CN115676945A - 一种低碳脱盐系统及其应用 - Google Patents

Abstract

一种低碳脱盐系统及其应用，它涉及一种脱盐系统及其应用。本发明的目的是要解决现有膜分离技术为高能耗技术，造成大量资源浪费和以太阳能驱动的海水淡化材料不能用于去除土壤中盐分的问题。一种低碳脱盐系统包括两块竖板、透光顶板、多根涂覆光热转换涂层的细管、盐水集水区、涂覆智能控温膜的顶板、多根涂覆亲水涂层的细管和淡水收集水箱。一种低碳脱盐系统用于海水淡化、苦咸水淡化或盐碱地修复。本发明提供一种低碳脱盐系统，该系统基于太阳能蒸发技术与智能控温技术，无需外加能量；该技术脱盐率高可高达99.5％以上，成本低廉，近依靠太阳能即可实现淡化目的，同时可以有效回收盐分，实现盐分资源化利用，应用前景广阔。

Description

一种低碳脱盐系统及其应用

技术领域

本发明涉及一种脱盐系统及其应用。

背景技术

水是生命之源泉，是生命重要组成部分。然而，可利用的淡水资源仅占地球水资源的2％，且随着社会发展，水污染情况不断加剧，淡水资源匮乏逐渐成为限制社会发展重要原因。地球上有大量的海水、苦咸水等水源，由于还有大量盐分，会造成细胞失水，难以被陆生生物利用。脱盐技术主要是高含盐量水分、土壤中去除盐分过程。低碳脱盐技术可以有效拓宽水的来源，是解决当前水资源匮乏问题的重要方式。

目前，产业化脱盐技术主要应用于海水脱盐及苦咸水脱盐过程，主要包括以反渗透技术为代表的膜分离技术与以多效蒸发为代表的蒸馏技术，这些技术均为高能耗技术，造成大量的资源浪费。近年来，以太阳能驱动的海水淡化材料发展迅速，成为海水淡化的新途径。然而，该种材料需要平铺至水面，难以规模化应用。且只能应用于水体中的脱盐，难以应用于土壤中盐分去除盐碱地修复。

发明内容

本发明的目的是要解决现有膜分离技术为高能耗技术，造成大量资源浪费和以太阳能驱动的海水淡化材料不能用于去除土壤中盐分的问题，而提供一种低碳脱盐系统及其应用。

一种低碳脱盐系统包括两块竖板、透光顶板、多根涂覆光热转换涂层的细管、盐水集水区、涂覆智能控温膜的顶板、多根涂覆亲水涂层的细管和淡水收集水箱；

所述的透光顶板为透光玻璃板或透光塑料板；

所述的涂覆光热转换涂层的细管为涂覆光热转换涂层的玻璃管或涂覆光热转换涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的涂覆智能控温膜的顶板为涂覆智能控温膜的玻璃板或涂覆智能控温膜的塑料板；

所述的涂覆亲水涂层的细管为涂覆亲水涂层的玻璃管或涂覆亲水涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的两块竖板平行设置，两块竖板的顶端分别铰接透光顶板和涂覆智能控温膜的顶板的一端，透光顶板和涂覆智能控温膜的顶板的另一端相铰接，组成顶；多根涂覆光热转换涂层的细管设置在透光顶板的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管设置在涂覆智能控温膜的顶板的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管的底端与淡水收集水箱相连通；两块竖板之间及顶的下部区域为盐水集水区。

一种低碳脱盐系统用于海水淡化、苦咸水淡化或盐碱地修复。

本发明的原理及优点：

一、吸水性涂层改性的聚酯纤维具有吸水作用，在吸水作用下，盐水会被吸附至聚酯纤维中，太阳光透过透光顶板，涂覆光热转换涂层的细管在光热转换涂层的作用下吸收盐水，水分蒸发，盐分析出，盐分析出后在聚酯纤维表面沉积，会进一步起到吸收水分作用，形成自驱动水泵，不断汲取盐水，并进行蒸发；水分蒸发后到达顶，背光侧的涂覆智能控温膜的顶板经过太阳辐射作用，温度比向阳侧的透光顶板低10℃以上，蒸发水分经过冷凝后再在背光侧的涂覆智能控温膜的顶板上发生冷凝，冷凝后水滴从多根涂覆亲水涂层的细管流下，进入到淡水收集水箱中，到从淡水收集水箱中导出，实现淡水收集；

二、本发明一种低碳脱盐系统可以有效去除水中盐分，可以有效实现盐碱地修复，海水淡化中盐分脱除率可达99.5％以上，盐碱地修复一年后土壤电导率下降35％，总磷浓度提升10％，总钾浓度提升10％，大麦种植试验表明，经处理后出苗率提升15％，亩产量提升20％，效果显著；

三、本发明仅依靠太阳能驱动，能耗低，可收集淡化海水，也可以将多根涂覆光热转换涂层的细管中的盐分回收，实现资源化利用；

四、本发明提供一种低碳脱盐系统，该系统基于太阳能蒸发技术与智能控温技术，无需外加能量，可用于海水淡化、苦咸水淡化及盐碱地修复技术；该技术脱盐率高可高达99.5％以上，成本低廉，近依靠太阳能即可实现淡化目的，同时可以有效回收盐分，实现盐分资源化利用，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明中一种低碳脱盐系统的结构示意图。

具体实施方式

以下实施例进一步说明本发明的内容，但不应理解为对本发明的限制。在不背离本发明实质的情况下，对本发明方法、步骤或条件所作的修改和替换，均属于本发明的范围。

具体实施方式一：本实施方式一种低碳脱盐系统包括两块竖板、透光顶板1、多根涂覆光热转换涂层的细管2、盐水集水区3、涂覆智能控温膜的顶板4、多根涂覆亲水涂层的细管5和淡水收集水箱6；

所述的透光顶板1为透光玻璃板或透光塑料板；

所述的涂覆光热转换涂层的细管2为涂覆光热转换涂层的玻璃管或涂覆光热转换涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的涂覆智能控温膜的顶板4为涂覆智能控温膜的玻璃板或涂覆智能控温膜的塑料板；

所述的涂覆亲水涂层的细管5为涂覆亲水涂层的玻璃管或涂覆亲水涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的两块竖板平行设置，两块竖板的顶端分别铰接透光顶板1和涂覆智能控温膜的顶板4的一端，透光顶板1和涂覆智能控温膜的顶板4的另一端相铰接，组成顶；多根涂覆光热转换涂层的细管2设置在透光顶板1的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管5设置在涂覆智能控温膜的顶板4的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管5的底端与淡水收集水箱6相连通；两块竖板之间及顶的下部区域为盐水集水区3。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的涂覆光热转换涂层的细管2是按以下步骤制备的：

将聚苯胺、黑镍、还原氧化石墨烯和聚乙烯醇分散到N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，得到混合物；再将混合物均匀涂覆到细管的外表面，在80℃～90℃下反应2h～3h，得到涂覆光热转换涂层的细管2；所述的涂覆光热转换涂层的细管2上的光热转换涂层的厚度为1μm～100μm。其它步骤与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是：所述的混合物中聚苯胺的质量分数为10％；所述的混合物中黑镍的质量分数为20％；所述的混合物中还原氧化石墨烯的质量分数为1％；所述的混合物中聚乙烯醇的质量分数为15％。其它步骤与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的涂覆光热转换涂层的细管2的内部填充有吸水性涂层改性的聚酯纤维；所述的吸水性涂层改性的聚酯纤维是按以下步骤制备的：

①、将聚酯纤维浸泡到硅烷偶联剂溶液中，搅拌反应30min～60min，再将聚酯纤维取出，使用无水乙醇清洗3次，得到硅烷偶联剂改性的聚酯纤维；

②、将聚乙烯醇和聚丙烯酰胺溶于去离子水中，得到混合溶液；

③、将硅烷偶联剂改性的聚酯纤维浸入到混合溶液中，再置于温度为95℃下固化5h，取出，得到吸水性涂层改性的聚酯纤维。其它步骤与具体实施方式一至三相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：步骤①中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为3％；步骤②中所述的混合溶液中聚乙烯醇的质量分数为5％，聚丙烯酰胺的质量分数为5％。其它步骤与具体实施方式一至四相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的涂覆智能控温膜的顶板4是按以下步骤制备的：

①、将纳米碳酸钙、非球形二氧化硅、丙烯酸乳液和硬脂酸钙混合均匀，得到涂覆液；

②、将涂覆液涂覆到顶板上，再在90℃下干燥8h，得到涂覆智能控温膜的顶板4；所述的涂覆智能控温膜的顶板4上智能控温膜的厚度为1μm～10μm。其它步骤与具体实施方式一至五相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：步骤①中所述的涂覆液中纳米碳酸钙的质量分数为5％～10％，非球形二氧化硅的质量分数为5％～10％，丙烯酸乳液的质量分数为50％～80％，硬脂酸钙的质量分数为1％～5％。其它步骤与具体实施方式一至六相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的涂覆亲水涂层的细管5的按以下步骤制备的：

①、将多巴胺、KH560和Tris-HCl缓冲溶液混合，得到涂覆液；

②、将涂覆液涂覆到细管表面，再在室温下反应20h～24h，得到涂覆亲水涂层的细管5；所述的涂覆亲水涂层的细管5上亲水涂层的厚度为1μm～100μm。

其它步骤与具体实施方式一至七相同。

具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一不同点是：步骤①中所述的涂覆液中多巴胺的质量分数为0.5％～5％，KH560的质量分数为0.5％～5％，Tris-HCl缓冲溶液的质量分数为90％～99％。其它步骤与具体实施方式一至八相同。

具体实施方式十：本实施方式是一种低碳脱盐系统用于海水淡化、苦咸水淡化或盐碱地修复。

下面结合实施例对本发明进行详细的说明。

实施例1：结合图1说明本实施例，本实施例一种低碳脱盐系统用于海水淡化，将一种低碳脱盐系统放置到海水上面，盐水集水区3采用半封闭式设计，盐水集水区3与海水连通，透光顶板1设置在向阳侧，涂覆智能控温膜的顶板4设置在背阴侧；

所述的一种低碳脱盐系统包括两块竖板、透光顶板1、多根涂覆光热转换涂层的细管2、盐水集水区3、涂覆智能控温膜的顶板4、多根涂覆亲水涂层的细管5和淡水收集水箱6；

所述的透光顶板1为透光玻璃板；

所述的涂覆光热转换涂层的细管2为涂覆光热转换涂层的玻璃管，直径为2mm，是按以下步骤制备的：

将聚苯胺、黑镍、还原氧化石墨烯和聚乙烯醇分散到N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，得到混合物；再将混合物均匀涂覆到细管的外表面，在90℃下反应3h，得到涂覆光热转换涂层的细管2；所述的涂覆光热转换涂层的细管2上的光热转换涂层的厚度为2μm；所述的混合物中聚苯胺的质量分数为10％；所述的混合物中黑镍的质量分数为20％；所述的混合物中还原氧化石墨烯的质量分数为1％；所述的混合物中聚乙烯醇的质量分数为15％；

所述的涂覆光热转换涂层的细管2的内部填充有吸水性涂层改性的聚酯纤维；所述的吸水性涂层改性的聚酯纤维是按以下步骤制备的：

①、将聚酯纤维浸泡到硅烷偶联剂溶液中，搅拌反应60min，再将聚酯纤维取出，使用无水乙醇清洗3次，得到硅烷偶联剂改性的聚酯纤维；

步骤①中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为3％；

②、将聚乙烯醇和聚丙烯酰胺溶于去离子水中，得到混合溶液；

步骤②中所述的混合溶液中聚乙烯醇的质量分数为5％，聚丙烯酰胺的质量分数为5％；

③、将硅烷偶联剂改性的聚酯纤维浸入到混合溶液中，再置于温度为95℃下固化5h，取出，得到吸水性涂层改性的聚酯纤维；

所述的涂覆智能控温膜的顶板4为涂覆智能控温膜的玻璃板，是按以下步骤制备的：

①、将纳米碳酸钙、非球形二氧化硅、丙烯酸乳液和硬脂酸钙混合均匀，得到涂覆液；

步骤①中所述的涂覆液中纳米碳酸钙的质量分数为8％，非球形二氧化硅的质量分数为8％，丙烯酸乳液的质量分数为80％，硬脂酸钙的质量分数为4％；

②、将涂覆液涂覆到顶板上，再在90℃下干燥8h，得到涂覆智能控温膜的顶板4；所述的涂覆智能控温膜的顶板4上智能控温膜的厚度为5μm；

所述的涂覆亲水涂层的细管5为涂覆亲水涂层的玻璃管，直径为2mm，是按以下步骤制备的：

①、将多巴胺、KH560和Tris-HCl缓冲溶液混合，得到涂覆液；

步骤①中所述的涂覆液中多巴胺的质量分数为2％，KH560的质量分数为2％，Tris-HCl缓冲溶液的质量分数为96％；

②、将涂覆液涂覆到细管表面，再在室温下反应24h，得到涂覆亲水涂层的细管5；所述的涂覆亲水涂层的细管5上亲水涂层的厚度为5μm；

所述的两块竖板平行设置，两块竖板的顶端分别铰接透光顶板1和涂覆智能控温膜的顶板4的一端，透光顶板1和涂覆智能控温膜的顶板4的另一端相铰接，组成顶；多根涂覆光热转换涂层的细管2设置在透光顶板1的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管5设置在涂覆智能控温膜的顶板4的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管5的底端与淡水收集水箱6相连通，出水管与淡水收集水箱6连通，将收集的淡水导出；两块竖板之间及顶的下部区域为盐水集水区3。

实施例1中设置在背阴侧的涂覆智能控温膜的顶板4比设置在向阳侧的透光顶板1的温度低20℃；本实施例利用一种低碳脱盐系统淡化海水，脱盐效率高达99.6％；每周可将涂覆光热转换涂层的细管2中的盐分进行收集，仅依靠太阳能驱动实现淡水收集循环，热效率高，充分利用太阳能。

实施例2：本实施例与实施例1的不同点是：一种低碳脱盐系统用于盐碱地修复，将一种低碳脱盐系统放置到盐碱地上，盐水集水区3为封闭式，四块竖板围城框架，四块竖板之间及顶的下部区域为盐水集水区3；将收集的淡水导出到可种植的普通土壤上，盐碱土中增加暗管，暗管下方排放至盐水集水区3。其它结构设置与实施例1相同。

实施例2可以实现盐碱地修复与水循环，盐碱地中高盐度水分经过盐水集水区3收集，经过太阳光照射蒸发后在背阴侧涂覆智能控温膜的顶板4发生冷凝，背阴侧涂覆智能控温膜的顶板4采用智能控温技术，可降低温度20℃，所蒸发的水分在低温区发生冷凝，经过大棚收集作用，实现自动灌溉优质土层作用；冷凝水中无盐分，下渗后进一步实现溶解盐碱地中多余盐分/碱分，起到压盐作用，盐分/碱分溶解后经过暗管排放至集水沟，实现水循环。经过一年时间修复后，盐碱地土壤可实现高效修复，土壤电导率下降38％，总磷浓度提升12％，总钾浓度提升11％，大麦种植试验表明，经处理后出苗率提升17％，亩产量提升24％，效果显著，整体运行依靠太阳照晒蒸发作用，能耗低。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的主旨。

Claims (10)

1.一种低碳脱盐系统，其特征在于一种低碳脱盐系统包括两块竖板、透光顶板(1)、多根涂覆光热转换涂层的细管(2)、盐水集水区(3)、涂覆智能控温膜的顶板(4)、多根涂覆亲水涂层的细管(5)和淡水收集水箱(6)；

所述的透光顶板(1)为透光玻璃板或透光塑料板；

所述的涂覆光热转换涂层的细管(2)为涂覆光热转换涂层的玻璃管或涂覆光热转换涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的涂覆智能控温膜的顶板(4)为涂覆智能控温膜的玻璃板或涂覆智能控温膜的塑料板；

所述的涂覆亲水涂层的细管(5)为涂覆亲水涂层的玻璃管或涂覆亲水涂层的塑料管，直径为1mm～100mm；

所述的两块竖板平行设置，两块竖板的顶端分别铰接透光顶板(1)和涂覆智能控温膜的顶板(4)的一端，透光顶板(1)和涂覆智能控温膜的顶板(4)的另一端相铰接，组成顶；多根涂覆光热转换涂层的细管(2)设置在透光顶板(1)的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管(5)设置在涂覆智能控温膜的顶板(4)的下部，且排成一排，与竖板平行；多根涂覆亲水涂层的细管(5)的底端与淡水收集水箱(6)相连通；两块竖板之间及顶的下部区域为盐水集水区(3)。

2.根据权利要求1所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于所述的涂覆光热转换涂层的细管(2)是按以下步骤制备的：

将聚苯胺、黑镍、还原氧化石墨烯和聚乙烯醇分散到N-甲基吡咯烷酮中，搅拌均匀，得到混合物；再将混合物均匀涂覆到细管的外表面，在80℃～90℃下反应2h～3h，得到涂覆光热转换涂层的细管(2)；所述的涂覆光热转换涂层的细管(2)上的光热转换涂层的厚度为1μm～100μm。

3.根据权利要求2所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于所述的混合物中聚苯胺的质量分数为10％；所述的混合物中黑镍的质量分数为20％；所述的混合物中还原氧化石墨烯的质量分数为1％；所述的混合物中聚乙烯醇的质量分数为15％。

4.根据权利要求1所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于所述的涂覆光热转换涂层的细管(2)的内部填充有吸水性涂层改性的聚酯纤维；所述的吸水性涂层改性的聚酯纤维是按以下步骤制备的：

①、将聚酯纤维浸泡到硅烷偶联剂溶液中，搅拌反应30min～60min，再将聚酯纤维取出，使用无水乙醇清洗3次，得到硅烷偶联剂改性的聚酯纤维；

②、将聚乙烯醇和聚丙烯酰胺溶于去离子水中，得到混合溶液；

③、将硅烷偶联剂改性的聚酯纤维浸入到混合溶液中，再置于温度为95℃下固化5h，取出，得到吸水性涂层改性的聚酯纤维。

5.根据权利要求4所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于步骤①中所述的硅烷偶联剂溶液的质量分数为3％；步骤②中所述的混合溶液中聚乙烯醇的质量分数为5％，聚丙烯酰胺的质量分数为5％。

6.根据权利要求1所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于所述的涂覆智能控温膜的顶板(4)是按以下步骤制备的：

①、将纳米碳酸钙、非球形二氧化硅、丙烯酸乳液和硬脂酸钙混合均匀，得到涂覆液；

②、将涂覆液涂覆到顶板上，再在90℃下干燥8h，得到涂覆智能控温膜的顶板(4)；所述的涂覆智能控温膜的顶板(4)上智能控温膜的厚度为1μm～10μm。

7.根据权利要求6所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于步骤①中所述的涂覆液中纳米碳酸钙的质量分数为5％～10％，非球形二氧化硅的质量分数为5％～10％，丙烯酸乳液的质量分数为50％～80％，硬脂酸钙的质量分数为1％～5％。

8.根据权利要求1所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于所述的涂覆亲水涂层的细管(5)的按以下步骤制备的：

①、将多巴胺、KH560和Tris-HCl缓冲溶液混合，得到涂覆液；

②、将涂覆液涂覆到细管表面，再在室温下反应20h～24h，得到涂覆亲水涂层的细管(5)；所述的涂覆亲水涂层的细管(5)上亲水涂层的厚度为1μm～100μm。

9.根据权利要求8所述的一种低碳脱盐系统，其特征在于步骤①中所述的涂覆液中多巴胺的质量分数为0.5％～5％，KH560的质量分数为0.5％～5％，Tris-HCl缓冲溶液的质量分数为90％～99％。

10.如权利要求1所述的一种低碳脱盐系统的应用，其特征在于一种低碳脱盐系统用于海水淡化、苦咸水淡化或盐碱地修复。

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