[發(fā)明專利]一種海水持續(xù)淡化裝置及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910926145.7
• 申請日: 2019-09-27
• 公開（公告）號: CN110723769B
• 公開（公告）日: 2021-06-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 侯旭;謝歆雯;王苗;鄧文燕;熊輝;何文
• 申請（專利權(quán)）人: 廈門大學(xué)
• 主分類號: C02F1/14
• 分類號: C02F1/14;C02F1/44;C02F103/08
• 代理公司: 廈門市首創(chuàng)君合專利事務(wù)所有限公司 35204
• 代理人: 張松亭;游學(xué)明

本發(fā)明涉及海水持續(xù)淡化裝置及方法。本發(fā)明將碳納米管或石墨烯等一類碳基材料復(fù)合疏水聚合物制備得到一種疏水碳基復(fù)合膜，通過激光打孔獲得具有微?納米多級孔結(jié)構(gòu)的疏水碳基復(fù)合膜，進(jìn)一步在其表面涂覆有光熱/電熱響應(yīng)性的聚合物分子，增強(qiáng)其電焦耳熱和光熱效應(yīng)以提高能源利用率，最終獲得兼具多級孔道結(jié)構(gòu)和電熱、光熱效應(yīng)的疏水碳基復(fù)合膜。設(shè)計相應(yīng)器件將該疏水碳基復(fù)合多孔膜應(yīng)用于電熱/光熱驅(qū)動海水淡化過程，控制條件使該疏水碳基復(fù)合多孔膜發(fā)熱，熱量作為熱源為水相變過程提供傳質(zhì)驅(qū)動力，冷凝回收水蒸氣最終實現(xiàn)海水脫鹽。本發(fā)明結(jié)合熱相變過程和膜法，能夠?qū)崿F(xiàn)電熱?光熱交替24小時持續(xù)海水淡化。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種新型節(jié)能的海水淡化方法，以碳納米管或石墨烯等一類碳基材料高效的光熱轉(zhuǎn)換效率及其通電焦耳熱效應(yīng)為基礎(chǔ)，結(jié)合熱相變與蒸發(fā)傳質(zhì)實現(xiàn)海水淡化過程。

背景技術(shù)

隨著人口增長和水污染日益嚴(yán)重，水資源短缺已成為人類社會面臨的最嚴(yán)峻的全球性挑戰(zhàn)之一。目前已發(fā)展成熟并得到大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的海水淡化技術(shù)包括反滲透法(RO)、電滲析法(ED)、多級閃蒸(MSF)、低溫多效(MED)等，這些技術(shù)在高效淡化的同時設(shè)備運行帶來能耗問題不容忽視，而太陽能海水淡化技術(shù)由于其低能耗、低成本、高能量轉(zhuǎn)換效率、環(huán)境友好等優(yōu)點被認(rèn)為是一種很有前途的技術(shù)。目前，太陽能海水淡化領(lǐng)域通過光子管理、納米尺度熱調(diào)控、開發(fā)新型光熱轉(zhuǎn)化材料、設(shè)計高效光吸收太陽能蒸餾器等方法實現(xiàn)了界面太陽能驅(qū)動蒸汽生成，這種綠色、可持續(xù)的海水脫鹽技術(shù)已成為近年來的研究熱點。碳基材料如碳納米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵蓋整個太陽光光譜的光吸收能力，是一種新型的光熱轉(zhuǎn)換材料。

例如，CN200910169726.7提供了一種利用碳納米管吸收太陽能高效淡化海水的方法：利用碳納米管實現(xiàn)光能向熱能的轉(zhuǎn)化,利用循環(huán)流動的載氣將碳納米管表面的熱能帶走并傳遞給海水；載氣進(jìn)入海水儲槽將海水分成溫度和濃度不同的上下兩層；上、下層海水與載氣三者之間通過連續(xù)的熱量、質(zhì)量和動量傳遞過程,實現(xiàn)了淡水與濃海水之間的分離。CN201710591777.3公開了一種基于碳納米管薄膜的太陽能海水淡化或污水處理方法。該發(fā)明以化學(xué)氣相沉積法直接制備的碳納米管垂直陣列為原料，經(jīng)處理得到具有強(qiáng)吸光性和表面親水性的碳納米管垂直陣列薄膜；將這種親水性碳納米管薄膜置于待處理水表面；由于該碳納米管薄膜可高效吸光并進(jìn)行光熱轉(zhuǎn)化，從而加熱水體引起水的快速蒸發(fā)，將該蒸汽冷凝即得到純化的水。

然而太陽能海水淡化過程受到日照強(qiáng)度的影響，與日照強(qiáng)度相關(guān)的四季以及地域的局限性使得傳統(tǒng)太陽能海水淡化過程在自然條件下無法連續(xù)高效的海水淡化。

CN201810956984.9提供了一種高效淡化海水的碳納米管-醋酸纖維素膜及制備方法。該方法通過將賦磁碳納米管引入醋酸纖維素反滲透膜中，并通過磁場使碳納米管取向排列形成滲透通道，使用時施加高頻脈沖磁場使碳納米管進(jìn)行微振蕩，削弱水分子與醋酸纖維素的相互作用，促進(jìn)水分子通過膜層。與傳統(tǒng)方法相比，該發(fā)明制備的碳納米管-醋酸纖維素膜在長時間使用后仍能維持較高的脫鹽率和水通量，海水淡化效率高，使用壽命長。

然而，其仍然沒有解決海水持續(xù)淡化的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種以碳納米管或石墨烯等一類碳基材料的電焦耳熱效應(yīng)及其光熱轉(zhuǎn)換效應(yīng)為基礎(chǔ)的電熱-光熱交替持續(xù)海水淡化系統(tǒng)：白天光照條件下，該系統(tǒng)一方面能夠以電能的形式儲存部分太陽能，另一方面碳基復(fù)合多孔膜能夠直接吸收太陽光中的能量并完成光熱轉(zhuǎn)換，該熱量促使水分子蒸發(fā)并通過復(fù)合膜的微-納米多級孔道，收集蒸發(fā)的水分子，最終實現(xiàn)太陽能海水淡化；白天光照不足或夜間，該系統(tǒng)能夠釋放電能，電壓作用下碳基復(fù)合多孔膜產(chǎn)生焦耳熱，焦耳熱驅(qū)動水分子蒸發(fā)并通過微-納米多級孔道，收集蒸發(fā)的水分子，最終實現(xiàn)太陽能海水淡化。該系統(tǒng)實現(xiàn)了高效節(jié)能的海水淡化過程，解決了膜材料耐腐蝕性、抗污性等共性技術(shù)問題，利用碳基復(fù)合膜優(yōu)良的導(dǎo)電性、光吸收特性、抗污阻鹽效果，結(jié)合太陽能電池系統(tǒng)，實現(xiàn)了24小時不間斷交替持續(xù)的海水淡化。