CN103112961B

CN103112961B - 轮船用石墨烯筛子脱盐装置

Info

Publication number: CN103112961B
Application number: CN201310033357.5A
Authority: CN
Inventors: 王保忠; 谢桂林; 郝建华; 程波; 谢天正
Original assignee: Changshu Nanjing Normal University Development Research Institute Co Ltd
Current assignee: Changshu Zijin Intellectual Property Service Co.,Ltd.
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: CN103112961A

Abstract

轮船用石墨烯筛子脱盐装置，属于液体分配设备技术领域，由船外海水、吸水龙头、吸水管、电源插头、电源线、电动吸水泵、出水管、固定片、注水腔顶、注水腔、集水腔、锥形过滤器、固定栓、提压力管、过滤球腔、盐水腔、过滤球壁、盐水池、固定片箍、锥形石墨烯筛、盐水腔口组成，其特征在于锥形石墨烯筛由石墨烯筛体、锥形筛支柱、锥形筛横柱、锥形筛口组成。石墨烯筛体是采用公知的孔洞大小为1纳米石墨烯制成的厚度为1-5毫米圆锥形结构，该筛子能够排斥或吸引水分子，如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子。轮船用石墨烯筛子脱盐装置制作简单，可操作性强，成本低廉，效果明显。

Description

轮船用石墨烯筛子脱盐装置

技术领域

本发明涉及一种轮船用石墨烯筛子脱盐装置，属于液体分配设备技术领域。

背景技术

在世界上许多地方，淡水的供应正在日趋减少，随着人口的增长，这一问题还将持续严峻。因此，有不少人都将目光转向了几乎是无限供应的海水，各种海水淡化技术也应运而生，但到目前为止，它们还都过于昂贵，无法大范围、低成本推广。美国麻省理工学院网站2012年7月3日发布文章称：麻省理工学院材料科学与工程学院副教授杰弗里·格罗斯曼和研究生大卫·科恩·达努奇通过精确控制多孔石墨烯的孔径并向其中添加其他材料的方法，改变石墨烯小孔边缘的性质，使其能够排斥或吸引水分子。这样这种特制的石墨烯就如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子。新工艺的关键是非常精确地控制石墨烯孔洞的大小。研究人员称，最理想的大小是1纳米，不能太大也不能太小，如果太大了盐便会和水分子一起通过筛子，起不到过滤的作用；如果太小水分子就无法通过这些小孔。计算机模拟结果显示，这种石墨烯筛子的性能非常优秀，能够快速地完成海水淡化过程。石墨烯的原材料廉价且易于获取，这使该技术在成本上具备了天然优势。另外，它又是已知最硬的材料，与目前所使用的反渗透膜相比更结实耐用。轮船是海上运输的重要交通工具，成年累月地海上生活，最为必需的就是淡水，所以，如何将利用石墨烯筛子应用到轮船上，为轮船源源不断地提供淡水成为急需解决的一大难题，故利用轮船自身的高度提供静水压力使特制的石墨烯筛子过滤海水以达到脱盐目的的思路设计一种轮船用石墨烯筛子脱盐装置是必要的。

发明内容

为了克服为轮船源源不断地提供淡水的难题，本发明提供了一种轮船用石墨烯筛子脱盐装置，该轮船用石墨烯筛子脱盐装置利用孔洞大小为1纳米的圆锥形石墨烯筛子，在锥形过滤器、提压力管、石墨烯筛体的共同作用下，将海水中的盐分脱去，以达到将海水淡化为轮船源源不断地供应淡水的目的。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的轮船用石墨烯筛子脱盐装置，由注水腔顶9、注水腔10、集水腔11、锥形过滤器12、提压力管14、过滤球腔15、盐水腔17、过滤球壁18、盐水池21、锥形石墨烯筛23、盐水腔口24组成，注水腔10的顶部为注水腔顶9，注水腔10的下部为集水腔11，锥形过滤器12设置在注水腔10内部，提压力管14上端连接集水腔11底部、下端连接过滤球腔15，过滤球腔15由过滤球壁18围成，锥形石墨烯筛23设置在过滤球腔15内部，过滤球腔15外围设置盐水腔17，盐水腔17通过盐水腔口24与盐水池21连通；所述的锥形石墨烯筛23由石墨烯筛体16、锥形筛支柱19、锥形筛基板20、锥形筛横柱25组成；石墨烯筛体16是厚度为1-5毫米圆锥形结构，石墨烯筛体16上端由锥形筛支柱19支撑固定，石墨烯筛体16下部固定在锥形筛基板20上；锥形筛支柱19为长方体形，高度为1-15厘米，长度和宽度均为0.2-0.5厘米，下端由锥形筛横柱25支撑；锥形筛横柱25为长方体形，锥形筛基板20为厚度为2-5厘米的钢板，设有至少一个孔，孔径的大小同石墨烯筛体16下口直径相等，锥形筛横柱25为长方体形且沿孔直径方向固定在锥形筛基板20的孔中，石墨烯筛体16下端为锥形筛口26，锥形筛口26正对锥形筛基板20的孔设置。

更进一步，本发明所述的锥形过滤器12由锥形过滤器壁27、锥形过滤器孔28、锥形过滤器套筒29、锥形过滤器套筒出水孔30组成，锥形过滤器壁27和锥形过滤器套筒29由厚度为1-2毫米的不锈钢板制成，锥形过滤器壁27下口直径大小和环形的锥形过滤器套筒29的直径相同，锥形过滤器套筒29环形的圆环高度为3-5厘米；锥形过滤器孔28设置在锥形过滤器壁27上，孔径大小为0.1-5毫米；锥形过滤器套筒出水孔30设置在锥形过滤器套筒29圆环壁上，孔径大小为3-5毫米；锥形过滤器12层叠设置3-4组，相邻两组锥形过滤器12之间由锥形过滤器套筒29相互连接，层叠设置位置靠上锥形过滤器12的锥形过滤器孔28孔径大于位置靠下的锥形过滤器12的锥形过滤器孔28孔径。

更进一步，本发明所述的提压力管14长度为5-20米，由螺旋钢片层33、橡胶管层34、提压力管腔35组成；螺旋钢片层33由宽度为0.5-1厘米，厚度为0.1-0.5毫米的螺旋钢片体31螺旋状缠绕在橡胶管层34外面而形成，螺旋钢片体31缠绕后形成的间隙为螺旋钢片间隙32；橡胶管层34由橡胶管制成，管壁厚度为5-20毫米，橡胶管层34得内部空间即为提压力管腔35。

本发明的有益效果为，轮船用石墨烯筛子脱盐装置利用公知的孔洞大小为1纳米的石墨烯筛子可以快速过滤海水，将海水淡化的原理，在锥形过滤器、提压力管、石墨烯筛体、电动吸水泵的共同作用下，将海水中的盐分脱去，以达到将海水淡化为轮船源源不断地供应淡水的目的。石墨烯的原材料廉价、易于获取，而且石墨烯又是已知最硬的材料，与目前所使用的反渗透膜相比更结实耐用。轮船用石墨烯筛子脱盐装置制作简单，可操作性强，成本低廉，效果明显。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本发明轮船用石墨烯筛子脱盐装置的整体结构示意图。

图2为本发明轮船用石墨烯筛子脱盐装置的过中轴的纵剖面结构示意图。

图3为本发明轮船用石墨烯筛子脱盐装置的锥形石墨烯筛结构示意图。

图4为本发明轮船用石墨烯筛子脱盐装置的锥形过滤器结构示意图。

图5为本发明轮船用石墨烯筛子脱盐装置的提压力管结构示意图。

图中1.船外海水，2.吸水龙头，3.吸水管，4.电源插头，5.电源线，6.电动吸水泵，7.出水管，8.固定片，9.注水腔顶，10.注水腔，11.集水腔，12.锥形过滤器，13.固定栓，14.提压力管，15.过滤球腔，16.石墨烯筛体，17.盐水腔，18.过滤球壁，19.锥形筛支柱，20.锥形筛基板，21.盐水池，22.固定片箍，23.锥形石墨烯筛，24.盐水腔口，25.锥形筛横柱，26.锥形筛口，27.锥形过滤器壁，28.锥形过滤器孔，29.锥形过滤器套筒，30.锥形过滤器套筒出水孔，31.螺旋钢片体，32.螺旋钢片间隙，33.螺旋钢片层，34.橡胶管层，35.提压力管腔。

具体实施方式

实施例一：

轮船用石墨烯筛子脱盐装置由注水腔顶9、注水腔10、集水腔11、锥形过滤器12、提压力管14、过滤球腔15、盐水腔17、过滤球壁18、盐水池21、锥形石墨烯筛23、盐水腔口24组成，注水腔10的顶部为注水腔顶9，注水腔10的下部为集水腔11，锥形过滤器12设置在注水腔10内部，提压力管14上端连接集水腔11底部、下端连接过滤球腔15，过滤球腔15由过滤球壁18围成，锥形石墨烯筛23设置在过滤球腔15内部，过滤球腔15外围设置盐水腔17，盐水腔17通过盐水腔口24与盐水池21连通；锥形石墨烯筛23由石墨烯筛体16、锥形筛支柱19、锥形筛基板20、锥形筛横柱25组成；石墨烯筛体16是采用公知的孔洞大小为1纳米石墨烯制成的厚度为1-5毫米圆锥形结构，该筛子能够排斥或吸引水分子，如同筛子一样能快速地滤掉海水中的盐，而只留下水分子，故当海水由过滤球腔15到达石墨烯筛体16表面时，海水中的盐被阻挡在过滤球腔15的上部，汇集到盐水腔17后，通过盐水腔口24将含盐量较大的盐水流到过滤球旁边的盐水池21中，再由电动吸水泵6抽吸离开船体。石墨烯筛体16上端被锥形筛支柱19支撑固定，下部固定在锥形筛基板20上。锥形筛支柱19长方体形，由硬度较大的锰钢制成，高度为1-15厘米，长度和宽度均为0.2-0.5厘米，下端被锥形筛横柱25支撑，优选设置相互垂直的2根锥形筛横柱25。锥形筛横柱25长方体形，由硬度较大的锰钢制成，宽度和高度均为0.2-0.5厘米。锥形筛基板20为厚度为2-5厘米的钢板，上面有多个孔，孔径的大小同石墨烯筛体16下口，即锥形筛口26的直径，发挥支撑石墨烯筛体16的功能。经石墨烯筛体16过滤后形成的淡水经锥形筛口26到达过滤球腔15的下部，然后有装置下部的电动吸水泵6吸引到指定的地方备用。

如图1所示，本专利处理的船外海水1是轮船用石墨烯筛子脱盐装置脱盐过程中原料来源，在轮船行驶过程中，可以随时为轮船用石墨烯筛子脱盐装置提供海水。

本专利所使用的船外海水1供给方式具体为：吸水龙头2沉浸在海水水平面以下，结构和功能同公知的吸水泵水龙头，是将海水吸引进入轮船用石墨烯筛子脱盐装置的最初的结构。吸水管3是连接吸水龙头2和电动吸水泵6之间的中空管道，直径为5-20厘米，结构与功能同公知的吸水泵用水管，由嵌有螺旋钢筋的橡胶制成。电源插头4和电源线5是将外界电能传输到电动吸水泵6的导电结构。电动吸水泵6为市售的真空离心泵，可将水从一处上扬到另一处，上扬的高度借助出水管7可超过10米。出水管7是将电动吸水泵6吸上来的水有目的地引流到特定地点的中空管道，直径为5-20厘米，结构与功能同公知的吸水泵用水管，由嵌有螺旋钢筋的橡胶制成。

在船上使用时，本专利通过固定片8和固定栓13将轮船用石墨烯筛子脱盐装置固定在轮船特定地方的结构，安装时，先在轮船的特定部位，固定上膨胀螺丝状结构的固定栓13，然后将固定片箍22置于待固定的管上，穿过固定片8上的孔，旋紧固定栓13的螺丝，即可将相应部分固定住。

注水腔10是锥形过滤器壁27处及其上方的空间，其顶壁即为注水腔顶9，是由厚度为2-5毫米的不锈钢板制成，注水腔顶9正中间有1个圆孔，供上方水泵的出水管7穿过，以便出水管7出来的水注入到锥形过滤器12的正上方。

锥形过滤器12由锥形过滤器壁27、锥形过滤器孔28、锥形过滤器套筒29、锥形过滤器套筒出水孔30组成，锥形过滤器壁27和锥形过滤器套筒29由厚度为1-2毫米的不锈钢板制成，锥形过滤器壁27下口直径大小和环形的锥形过滤器套筒29的直径相同，锥形过滤器套筒29环形的圆环高度为3-5厘米；锥形过滤器孔28设置在锥形过滤器壁27上，孔径大小为0.1-5毫米；锥形过滤器套筒出水孔30设置在锥形过滤器套筒29圆环壁上，孔径大小为3-5毫米；锥形过滤器12层叠设置3-4组，相邻两组锥形过滤器12之间由锥形过滤器套筒29相互连接，层叠设置位置靠上锥形过滤器12的锥形过滤器孔28孔径大于位置靠下的锥形过滤器12的锥形过滤器孔28孔径，这样设计的目的是将海水里面含有的杂质尽可能清除干净。当从出水管7出来的海水注入到锥形过滤器12的正上方后，由于锥形过滤器壁27形状为锥形，海水即可沿着锥形的斜面向下流动，消毒颗粒和海水则可以从锥形过滤器孔28进入其内部，流到下一组的锥形过滤器壁27进一步过滤，较大的颗粒或杂质随着水流被冲到集水腔11中，最上面一组过滤下来的较大的颗粒或杂质直接进入集水腔11，下面几组过滤下来的较大的颗粒或杂质则通过锥形过滤器套筒出水孔30进入集水腔11，这样，经过几组过滤，进入提压力管14内的海水中几乎不含其他杂质，相对比较纯净。

提压力管14长度为5-20米，是具有内外两层结构的圆柱形可弯曲的管道，由螺旋钢片层33、橡胶管层34、提压力管腔35组成。螺旋钢片层33由宽度为0.5-1厘米，厚度为0.1-0.5毫米的螺旋钢片体31螺旋状缠绕在橡胶管层34外面而形成，螺旋钢片体31缠绕后形成的间隙为螺旋钢片间隙32，是提压力管14弯曲所需要的空间。橡胶管层34为耐热、耐盐的橡胶管制成，管壁厚度为5-20毫米，其内部的空间即为提压力管腔35，是锥形过滤器12过滤后的海水通过的管道。由于提压力管14长度为5-20米，安装在轮船内部后，从甲板到船底内面之间就形成一个高度差，进而为下部的海水提供较大的静水压力，加上过滤球下方电动吸水泵6的抽吸，即可为海水通过石墨烯筛体16提供动力。

提压力管14下端通向过滤球腔15，过滤球腔15是由圆球形的过滤球壁18围成的空腔，中央安装有锥形石墨烯筛23。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。

Claims

1.一种轮船用石墨烯筛子脱盐装置,其特征在于:由注水腔顶（9）、注水腔（10）、集水腔（11）、锥形过滤器（12）、提压力管（14）、过滤球腔（15）、盐水腔（17）、过滤球壁（18）、盐水池（21）、锥形石墨烯筛（23）、盐水腔口（24）组成，注水腔（10）的顶部为注水腔顶（9），注水腔（10）的下部为集水腔（11），锥形过滤器（12）设置在注水腔（10）内部，提压力管（14）上端连接集水腔（11）底部、下端连接过滤球腔（15），过滤球腔（15）由过滤球壁（18）围成，锥形石墨烯筛（23）设置在过滤球腔（15）内部，过滤球腔（15）外围设置盐水腔（17），盐水腔（17）通过盐水腔口（24）与盐水池（21）连通；所述的锥形石墨烯筛（23）由石墨烯筛体（16）、锥形筛支柱（19）、锥形筛基板(20)、锥形筛横柱（25）组成；石墨烯筛体（16）是厚度为1-5毫米圆锥形结构，石墨烯筛体（16）上端由锥形筛支柱（19）支撑固定，石墨烯筛体（16）下部固定在锥形筛基板（20）上；锥形筛支柱（19）为长方体形，高度为1-15厘米，长度和宽度均为0.2-0.5厘米，下端由锥形筛横柱（25）支撑；锥形筛横柱（25）为长方体形，锥形筛基板（20）为厚度为2-5厘米的钢板，设有至少一个孔，孔径的大小同石墨烯筛体（16）下口直径相等，锥形筛横柱（25）为长方体形且沿孔直径方向固定在锥形筛基板（20）的孔中，石墨烯筛体（16）下端为锥形筛口（26），锥形筛口（26）正对锥形筛基板（20）的孔设置；所述的锥形过滤器（12）由锥形过滤器壁（27）、锥形过滤器孔（28）、锥形过滤器套筒（29）、锥形过滤器套筒出水孔（30）组成，锥形过滤器壁（27）和锥形过滤器套筒（29）由厚度为1-2毫米的不锈钢板制成，锥形过滤器壁（27）下口直径大小和环形的锥形过滤器套筒（29）的直径相同，锥形过滤器套筒（29）环形的圆环高度为3-5厘米；锥形过滤器孔（28）设置在锥形过滤器壁（27）上，孔径大小为0.1-5毫米；锥形过滤器套筒出水孔（30）设置在锥形过滤器套筒（29）圆环壁上，孔径大小为3-5毫米；锥形过滤器（12）层叠设置3-4组，相邻两组锥形过滤器（12）之间由锥形过滤器套筒（29）相互连接，层叠设置位置靠上锥形过滤器（12）的锥形过滤器孔（28）孔径大于位置靠下的锥形过滤器（12）的锥形过滤器孔（28）孔径。

2.根据权利要求1所述的轮船用石墨烯筛子脱盐装置，其特征在于：提压力管（14）长度为5-20米，由螺旋钢片层（33）、橡胶管层（34）、提压力管腔（35）组成；螺旋钢片层（33）由宽度为0.5-1厘米，厚度为0.1-0.5毫米的螺旋钢片体（31）螺旋状缠绕在橡胶管层（34）外面而形成，螺旋钢片体（31）缠绕后形成的间隙为螺旋钢片间隙（32）；橡胶管层（34）由橡胶管制成，管壁厚度为5-20毫米，橡胶管层（34）的内部空间即为提压力管腔（35）。