CN105731566B - 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件 - Google Patents

一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件 Download PDF

Info

Publication number
CN105731566B
CN105731566B CN201610275965.0A CN201610275965A CN105731566B CN 105731566 B CN105731566 B CN 105731566B CN 201610275965 A CN201610275965 A CN 201610275965A CN 105731566 B CN105731566 B CN 105731566B
Authority
CN
China
Prior art keywords
printing
pedestal
desalination
sea water
ion concentration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610275965.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN105731566A (zh
Inventor
黄海宁
高少斌
李鑫
李明波
林辉
霍云龙
董旭
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Third Institute of Oceanography SOA
Original Assignee
Third Institute of Oceanography SOA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Third Institute of Oceanography SOA filed Critical Third Institute of Oceanography SOA
Priority to CN201610275965.0A priority Critical patent/CN105731566B/zh
Publication of CN105731566A publication Critical patent/CN105731566A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN105731566B publication Critical patent/CN105731566B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
    • C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Heat Treatment Of Water, Waste Water Or Sewage (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Abstract

一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外壳，所述底座上形成凸设的缓冲溶液通道，在底座上还形成微纳米膜通道、淡化水通道、浓缩盐水通道和出水口；外壳与底座组合后形成盐水通道。采用3D打印材料组合后紧密贴合，无缝隙，具有极好的密闭性；底座与外壳通过3D打印围边卡接固定，固定位置精准，无需使用胶或钉子，可以保证整体性，不被胶或钉子破坏；制作成本低、具备大规模生产的潜能且可循环利用；由于器件是由3D打印支撑，所以其尺寸和形状的精度均不收工人技术娴熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度较好；利用离子浓差极化原理进行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，对环境不造成危害。

Description

一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件
技术领域
本发明涉及一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，属于海水淡化技术领域。
背景技术
截止至1990年，全世界已安装的海水淡化装置的产水能力约为13,000,000立方米／天，而到了2000年，这个产能的数值已经翻了一倍。能源消耗的问题随着淡化水产能的增加而日益突显出来。据计算，每天生产13,000,000立方米的淡化水，一年内就需要消耗原油1．3亿吨。燃料的费用并不是主要的问题，地球的空气污染和温室效应等才是人们必须谨慎对待的问题。
在已知的二十几种海水淡化方法中被广泛应用和具有产业化优势的主要为蒸馏法和膜分离法。蒸馏法所使用的设备简单，受原水浓度限制较小，所得的水质纯净度较高，但存在设备费用及耗能较高、设备管路结垢与腐蚀等问题。膜分离法在淡化过程中能量消耗小，最具代表性及应用最为广泛的是渗透法（RO）和电渗析法（ED），膜分离法所使用的高分子膜的使用寿命短和抗污染能力弱等问题严重影响了其进一步的应用。 所以，开发低成本、高效率的海水淡化技术是未来的发展方向。
2009年，Sung Jae Kim [5]等人提出了基于离子浓差极化原理的微流控海水淡化器件为海水淡化的发展提供了一个新的发展方向，但Sung Jae Kim 等人只讨论了离子浓差极化原理在海水淡化方向应用的可能性，并未切实提出可以大规模生产的器件模型。
发明内容
本发明的目的是克服蒸馏法和膜分离法的不足，而提供一种工艺简单、成本较低、可以批量生产且具有优秀淡化率的基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件。
为实现上述目的，本发明的解决方案是：
一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外壳，所述底座上形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座上还形成有微纳米膜通道、淡化水通道、浓缩盐水通道和出水口；外壳与底座组合后形成盐水通道。
所述底座中部形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座的缓冲溶液通道的两侧还分别形成有微纳米膜通道、淡化水通道和浓缩盐水通道，另在底座的下部侧边形成有出水口；所述外壳套配于底座上，二者组合后缓冲溶液通道的外壁与外壳之间形成盐水通道。
所述微纳米膜通道由Nafion溶液制成。
采用上述方案后，本发明的海水淡化芯片器件由于是采用3D打印材料，组合后紧密贴合，无缝隙，具有极好的密闭性；底座与外壳通过3D打印围边卡接固定，固定位置精准，无需使用胶或钉子，可以保证整体性，不被胶或钉子破坏；制作成本低、具备大规模生产的潜能且可循环利用；由于器件是由3D打印支撑，所以其尺寸和形状的精度均不收工人技术娴熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度较好；利用离子浓差极化原理进行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，对环境不造成危害。
附图说明
图1为本发明3D打印海水淡化器件结构示意图；
图2为本发明3D打印海水淡化器件原理图；
图3为本发明3D打印海水淡化器件的外观示意图；
图4为本发明中微纳米膜通道SEM扫描图；
图5为本发明3D打印海水淡化器件淡化率曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。
如图1至图3所示，本发明揭示了一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座1和采用3D打印的外壳2，所述底座1中部形成有凸设的缓冲溶液通道3，在底座1的缓冲溶液通道3的两侧还分别形成有微纳米膜通道5、淡化水通道6和浓缩盐水通道7，另在底座1的下部侧边形成有出水口8；而所述外壳2是套配于底座1上，二者组合后缓冲溶液通道3的外壁与外壳2之间形成盐水通道4。
配合图4所示，所述的微纳米膜通道5由Nafion溶液制成。
实施时，通过三维软件建立海水淡化器件模型，转化成STL文件，然后利用3D打印机配套软件，生成G码，将G码输入3D打印机，即可打印出本发明的海水淡化芯片器件。
配合图2所示，海水进入盐水通道4后，由于外加电压作用下于微纳米膜通道5附近离子浓差极化所形成耗尽区9的作用分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道6和浓缩盐水通道7从出水口8流出进入收集容器。
如图5所示，在一较佳实例中以0.1mM的荧光素钠溶液为盐溶液，0.01M的磷酸盐溶液为缓冲溶液，将Nafion溶液（5% wt）涂抹于微纳米膜通道上制作微纳米膜。从图中可以看出，随着电压的增加，器件的淡化效率也在随之增加，在电压为45V时，淡化率可达99%。
综上所述，本发明的海水淡化芯片器件是由3D打印材料组合后紧密贴合，无缝隙，具有极好的密闭性；底座1与外壳2通过3D打印围边卡接固定，固定位置精准，无需使用胶或钉子，可以保证整体性，不被胶或钉子破坏；制作成本低、具备大规模生产的潜能且可循环利用；由于器件是由3D打印支撑，所以其尺寸和形状的精度均不收工人技术娴熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度较好；利用离子浓差极化原理进行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，对环境不造成危害。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (2)

1.一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其特征在于：包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外壳，所述底座上形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座上还形成有微纳米膜通道、淡化水通道、浓缩盐水通道和出水口；外壳与底座组合后形成盐水通道；所述底座中部形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座的缓冲溶液通道的两侧还分别形成有微纳米膜通道、淡化水通道和浓缩盐水通道，另在底座的下部侧边形成有出水口；所述外壳套配于底座上，二者组合后缓冲溶液通道的外壁与外壳之间形成盐水通道；海水进入盐水通道后，由于外加电压作用下于微纳米膜通道附近离子浓差极化所形成耗尽区的作用分流成淡化水流和浓缩盐水流，并分别通过淡化水通道和浓缩盐水通道从出水口流出进入收集容器。
2.如权利要求1所述的一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其特征在于：所述微纳米膜通道是将Nafion溶液涂沫于通道上制作而成。
CN201610275965.0A 2016-04-29 2016-04-29 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件 Active CN105731566B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610275965.0A CN105731566B (zh) 2016-04-29 2016-04-29 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610275965.0A CN105731566B (zh) 2016-04-29 2016-04-29 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN105731566A CN105731566A (zh) 2016-07-06
CN105731566B true CN105731566B (zh) 2018-06-01

Family

ID=56287784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610275965.0A Active CN105731566B (zh) 2016-04-29 2016-04-29 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN105731566B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106694069A (zh) * 2017-03-24 2017-05-24 中国科学院电子学研究所 基于离子浓差极化技术的富集器件及其制备方法
CN107324555A (zh) * 2017-08-04 2017-11-07 国家海洋局第三海洋研究所 便携式海水淡化装置及淡化方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR20070100306A (el) * 2007-05-22 2008-12-19 Νικολαος Πηττας Αυτοματη διαταξη επεξεργασιας αφαλατωσης θαλασσινου νερου για παραγωγη με απολυτη υγιεινοτητα ποσιμου νερου πολυ υψηλων προδιαγραφων
CN102585891A (zh) * 2012-02-21 2012-07-18 中国石油大学(北京) 一种原油电脱盐脱水器及方法
CN104773796A (zh) * 2015-03-24 2015-07-15 国家海洋局第三海洋研究所 海水淡化系统及海水淡化方法
CN205709934U (zh) * 2016-04-29 2016-11-23 国家海洋局第三海洋研究所 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GR20070100306A (el) * 2007-05-22 2008-12-19 Νικολαος Πηττας Αυτοματη διαταξη επεξεργασιας αφαλατωσης θαλασσινου νερου για παραγωγη με απολυτη υγιεινοτητα ποσιμου νερου πολυ υψηλων προδιαγραφων
CN102585891A (zh) * 2012-02-21 2012-07-18 中国石油大学(北京) 一种原油电脱盐脱水器及方法
CN104773796A (zh) * 2015-03-24 2015-07-15 国家海洋局第三海洋研究所 海水淡化系统及海水淡化方法
CN205709934U (zh) * 2016-04-29 2016-11-23 国家海洋局第三海洋研究所 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件

Also Published As

Publication number Publication date
CN105731566A (zh) 2016-07-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Tian et al. Progress in research and application of nanofiltration (nf) technology for brackish water treatment
Blandin et al. Efficiently combining water reuse and desalination through forward osmosis—reverse osmosis (FO-RO) hybrids: a critical review
EP2507515B1 (en) Economical and sustainable disposal of zero liquid discharge salt byproduct
CN203269703U (zh) 新型膜法海水淡化制取淡水和制盐原料系统
Gedam et al. Performance evaluation of polyamide reverse osmosis membrane for removal of contaminants in ground water collected from Chandrapur district
Saavedra et al. Comparative analysis of conventional and emerging technologies for seawater desalination: Northern Chile as a case study
CN104176866B (zh) 多功能纯水处理装置
CN105731566B (zh) 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件
Abdul Ghani et al. Environmental performance of small-scale seawater reverse osmosis plant for rural area water supply
CN205709934U (zh) 一种基于离子浓差极化原理的3d打印海水淡化芯片器件
Zhi et al. A pilot-scale demonstration of reverse osmosis unit for treatment of coal-bed methane co-produced water and its modeling
CN101935111B (zh) 低能耗废水回用制备系统
Azevedo Renewable energy powered desalination systems: technologies and market analysis
Sutijan et al. Lithium separation from geothermal brine to develop critical energy resources using high-pressure nanofiltration technology: Characterization and optimization
CN206886885U (zh) 一种热膜耦合海水淡化装置
CN205773838U (zh) 一种煤化工废水盐分提取设备
CN107555697B (zh) 一种复合陶瓷净水滤芯
Voutchkov Desalinated Water
CN206447713U (zh) 全膜法海水淡化及浓盐水综合利用系统
CN206244593U (zh) 一种膜法污水深度处理回用系统
CN105762394B (zh) 一种过滤型阴极微生物脱盐电池及其应用
CN210974208U (zh) 一种海水淡化设备
CN107324555A (zh) 便携式海水淡化装置及淡化方法
CN207243631U (zh) 便携式海水淡化装置
CN201971664U (zh) 一种膜法海水淡化设备

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant