝕，即本裝置是一個耐腐蝕、可在高離子濃度條件下操作的遙感自焦耳熱裝置。