[發(fā)明專利]一種太陽能海水淡化系統(tǒng)及使用其的海水淡化方法

有效

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• 申請日: 2019-07-18
• 公開（公告）號: CN110282804B
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮義鈞;劉國華;姚貫升;徐進(jìn)良;單悅
• 申請（專利權(quán)）人: 華北電力大學(xué)
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F103/08
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 黃家俊

1.一種基于氣泡床蒸發(fā)結(jié)合熱滲透膜技術(shù)的太陽能海水淡化系統(tǒng)，包括納米流體蒸發(fā)裝置(2)、納米顆粒(3)、換熱器(6)、待處理海水(7)、儲水罐(8)、調(diào)節(jié)閥(10)、空氣循環(huán)泵(11)、納米粒子過濾網(wǎng)(13)、光熱膜滲透裝置(14)、光熱膜(15)和基膜(16)，其特征在于：所述納米流體蒸發(fā)裝置(2)中包含納米顆粒(3)和氣泡(4)，海水在納米流體蒸發(fā)裝置(2)中被蒸發(fā),所述納米流體蒸發(fā)裝置(2)與空氣循環(huán)泵(11)相連,納米流體蒸發(fā)裝置(2)中產(chǎn)生的蒸汽冷凝后，析出的循環(huán)空氣(12)在空氣循環(huán)泵(11)的作用下，輸入納米流體蒸發(fā)裝置(2)底部用于持續(xù)產(chǎn)生氣泡(4)；納米流體蒸發(fā)裝置(2)通過管道連通至換熱器(6)，待處理海水(7)流入換熱器(6)，換熱器(6)的一端連接至儲水罐(8)，該儲水罐(8)用于儲存冷凝水，該冷凝水在儲水罐(8)中進(jìn)一步冷卻后得到冷卻淡水(9)；所述納米流體蒸發(fā)裝置(2)和儲水罐(8)均設(shè)置連接有調(diào)節(jié)閥(10)；待處理海水(7)經(jīng)過換熱器(6)而被輸送至光熱膜滲透裝置(14)；光熱膜滲透裝置(14)中設(shè)有由光熱膜(15)和基膜(16)組成的復(fù)合膜結(jié)構(gòu)，該復(fù)合膜結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別為海水和淡水，基膜(16)為疏水性的，保證復(fù)合膜結(jié)構(gòu)兩側(cè)的海水和淡水不能相互滲透；光熱膜滲透裝置(14)輸出熱海水進(jìn)入納米流體蒸發(fā)裝置(2)補(bǔ)充其蒸發(fā)損失。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述納米顆粒(3)包括金屬等離子體納米顆粒、碳基納米顆粒以及半導(dǎo)體納米顆粒。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述金屬等離子體納米顆粒為金、銀、鋁、銅的一種或多種；所述碳基納米顆粒為碳納米管、碳黑、石墨烯及其衍生物的一種或多種；所述半導(dǎo)體納米顆粒為黑色氧化鈦。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述光熱膜(15)由納米金屬顆粒、聚多巴胺以及無機(jī)碳材料構(gòu)成。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，光熱膜(15)中所述納米金屬顆粒為金、銀、鋁的一種或多種；所述無機(jī)碳材料為石墨烯。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述基膜(16)的材料為聚偏氟乙烯(PVDF)或聚四氟乙烯(PTFE)。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述調(diào)節(jié)閥(10)的作用為控制進(jìn)入光熱膜滲透裝置(14)中的冷卻水流量以及納米流體蒸發(fā)裝置(2)中排出的高濃度海水流量。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的海水淡化系統(tǒng)，其中，所述納米粒子過濾網(wǎng)(13)作用是阻止納米顆粒(3)隨高濃度海水流出，維持納米流體蒸發(fā)裝置(2)中納米流體濃度的穩(wěn)定性。

9.一種使用權(quán)利要求1-8任一所述的海水淡化系統(tǒng)的海水淡化方法，包括在太陽光照射下，納米流體蒸發(fā)裝置(2)中納米顆粒(3)吸收直接照射以及經(jīng)由氣泡(4)反射到其表面的光并將其轉(zhuǎn)化為熱能，加熱周圍海水產(chǎn)生蒸汽(5)，蒸汽(5)經(jīng)由管道進(jìn)入換熱器(6)與待處理海水(7)進(jìn)行換熱，冷凝為水進(jìn)入儲水罐(8)，而換熱后溫度升高的待處理海水(7)輸送至光熱膜滲透裝置(14)中海水一側(cè)用以加熱產(chǎn)生蒸汽；

納米流體蒸發(fā)裝置(2)中產(chǎn)生的蒸汽冷凝后，析出的循環(huán)空氣(12)在空氣循環(huán)泵(11)的作用下，輸入納米流體蒸發(fā)裝置(2)底部用于持續(xù)產(chǎn)生氣泡(4)；在儲水罐(8)中進(jìn)一步冷卻的冷卻淡水(9)進(jìn)入光熱膜滲透裝置(14)淡水一側(cè)；

在太陽光的照射下，通過光熱膜的光熱轉(zhuǎn)化效應(yīng)，加熱光熱膜附近的水產(chǎn)生蒸汽，在由溫差驅(qū)動(dòng)的蒸汽壓差作用下，水蒸氣跨膜輸送到淡水一側(cè)，隨之冷凝為水被冷卻淡水(9)帶走，而疏水性基膜(16)保證兩側(cè)的水不能相互滲透；

光熱膜滲透裝置(14)中輸出的熱海水進(jìn)入納米流體蒸發(fā)裝置(2)中，補(bǔ)充其蒸發(fā)損失，提高了海水溫度，從而使納米流體粒子蒸發(fā)裝置(2)中的蒸發(fā)效率提高，納米流體粒子蒸發(fā)裝置(2)中排出的高鹽度海水作其他處理。