CN108793298A - 一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，该装置以蜡烛灰为原料构造疏水光吸收层然后将其沉积在亲水承载层上，最后再辅助绝热层。该装置构造方便、原料来源广、成本低、效率高，能够漂浮在水面上充分利用太阳能，能够在低光强大的入射光倾斜角下实现高效海水淡化，同时具有很好的防盐沉积性能，可以直接应用于大规模工业化生产及市场推广。

Description

一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置
技术领域
本发明涉及一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置。
背景技术
随着世界人口的增加及水资源的浪费，淡水资源的获取越来越受到人们的重视，而利用太阳能实现海水淡化相比于膜蒸馏、膜透析具有成本低、装置简单、能耗低的特点。常见的太阳能海水淡化装置往往需要以贵金属、石墨烯、碳纳米管或者掺杂的半导体为吸光层，这些原料要么成本高要么合成复杂或者在日常使用中不稳定，难以大规模应用。另外，还存在光利用效率低、在低光强下难以正常使用的问题。因此发明一种低成本、高效的太阳能海水淡化装置具有非凡的意义。
发明内容
本发明目的是：提供一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，针对传统方法的不足，发明一种低成本、高效的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置。
本发明的一种技术方案是：
一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，具有疏水光吸收层和亲水承载层，所述疏水光吸收层是由普通石蜡蜡烛燃烧后取得的蜡烛灰或者蜡烛灰混合物通过喷涂、浸涂或者直接沉积的方法沉积到所述亲水承载层上。
进一步的，所述蜡烛灰混合物为蜡烛灰与粘合剂高聚物共混而成。
进一步的，所述粘合剂高聚物为PMMA、PDMS、HMDS、环氧树脂或PVDF中的任意一种。
进一步的，所述亲水承载层为织物、木头、海绵、滤纸或滤网中的任意一种。
进一步的，所述织物为天然或人造纤维机织物、非织造织物、针织物或无机材料织物中的任意一种。
进一步的，所述天然或人造纤维机织物为棉、麻、丝、毛、涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶或黏胶中的任意一种，所述无机材料织物为玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维中的任意一种。
进一步的，所述海绵为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵中的任意一种。
进一步的，所述滤网为铜网或不锈钢网中的任意一种。
进一步的，太阳能海水淡化装置还包括绝热层，所述绝热层包覆在盛放加热水体的容器外侧，或者所述绝热层整体固定在所述亲水承载层下侧，或者所述绝热层间断式固定在所述亲水承载层下侧。
进一步的，所述绝热层为木头、塑料泡沫或防震塑料膜中的任意一种。
本发明提供了一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其优点是：
（1）该装置以蜡烛灰作为疏水光吸收层，原料来源广，成本低，装置效率高，适用于大规模生产与销售;
（2）该装置采用疏水光吸收层与亲水承载层能够防止盐的沉积，提高了水蒸气的排放速率，适用于长时间使用，并进一步降低了使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中，
图1为本发明所述的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置以蜡烛灰直接沉积为疏水光吸收层、以棉织物为亲水承载层的正面及底面图像示意图；
图2为本发明所述的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的疏水光吸收层的表面形貌图；
图3为本发明在实施例1所制备的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在照射前后温度的变化图；
图4为本发明在实施例2所制备的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在照射后温度的变化图；
图5为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在0.6个太阳光到1个太阳光强度下的光热转化效率图；
图6为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的高盐度水的每日质量变化图；
图7为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的连续在高盐度水中使用7天，每天工作5小时，高盐度水每日的质量变化图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合具体实施方式和附图对本发明作进一步详细的说明。
一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置包括两层：
上层为疏水光吸收层，下层为亲水承载层：
在一个实施例中，该装置具体方式为：将蜡烛灰混合PMMA、PDMS、HMDS、环氧树脂或PVDF中的任意一种高聚物采用机械搅拌混合或不进行混合，以喷涂15-30s、浸涂30min-2h或者直接沉积1-5min的方法沉积到由织物、木头、海绵、滤纸或滤网中的任意一种制得的亲水承载层上，抽滤需要整理剂20-40ml/10m2。抽滤后，在温度为80℃的条件下，固化时间为2小时，形成沉积层为疏水光吸收层，下层为亲水承载层的结构。其中，喷涂和浸涂需要先将蜡烛灰与高分子有机溶剂混合，如乙醇、四氢呋喃、乙酸乙酯、丙酮等）。高分子有机溶剂浓度为1wt%-3wt%, 蜡烛灰与高分子重量比为1:3-3：1。
当上述亲水承载层选择织物时，可以为天然或人造纤维机织物、非织造织物、针织物或无机材料织物中的任意一种，天然或人造纤维机织物为棉、麻、丝、毛、涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶或黏胶中的任意一种，无机材料织物为玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维中的任意一种。
当上述亲水承载层选择海绵时，可以为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵中的任意一种。
当上述亲水承载层选择滤网时，可以为铜网或不锈钢网中的任意一种。
上述基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置还可以设置一层绝热层，绝热层包覆在盛放加热水体的容器外侧，或者绝热层整体固定在亲水承载层下侧，或者绝热层间断式固定在亲水承载层下侧，绝热层可以选择木头，塑料泡沫，防震塑料膜中的任意一种。
上述步骤所制得的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其性能请参阅图1至图2，请参阅图1，图1为本发明所述的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置以蜡烛灰直接沉积为疏水光吸收层、以棉织物为亲水承载层的正面及底面图像示意图。如图1所示，沉积蜡烛灰后的疏水吸光层为黑色，为沉积的一面为纺织本征颜色。
请参阅图2，图2为本发明所述的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的疏水光吸收层的表面形貌图。如图2所示，蜡烛灰吸光层表面呈现不规则粗糙结构，能够散射并吸收更多的光。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。但是本发明不限于所列出的实施例，还应包括在本发明所要求的权利范围内其他任何公知的改变。
首先，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
其次，本发明利用结构示意图等进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间。
另外，本发明中所讲的字母简称，均为本领域固定简称，其中部分字母文解释如下：PMMA：聚甲基丙烯酸甲酯；PDMS：聚二甲基硅氧烷；HMDS：聚硅氮烷；PVDF：聚偏氟乙烯。
实施例1
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰直接沉积为疏水光吸收层，棉织物为亲水承载层，塑料泡沫为绝热层。
本实施例所制得的装置的产热效果见图3，图3为本发明在实施例1所制备的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在照射前后温度的变化图。如图3所示，经照射后，装置温度上升20摄氏度。
实施例2
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰直接沉积为疏水光吸收层，木头为亲水承载层，同时木头也作为绝热层。
本实施例制备本实施例所制得的装置的产热效果见图4，图4为本发明在实施例2所制备的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在照射后温度的变化图。如图4所示，经照射后水体表面温度上升至35.3摄氏度。
实施例3
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰与PMMA共混喷涂为疏水光吸收层，海绵为亲水承载层，防震塑料膜为绝热层。
实施例4
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰与PDMS共混而抽滤沉积为疏水光吸收层，滤纸为亲水承载层，防震塑料膜为绝热层。
实施例5
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰与HMDS共混而抽滤沉积为疏水光吸收层，滤网为亲水承载层，防震塑料膜为绝热层。
实施例6
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰与环氧树脂共混而抽滤沉积为疏水光吸收层，滤网为亲水承载层，防震塑料膜为绝热层。
实施例7
本实施案例展示一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，选择蜡烛灰与PVDF共混而抽滤沉积为疏水光吸收层，滤网为亲水承载层，防震塑料膜为绝热层。
上述七个实施例所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的性能可参阅图5-图7：图5为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在0.6个太阳光到1个太阳光强度下的光热转化效率图。如图5所示，在低强度光照下，装置依然具有很好的光热转化效率，由此可知，通过基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在低强度光照下也能具有很好的光热转化效率；图6为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的高盐度水的每日质量变化图。如图6所示，在大的倾斜角（0度到60度）光照下，装置依然能保持较优异的淡水生产量，由此可知，通过基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置在大倾斜角光照下也能具有很好的光热转化效率；图7为本发明的一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置的连续在高盐度水中使用7天，每天工作5小时，高盐度水每日的质量变化图。如图7所示，该装置在高盐度海水中持续工作依然能保持原有的效率，由此可知，通过基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置具有防盐沉积性能。
综上所述，本发明公开了一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，该装置以蜡烛灰为原料构造疏水光吸收层然后将其沉积在亲水承载层上，最后再辅助绝热层。该装置构造方便、原料来源广、成本低、效率高，能够漂浮在水面上充分利用太阳能，能够在低光强大的入射光倾斜角下实现高效海水淡化，同时具有很好的防盐沉积性能，可以直接应用于大规模工业化生产及市场推广。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：具有疏水光吸收层和亲水承载层，所述疏水光吸收层是由普通石蜡蜡烛燃烧后取得的蜡烛灰或者蜡烛灰混合物通过喷涂、浸涂或者直接沉积的方法沉积到所述亲水承载层上。
2.根据权利要求1所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述蜡烛灰混合物为蜡烛灰与粘合剂高聚物共混而成。
3.根据权利要求2所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述粘合剂高聚物为PMMA、PDMS、HMDS、环氧树脂或PVDF中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述亲水承载层为织物、木头、海绵、滤纸或滤网中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述织物为天然或人造纤维机织物、非织造织物、针织物或无机材料织物中的任意一种。
6.根据权利要求5所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述天然或人造纤维机织物为棉、麻、丝、毛、涤纶、丙纶、锦纶、氨纶、腈纶或黏胶中的任意一种，所述无机材料织物为玻璃纤维、碳纤维或石棉纤维中的任意一种。
7.根据权利要求4所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述海绵为聚氨酯海绵或三聚氰胺海绵中的任意一种。
8.根据权利要求4所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于:所述滤网为铜网或不锈钢网中的任意一种。
9.根据权利要求1所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于:太阳能海水淡化装置还包括绝热层，所述绝热层包覆在盛放加热水体的容器外侧，或者所述绝热层整体固定在所述亲水承载层下侧，或者所述绝热层间断式固定在所述亲水承载层下侧。
10.根据权利要求9所述的基于蜡烛灰的太阳能海水淡化装置，其特征在于:所述绝热层为木头、塑料泡沫或防震塑料膜中的任意一种。
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