CN112794391A - 一种太阳能海水淡化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种太阳能海水淡化装置，包括太阳能组件，所述太阳能组件包括透明或半透明的太阳能电池，所述太阳能电池下设有至少一级水蒸馏装置，所述水蒸馏装置包括从上往下依次设置的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述水蒸发层为蜜胺树脂泡绵，所述疏水多孔层为疏水性的蜜胺树脂泡绵。本发明实现了高的光热转换效率，大幅提高了海水淡化的效率，海水淡化的效率达到了4.1kg/m2/h。

Description

一种太阳能海水淡化装置
技术领域
本发明涉及海水淡化技术领域，具体为一种太阳能海水淡化装置。
背景技术
世界上淡水资源不足，已成为人们日益关切的问题。有人预言，19世纪争煤，20世纪争油，21世纪可能争水。作为水资源的开源增量技术，海水淡化已经成为解决全球水资源危机的重要途径。到2006年，世界上已有120多个国家和地区在应用海水淡化技术，全球海水淡化日产量约3775万吨，其中 80％用于饮用水，解决了1亿多人的供水问题。
“向海洋要淡水”已经形成了方兴未艾的产业。截至2006年底，中国日淡化海水能力接近15万吨，比上一年翻一番。中国在反渗透法、蒸馏法等主流海水淡化关键技术方面均取得重大突破，完成了自主知识产权的3000立方米 /日低温多效海水淡化工程，以及5000立方米/日反渗透海水淡化工程；海水直流冷却技术已进入万立方米/小时级产业化示范阶段。中国海水淡化成本逐步下降，已接近5元/立方米。
全球海水淡化技术超过20余种，包括反渗透法、低多效、多级闪蒸、电渗析法、压汽蒸馏、露点蒸发法、水电联产、热膜联产以及利用核能、太阳能、风能、潮汐能海水淡化技术等等，以及微滤、超滤、纳滤等多项预处理和后处理工艺。
人类早期利用太阳能进行海水淡化，主要是利用太阳能进行蒸馏，所以早期的太阳能海水淡化装置一般都称为太阳能蒸馏器。该蒸馏器由一个水槽组成，水槽内有一个黑色多孔的毡心浮洞，槽顶上盖有一块透明、边缘封闭的玻璃覆盖层。太阳光穿过透明的覆盖层投射到黑色绝热的槽底，转换为热能。因此，塑料芯中的水面温度总是高于透明覆盖层底的温度，水从毡芯蒸发，蒸汽扩散到覆盖层上冷却为液体，排入不透明的蒸馏槽中。此时蒸汽必须及时移走，才能使海水不断的蒸发，现有的海水淡化装置，都存在蒸汽移走不及时，进而影响海水淡化装置效率的问题，因此，如何及时移走蒸汽是目前太阳能海水淡化装置研究的一个新的方向，
发明内容
本发明的目的在于提供一种海水淡化装置，解决现有的海水淡化装置由于蒸汽不能及时移走进而影响装置效率的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种太阳能海水淡化装置，包括太阳能组件，所述太阳能组件包括透明或半透明的太阳能电池，所述太阳能电池下设有至少一级水蒸馏装置，所述水蒸馏装置包括从上往下依次设置的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述水蒸发层为蜜胺树脂泡绵，所述疏水多孔层为疏水性的蜜胺树脂泡绵。
其中，优选地，所述疏水性蜜胺树脂泡绵是由下述制备方法制成：
(1)取蜜胺树脂泡绵，用去离子水洗涤，而后低温过夜干燥备用；
(2)取阴离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20-28h，得质量百分比浓度为0.5-1.5％的透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液；
(3)取5-氨基水杨酸，加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20-28h，得3-7mg/ml的透明的5-氨基水杨酸溶液；
(4)取羧甲基纤维素钠和纳米二氧化钛，同时加入去离子水中，用 1mol/L的HCl将溶液pH值调至7，将调制好的混合液超声4h，而后室温搅拌24h，即可得到稳定的悬浊液；
(5)取步骤(1)备用的蜜胺树脂泡绵浸入透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液中5min进行前处理，而后将完成前处理的蜜胺树脂泡绵依次交替浸泡于 5-氨基水杨酸溶液和悬浊液中，每个浸泡过程持续1-3min，每次浸泡后都用去离子水洗涤泡沫1-3min，拧干除去多余的水分；
(6)重复步骤(5)，将蜜胺树脂泡绵低温过夜干燥备用；
(7)将步骤(6)得到的蜜胺树脂泡绵浸入0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中24h，而后用无水乙醇进行洗涤2次，最后将泡沫材料置于低温烘箱中干燥过夜，即得。
其中，优选地，所述步骤(1)中低温为40-60℃。
其中，优选地，所述步骤(4)中悬浊液中羧甲基纤维素钠的含量为 3-7mg/ml，纳米二氧化钛的含量为2-4mg/ml。
其中，优选地，所述步骤(6)中重复步骤(5)的次数为3次、5次或7 次。
所述步骤(7)的低温为40-60℃。
有益效果
本发明提供一种海水淡化装置，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明水蒸发层、疏水多孔层均采用蜜胺树脂泡绵，蜜胺树脂泡绵是充分开孔的三维网格结构体系，具有极高的开孔率。另外由于蜜胺树脂泡绵属热固性塑料，具有高度的三维网状交联结构体系，具有较高的热稳定性和耐老化性，能满足海水淡水过程中高温的要求。
水蒸发层采用蜜胺树脂泡绵，蜜胺树脂泡绵具有亲水亲油性，由蜜胺树脂泡绵提供水供应和蒸发传输通道，另外，疏水多孔层采用疏水性的蜜胺树脂泡绵，由于疏水多孔层的疏水性，疏水多孔层不会被浸润，太阳能只加热水蒸发层不加热疏水多孔层，实现了高的光热转换效率，大幅提高了海水淡化的效率，海水淡化的效率达到了4.1kg/m2/h。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为本发明中太阳能海水淡化装置的结构示意图。
图中，1.太阳能电池，2.的热传导层，3.水蒸发层，4.疏水多孔层，5.冷凝层，6.封闭底层
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供一种太阳能海水淡化装置，包括太阳能组件，太阳能组件包括透明或半透明的太阳能电池，太阳能电池下设有一级水蒸馏装置，所述水蒸馏装置包括从上往下依次设置的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述水蒸发层为蜜胺树脂泡绵，所述疏水多孔层为疏水性的蜜胺树脂泡绵，冷凝层下还设有封闭底层。
其中，所述疏水性蜜胺树脂泡绵是由下述制备方法制成：
(1)取蜜胺树脂泡绵，用去离子水洗涤，而后50℃低温过夜干燥备用；
(2)取阴离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌24h，得质量百分比浓度为1.0％的透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液；
(3)取5-氨基水杨酸，加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌24h，得5mg/ml的透明的5-氨基水杨酸溶液；
(4)取羧甲基纤维素钠和纳米二氧化钛，同时加入去离子水中，用 1mol/L的HCl将溶液pH值调至7，将调制好的混合液超声4h，而后室温搅拌24h，即可得到稳定的悬浊液；所述悬浊液中羧甲基纤维素钠的含量为 5mg/ml，纳米二氧化钛的含量为3mg/ml；
(5)取步骤(1)备用的蜜胺树脂泡绵浸入透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液中5min进行前处理，而后将完成前处理的蜜胺树脂泡绵依次交替浸泡于 5-氨基水杨酸溶液和悬浊液中，每个浸泡过程持续2min，每次浸泡后都用去离子水洗涤泡沫2min，拧干除去多余的水分；
(6)重复步骤(5)3次，将蜜胺树脂泡绵低温过夜干燥备用；
(7)将步骤(6)得到的蜜胺树脂泡绵浸入0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中24h，而后用无水乙醇进行洗涤2次，最后将泡沫材料置于40-60℃低温烘箱中干燥过夜，即得。
将本实施例制备的太阳能海水淡化装置进行水产量测试，最终测得在太阳光辐照强度为1000W/m2时，太阳能电池的板面积为1.5-2.0m2时，该装置每小时产清洁水3.8kg/m2。
实施例2
本实施例与实施例1结构相同，不同在于疏水多孔层是采用下述制备方法制成：
(1)取蜜胺树脂泡绵，用去离子水洗涤，而后40℃低温过夜干燥备用；
(2)取阴离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20h，得质量百分比浓度为1.5％的透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液；
(3)取5-氨基水杨酸，加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20h，得7mg/ml的透明的5-氨基水杨酸溶液；
(4)取羧甲基纤维素钠和纳米二氧化钛，同时加入去离子水中，用1mol/L的HCl将溶液pH值调至7，将调制好的混合液超声4h，而后室温搅拌24h，即可得到稳定的悬浊液；所述悬浊液中羧甲基纤维素钠的含量为 3mg/ml，纳米二氧化钛的含量为4mg/ml；
(5)取步骤(1)备用的蜜胺树脂泡绵浸入透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液中5min进行前处理，而后将完成前处理的蜜胺树脂泡绵依次交替浸泡于 5-氨基水杨酸溶液和悬浊液中，每个浸泡过程持续1min，每次浸泡后都用去离子水洗涤泡沫3min，拧干除去多余的水分；
(6)重复步骤(5)5次，将蜜胺树脂泡绵低温过夜干燥备用；
(7)将步骤(6)得到的蜜胺树脂泡绵浸入0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中24h，而后用无水乙醇进行洗涤2次，最后将泡沫材料置于40℃低温烘箱中干燥过夜，即得。
将本实施例制备的太阳能海水淡化装置进行水产量测试，最终测得在太阳光辐照强度为1000W/m2时，太阳能电池的板面积为1.5-2.0m2时，该装置每小时产清洁水4.0kg/m2。
实施例3
本实施例与实施例1结构相同，不同在于疏水多孔层是采用下述制备方法制成：
(1)取蜜胺树脂泡绵，用去离子水洗涤，而后60℃低温过夜干燥备用；
(2)取阴离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌28h，得质量百分比浓度为0.5％的透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液；
(3)取5-氨基水杨酸，加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌28h，得3mg/ml的透明的5-氨基水杨酸溶液；
(4)取羧甲基纤维素钠和纳米二氧化钛，同时加入去离子水中，用 1mol/L的HCl将溶液pH值调至7，将调制好的混合液超声4h，而后室温搅拌24h，即可得到稳定的悬浊液；所述悬浊液中羧甲基纤维素钠的含量为 7mg/ml，纳米二氧化钛的含量为2mg/ml；
(5)取步骤(1)备用的蜜胺树脂泡绵浸入透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液中5min进行前处理，而后将完成前处理的蜜胺树脂泡绵依次交替浸泡于 5-氨基水杨酸溶液和悬浊液中，每个浸泡过程持续3min，每次浸泡后都用去离子水洗涤泡沫1min，拧干除去多余的水分；
(6)重复步骤(5)7次，将蜜胺树脂泡绵低温过夜干燥备用；
(7)将步骤(6)得到的蜜胺树脂泡绵浸入0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中24h，而后用无水乙醇进行洗涤2次，最后将泡沫材料置于60℃低温烘箱中干燥过夜，即得。
将本实施例制备的太阳能海水淡化装置进行水产量测试，最终测得在太阳光辐照强度为1000W/m2时，太阳能电池的板面积为1.5-2.0m2时，该装置每小时产清洁水4.1kg/m2。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种太阳能海水淡化装置，其特征在于包括太阳能组件，所述太阳能组件包括透明或半透明的太阳能电池，所述太阳能电池下设有至少一级水蒸馏装置，所述水蒸馏装置包括从上往下依次设置的热传导层、水蒸发层、疏水多孔层和冷凝层，所述水蒸发层为蜜胺树脂泡绵，所述疏水多孔层为疏水性的蜜胺树脂泡绵。
2.根据要求1所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述疏水性蜜胺树脂泡绵是由下述制备方法制成：
(1)取蜜胺树脂泡绵，用去离子水洗涤，而后低温过夜干燥备用；
(2)取阴离子型聚丙烯酰胺加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20-28h，得质量百分比浓度为0.5-1.5％的透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液；
(3)取5-氨基水杨酸，加入去离子水中，搅拌均匀，置于磁力搅拌器上室温搅拌20-28h，得3-7mg/ml的透明的5-氨基水杨酸溶液；
(4)取羧甲基纤维素钠和纳米二氧化钛，同时加入去离子水中，用1mol/L的HCl将溶液pH值调至7，将调制好的混合液超声4h，而后室温搅拌24h，即可得到稳定的悬浊液；
(5)取步骤(1)备用的蜜胺树脂泡绵浸入透明的阴离子型聚丙烯酰胺溶液中5min进行前处理，而后将完成前处理的蜜胺树脂泡绵依次交替浸泡于5-氨基水杨酸溶液和悬浊液中，每个浸泡过程持续1-3min，每次浸泡后都用去离子水洗涤泡沫1-3min，拧干除去多余的水分；
(6)重复步骤(5)，将蜜胺树脂泡绵低温过夜干燥备用；
(7)将步骤(6)得到的蜜胺树脂泡绵浸入0.01mol/L的硬脂酸乙醇溶液中24h，而后用无水乙醇进行洗涤2次，最后将泡沫材料置于低温烘箱中干燥过夜，即得。
3.根据要求2所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述步骤(1)中低温为40-60℃。
4.根据要求2所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述步骤(4)中悬浊液中羧甲基纤维素钠的含量为3-7mg/ml，纳米二氧化钛的含量为2-4mg/ml。
5.根据要求2所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述步骤步骤(6)中重复步骤(5)的次数为3次、5次或7次。
6.根据要求2所述的一种太阳能海水淡化装置，其特征在于：所述步骤(7)的低温为40-60℃。
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