[發明專利]一種利用溫差發電技術進行電化學連續除鹽的方法

有效

• 申請號: 202010291497.2
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN111573787B
• 公開（公告）日: 2022-08-09
• 發明（設計）人: 陳福明;戴金鴻;梁夢君
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;H02N11/00;C02F103/08
• 代理公司: 廣州專理知識產權代理事務所(普通合伙) 44493
• 代理人: 王允輝

本發明屬于電化學除鹽的技術領域，具體涉及一種利用溫差發電技術進行電化學連續除鹽的方法。所述連續除鹽的方法為利用溫差發電器兩側的溫差發電材料溫度的不同來產生電能，將其產生的電流加載到電化學除鹽裝置中，驅動除鹽反應的進行，即將熱能轉化成電能為裝置供電驅動電化學氧化還原過程進行除鹽；解決除鹽過程的能量消耗問題，所用原料易得，使用要求低，且對環境友好，具有可持續性利用的優勢；可應用于海水淡化、移除負離子或有毒離子領域中，所述海水淡化包括海水除鹽、所述有毒離子包括重金屬離子。

技術領域

本發明屬于電化學除鹽的技術領域，具體涉及一種利用溫差發電技術進行電化學連續除鹽的方法。

背景技術

人口的持續增長和社會的快速發展使得全球水資源危機不斷加劇，許多地區面臨著淡水資源短缺問題，這關系到全人類的生存。海洋是個巨大的水源，其水量占全球97.5％，為了解決淡水資源短缺和水中有毒離子的移除問題，海水淡化被認為是最為有效的提供淡水的方法，其主要難度在于移除海水或水溶液中的離子。因為海水資源不受限制，海水淡化已經作為水資源供給的一種重要途徑得到廣泛認可。

迄今為止，應用范圍較廣的海水淡化方法有反滲透膜法、蒸餾法、電滲析法和電容法等。蒸餾法海水淡化目前主要在中東應用較為普遍，但能耗高，需要消耗大量燃料產生熱能；反滲透膜法已非常成熟，具有工藝簡單、除鹽率高、制水成本低、操作方便、不污染環境等主要優點，但存在對水質要求較嚴格、需對原水進行預處理等缺點；電滲析過程工藝簡單，除鹽率高，操作方便，但是水回收率低，而且對不帶電荷的物質如有機物、膠體、微生物、懸浮物等無脫除能力；電容法除鹽是基于電極表面的電吸收和解吸作用從而去除鹽水中的離子，是一種易操作、環保、低能耗的方法，但是除鹽效果不佳而且除鹽過程中可能還會產生污染。

上述四種海水淡化方法有一個共同的特點，就是需要消耗能量。因此開發一種除鹽能力強，成本低，能耗低，環境友好的新型海水淡化技術來滿足不斷增長的用水需求和節能需求亟不可待。

發明內容

針對以上現有技術存在的問題，本發明的目的是提供一種利用溫差發電技術進行電化學連續除鹽的方法，通過采用熱電或光熱電海水淡化技術，利用溫度差產生熱能進一步轉化成電能，為除鹽電池進行供電，本發明欲通過光照或者加熱器制造溫差達到海水淡化的目的，這對于當前海水淡化能耗過大，資源供應不足等問題具有十分重要的意義，因此，提供一種熱電或光熱電脫鹽技術尤為關鍵。

本發明的技術內容如下：

一種利用溫差發電技術進行電化學連續除鹽的方法，所述連續除鹽的方法為利用溫差發電器兩側的溫差發電材料溫度的不同來產生電能，將其產生的電流加載到電化學除鹽裝置中，驅動除鹽反應的進行，即將熱能轉化成電能為裝置供電驅動電化學氧化還原過程進行除鹽；

所述溫差發電材料包括Bi₂Te₃、SnS、Ag₂Te、Bi₂Te₃/Sb₂Te₃、AgSbTe₂、方鈷礦、硼碳材料、低熱導率納米材料、摻雜半導體材料、薄膜材料等，所述溫差發電器的發電材料根據實際串聯或并聯提供所需要的電壓電流；

所述溫差發電器產生溫差的方法包括，將溫差發電器的高溫端置于/靠近高溫環境，或置于光照下，或覆蓋/加在光熱轉換材料加強高溫端光熱轉換；將溫差發電器的低溫端置于室溫、風冷降溫、散熱片散熱、冰浴等；

所述光熱轉換材料包括Ni foam、CNT、CNT/Ni foam、Au/CNT/Ni foam、Ag/CNT、Ag/CNT/Ni foam、石墨烯、聚吡咯、氮化鈦等等；

所述溫差發電器可通過控制高溫端和低溫端兩側的溫差大小控制除鹽電池裝置的除鹽效率，以達到不同的除鹽效果；

所述溫差發電器的熱電轉換效率取決于器件的熱電優值系數Z：