[發明專利]基于低溫熱解碳海綿的太陽能污水凈化裝置及方法

有效

• 申請號: 201910065577.3
• 申請日: 2019-01-22
• 公開（公告）號: CN109592732B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 鞏峰;李昊;王文彬;王明洲;夏大維;黃紀綱
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/00
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 敖歡;葛啟函

本發明提供一種基于低溫熱解碳海綿的太陽能污水凈化裝置、污水凈化的方法及裝置的制備方法，裝置漂浮于污水水面，污水通過泡沫開口進入PS泡沫內部，PS泡沫內部的活性炭顆粒層對污水初步過濾，初濾后的水通過無塵紙的毛細作用向上輸送到碳海綿，陽光透過透明頂蓋照射碳海綿產生熱量，使碳海綿中水蒸發成蒸汽，水蒸氣上升在透明頂蓋內壁凝結成水珠，水珠沿著透明頂蓋內壁滑落到集水槽中，水通過水管流入蓄水器中完成污水凈化及凈水收集過程。本發明所制備的碳海綿材料直接漂浮在水上可以實現1.35kg m^?2h^?1的水蒸發速率，在采用PS隔熱裝置時可以實現1.98kg m^?2h^?1的蒸發速率，超過了目前報道的大部分光熱蒸發材料。

技術領域

本發明屬于太陽能光熱蒸發材料領域，尤其是一種基于低溫熱解碳海綿的太陽能污水凈化裝置及利用所述裝置進行污水凈化的方法、裝置的制備方法。

背景技術

隨著全球工業化和城市化進程的不斷發展，飲用水短缺成為最嚴峻的全球挑戰之一。太陽能作為分布廣泛的可持續清潔能源，被廣泛的應用于眾多領域，例如光催化、光伏以及光熱轉換等。在光熱轉換領域，近年來，科研人員投入大量精力來研究利用太陽光產生水蒸氣，進而達到凈化污水的作用。在此應用中，需要使用高效的光熱轉換材料來將光能轉換為熱能。目前，科研人員已經開發出了大量的光熱轉換材料，包括等離子體納米顆粒、半導體材料、各種碳材料、高分子材料以及生物質碳化材料。各式各樣的材料也取得了令人滿意的太陽光凈化污水效果。在設計各種高性能的光熱轉換材料時，除了要考慮材料的光熱轉換效率，還需要考慮材料加工的成本和工藝。目前，已經報道的材料要么采用價格昂貴的原材料，例如貴金屬納米顆粒，要么采用復雜且耗能的制備工藝，例如水熱工藝、高溫熱處理、冷凍/超臨界干燥、等離子體表面處理等。這些使用的昂貴的原材料和復雜且耗能的制備工藝都限制了光熱轉換材料的大規模工業化應用。為了克服這一缺陷和限制，本發明將廉價的商業化材料密胺樹脂海綿作為原材料，在空氣環境下，進行低溫碳化，所獲得碳海綿具有高效的輸水性能和光熱轉換效率，通過光熱蒸發裝置的巧妙設計，碳海綿實現了高效的污水蒸發。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于解決問題，提供一種基于低溫熱解碳海綿的太陽能污水凈化裝置。

為實現上述發明目的，本發明技術方案如下：

一種基于低溫熱解碳海綿的太陽能污水凈化裝置，包括：底部的PS泡沫4，PS泡沫內部設有由無塵紙3構成的吸水通道，PS泡沫底部設有泡沫開口，污水通過泡沫開口進入PS泡沫內部，PS泡沫內部吸水通道和泡沫開口之間設有活性炭顆粒層5，無塵紙3底部與進入PS泡沫內部的污水接觸，PS泡沫上方設有碳海綿2，無塵紙的頂部與碳海綿接觸，碳海綿2上方為透明頂蓋1，透明頂蓋1的底部設有開口，開口大于碳海綿，透明頂蓋的底部設有集水槽6，集水槽6與水管7的一端連接，水管7另一端接連接蓄水器8。

作為優選方式，透明頂蓋為聚氯乙烯透明頂蓋或玻璃頂蓋。

作為優選方式，所述無塵紙垂直于PS泡沫設置。

為實現上述發明目的，本發明還提供一種利用上述裝置進行污水凈化的方法：裝置漂浮于污水水面，污水通過泡沫開口進入PS泡沫4內部，PS泡沫內部的活性炭顆粒層5對污水初步過濾，初步過濾后的水通過無塵紙底部吸入，通過無塵紙的毛細作用進入碳海綿2被碳海綿2吸收，陽光透過透明頂蓋照射碳海綿產生熱量，使碳海綿表面的水蒸發成蒸汽，水蒸氣上升在透明頂蓋內壁凝結成水珠，隨著蒸發的不斷進行，水珠逐漸變大，在重力的作用下沿著透明頂蓋內壁滑落到集水槽中，集水槽中的水珠匯聚成水流，通過水管流入蓄水器中完成污水凈化及收集過程。