CN116891274A - 自供能双静电法脱盐净水 - Google Patents
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Abstract
本发明提供自供能双静电法脱盐净水。静电吸引、重力分离、正反馈在正负离子分离管中实现溶液中阴离子与阳离子的分离，静电排斥、静电吸引、延滞性静电分离管道实现同电性离子的分区，特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生机械能及电能，二次离子水箱与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，多级正负离子分离管与延滞性静电分离管道使脱盐净水效果提升，采用风力机等原位将海水提取至盐水箱。本发明所述方法充分利用液体的重力势能及正反馈机制产生强电场，同时利用静电吸引与静电排斥双静电法高效率分离阴阳离子制备净水，显著提高脱盐效果。
Description
技术领域
本发明涉及脱盐净水领域，尤其是自供能双静电法脱盐净水。
背景技术
由于环境污染的影响，淡水资源的供给成为问题，供给技术的探索尤其是海水淡化新技术的探索是有效解决水资源危机的途径。传统的电泳法进行海水淡化时采用正负电极产生电场直接对含正负离子的海水溶液进行处理，溶液中的正负离子自身具备相互吸引力，在无约束力时具备均匀分布的趋势，在弱电场力时脱盐效果并不明显，在强电场下其自身正负离子相互吸引力显著增强，增加了分离难度。当盐分浓度较大时电泳法脱盐率较低。
发明内容
本发明充分利用液体的重力势能及正反馈机制产生强电场，同时利用静电吸引与静电排斥双静电法高效率分离阴阳离子制备净水。
本发明基于以下原理及机制：
首先，采用静电吸引、重力分离、正反馈在正负离子分离管中实现溶液中阴离子与阳离子的分离，正负离子分离管采用折返路径设置，提升溶液的运动路程，从而延长离子分离时间。
其次，采用静电排斥、静电吸引、延滞性静电分离管道实现同电性离子的分区，减少或消除溶液中正负离子相互吸引造成的匀质化分布，增加了溶液自身静电斥力的作用，在外部异电荷静电板的吸引下获得显著的去离子化，延滞性静电分离管道中部区域可分离出含少量或极少量离子的净水，边缘区域可分离出高浓度带电溶液，净水与离子水的分流提高了带电溶液浓度。
然后，采用特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生机械能，通过传动带连接发电机，发电机的正负极分别连接正负离子分离管附近的静电板，提供初始的静电吸引力，确定每个离子水箱的正负电性。
再次，二次离子水箱连接相反电性的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外侧的静电板形成等势体，与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，同时减轻或消除延滞性静电分离管道入水口处的液体飞溅现象。
最后，利用多级正负离子分离管与延滞性静电分离管道使脱盐净水效果提升，采用风力机等原位将海水提取至盐水箱，获得初始的重力势能。
脱盐率的定义为离子质量浓度变化量占离子初始浓度的百分数。
本发明采用如下技术方案：
自供能双静电法脱盐净水，包括如下步骤：
(1)采用风力机将海水抽到盐水箱内，海水在重力作用下流入正负离子分离管，正负离子分离管采用折返路径设置，上下层通过连接通道联通，提升溶液的运动路程与静电的作用时间，海水中的正负电荷因为静电板的静电吸引作用分别流向一边，正负离子分离管最底层分为三个管道，两边为一次离子水出口，分别流出正负离子溶液，中间为一次去离子水出口并延伸至下一个盐水箱进行下一个静电分离环节；
(2)在一次离子水出口的下方设置圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机，特斯拉涡轮机置于延滞性静电分离管道内部，延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外部为静电板，延滞性静电分离管道为螺旋形，同电性离子从一次离子水入水口进入延滞性静电分离管道后自身的静电排斥作用使电荷往外周移动，外部的静电板带异电性电荷，离子进一步聚集到边缘，离子在螺旋形管道从高到低并且从低到高经过长的距离延滞充分进行去中心化分离，带电水溶液通过中心的去离子水入口和两边的离子水入口进入特斯拉涡轮机，液体动能转换为特斯拉涡轮机的旋转机械能，液体从二次离子水管道和二次去离子水出口流出特斯拉涡轮机；
(3)二次离子水流入圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机下方的两个二次离子水箱，二次离子水箱分别存储阴阳离子，分别通过引出导线交叉连接正负离子分离管两侧的静电板，形成正反馈回路，二次离子水箱中的带电离子指数型增多，正负离子分离管两侧静电板的静电会急剧增加，同时每个独立带单电性电荷的二次离子水箱引出导线连接圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电板，随着二次离子水箱中的带电离子指数型增多，圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电作用也会急剧增加，吸引更多同电性离子进入同一延滞性静电分离管道，静电斥力也会增加；
(4)特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生机械能，通过传动带连接发电机，发电机的正负极分别连接正负离子分离管附近的静电板，提供初始的静电吸引力，确定每个离子水箱的正负电性；
(5)二次去离子水出口的水作为净水进行收集利用，二次离子水出口的离子水注入底部二次离子水箱，二次离子水箱注满后过多的离子水从容器口重新流入海水中；
(6)二次离子水箱连接相反电性的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外侧的静电板形成等势体，与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，同时减轻或消除延滞性静电分离管道入水口处的液体飞溅现象；
(7)设置多级正负离子分离管使脱盐净水效果提升，采用风力机等原位将海水提取至盐水箱，获得初始的重力势能。
步骤(1)中的正负离子包括Na+、K+、Mg2+、Ca2+、H+、Cl-、Br-、SO4 2-、CO3 2-、OH-、C3H7COO－、C8H17COO－、溶胶粒子以及吸附或携有阴阳离子的带电颗粒。
步骤(1)中的静电板的材质为铜、银、金、不锈钢、高镍合金、高铝合金、钛合金、钨合金、导电聚合物、炭黑、富勒烯、碳纳米管。
步骤(2)中的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机接触处的二次去离子水入口以及两边的二次离子水入口的面积比例可以进行调节，去离子水中含盐量为0.01-100mg/L，带电粒子浓度提升比例为17-55％。
步骤(2)中的特斯拉涡轮机的直径为16-1000cm，特斯拉涡轮机中涡轮叶片之间的距离为0.3-10mm，涡轮叶片旋转速度控制在100-50000r/min。
步骤(3)中的正负离子分离管两侧静电板的静电压为-100000-100000V。
步骤(3)中的二次离子水箱的静电压为-100000-100000V。
步骤(7)中的脱盐净水效果表现为海水的脱盐率为-98.5--60％。
本发明具有如下优势：
(1)本发明所述方法充分利用液体的重力势能及正反馈机制产生强电场，同时利用静电吸引与静电排斥双静电法高效率分离阴阳离子制备净水，显著提高脱盐效果，同时可制备高浓度带电溶液，为电化学、清洁能源、海水淡化、水伏发电、摩擦发电、霍尔效应、反常霍尔效应等电磁学相关物化过程的原理研究与应用实践提供了可供操作的研究对象与实践媒介。
(2)本发明所述方法首先通过静电吸引外力在正负离子分离管分离阴阳离子，再利用同电性离子自带的静电斥力以及静电吸引外力在环状的延滞性静电分离管道进行中间水与离子的分离，延滞性静电分离管道不仅采用环状结构增大了路径使静电斥力充分实现其功能，还存在高低位置，有助于部分存储带电液体，迟滞静电排斥过程，增加电荷分离效率。
(3)本发明所述方法中的特斯拉涡轮机与延滞性静电分离管道无缝集成到一起，采用液体的粘性力将液体的势能转换成机械能，最终通过电机转换为电能，能够确定各个管道中离子的电性，增加静电吸引外力分离阴阳离子，增强正反馈过程。
(4)本发明所述方法中二次离子水箱连接相反电性的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外侧的静电板形成等势体，与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，同时减轻或消除延滞性静电分离管道入水口处的液体飞溅现象。
(5)本发明所述方法采用特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生电能提供静电吸引力。
(6)本发明所述方法原理分明、结构清晰、设计完全、工艺简单、材料易得、要求较低，可大规模生产。
附图说明
图1为本发明采用自供能双静电法脱盐净水的原理示意图。1为盐水箱，2为正负离子分离管，3为连接通道，4为一次离子水出口，5为一次离子水出口，6为一次去离子水出口，7为静电板，8为静电板，9为静电板，10为静电板，11为一次离子水入水口，12为静电分离管道，13为特斯拉涡轮机，14为二次离子水管道，15为二次离子水管道，16为二次去离子水管道，17为涡轮叶片，18为涡轮叶片，19为涡轮叶片，20为二次离子水出口，21为二次离子水出口，22为二次去离子水出口，23为旋转轴，24为静电板，25为传动带，26为发电机，27为导线，28为导线，29为二次离子水箱，30为二次离子水箱，31为导线，32为导线，33为导线，34为导线，35为净水箱，36为海面，37为风力机，38为海水管道，39为导线。
图2为正负离子分离管部位的结构示意图。2为正负离子分离管，4为一次离子水出口，5为一次离子水出口，6为一次去离子水出口，7为静电板，8为静电板，9为静电板，10为静电板。
图3为特斯拉涡轮机部位的结构示意图。14为二次离子水管道，15为二次离子水管道，16为二次去离子水管道，17为涡轮叶片，18为涡轮叶片，19为涡轮叶片，20为二次离子水出口，21为二次离子水出口，22为二次去离子水出口，23为旋转轴，24为静电板。
具体实施方式
为便于理解本发明，本发明列举实施例如下。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅用于帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。
实施例1
(1)采用风力机将海水抽到盐水箱内，海水含盐质量分数为35‰，海水在重力作用下流入正负离子分离管，正负离子分离管采用折返路径设置为5层，上下层通过连接通道联通，提升溶液的运动路程与静电的作用时间，海水中的正负电荷因为静电板的静电吸引作用分别流向一边，正负离子分离管最底层分为三个管道，两边为一次离子水出口，分别流出正负离子溶液，中间为一次去离子水出口并延伸至下一个盐水箱进行下一个静电分离环节。
(2)在一次离子水出口的下方设置圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机，特斯拉涡轮机置于延滞性静电分离管道内部，延滞性静电分离管道直径为100cm，特斯拉涡轮机直径为40cm，特斯拉涡轮机中涡轮叶片之间的距离为6mm，延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外部为静电板。延滞性静电分离管道为螺旋形，同电性离子从一次离子水入水口进入延滞性静电分离管道后自身的静电排斥作用使电荷往外周移动，外部的静电板带异电性电荷，离子进一步聚集到边缘，离子在螺旋形管道从高到低并且从低到高经过长的距离延滞充分进行去中心化分离，带电水溶液通过中心的去离子水入口和两边的离子水入口进入特斯拉涡轮机，液体动能转换为特斯拉涡轮机的旋转机械能，液体从二次离子水管道和二次去离子水出口流出特斯拉涡轮机，带电离子浓度相比较一次离子水提升比例为27-35％。
(3)二次离子水流入圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机下方的两个二次离子水箱，二次离子水箱分别存储阴阳离子，分别通过引出导线交叉连接正负离子分离管两侧的静电板，形成正反馈回路，二次离子水箱中的带电离子指数型增多，正负离子分离管两侧静电板的静电会急剧增加，同时每个独立带单电性电荷的二次离子水箱引出导线连接圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电板，随着二次离子水箱中的带电离子指数型增多，圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电作用也会急剧增加，吸引更多同电性离子进入同一延滞性静电分离管道，静电斥力也会增加。
(4)特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生机械能，通过传动带连接发电机，发电机的正负极分别连接正负离子分离管附近的静电板，提供初始的静电吸引力，确定每个离子水箱的正负电性。
(5)二次去离子水出口的水作为净水进行收集利用，二次离子水出口的离子水注入底部二次离子水箱，二次离子水箱注满后过多的离子水从容器口重新流入海水中。
(6)二次离子水箱连接相反电性的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外侧的静电板形成等势体，与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，同时减轻或消除延滞性静电分离管道入水口处的液体飞溅现象。
(7)设置3级正负离子分离管使脱盐净水效果提升，海水的脱盐率为-80.5％，采用风力机等原位将海水提取至盐水箱，获得初始的重力势能。
(8)采用静电计测量带电溶液的静电压为-30000V。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细工艺设备和工艺流程，但本发明并不局限于上述详细工艺设备和工艺流程，即不意味着本发明必须依赖上述详细工艺设备和工艺流程才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
Claims (8)
1.自供能双静电法脱盐净水，包括如下步骤：
(1)采用风力机将海水抽到盐水箱内，海水在重力作用下流入正负离子分离管，正负离子分离管采用折返路径设置，上下层通过连接通道联通，提升溶液的运动路程与静电的作用时间，海水中的正负电荷因为静电板的静电吸引作用分别流向一边，正负离子分离管最底层分为三个管道，两边为一次离子水出口，分别流出正负离子溶液，中间为一次去离子水出口并延伸至下一个盐水箱进行下一个静电分离环节；
(2)在一次离子水出口的下方设置圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机，特斯拉涡轮机置于延滞性静电分离管道内部，延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外部为静电板，延滞性静电分离管道为螺旋形，同电性离子从一次离子水入水口进入延滞性静电分离管道后自身的静电排斥作用使电荷往外周移动，外部的静电板带异电性电荷，离子进一步聚集到边缘，离子在螺旋形管道从高到低并且从低到高经过长的距离延滞充分进行去中心化分离，带电水溶液通过中心的去离子水入口和两边的离子水入口进入特斯拉涡轮机，液体动能转换为特斯拉涡轮机的旋转机械能，液体从二次离子水管道和二次去离子水出口流出特斯拉涡轮机；
(3)二次离子水流入圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机下方的两个二次离子水箱，二次离子水箱分别存储阴阳离子，分别通过引出导线交叉连接正负离子分离管两侧的静电板，形成正反馈回路，二次离子水箱中的带电离子指数型增多，正负离子分离管两侧静电板的静电会急剧增加，同时每个独立带单电性电荷的二次离子水箱引出导线连接圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电板，随着二次离子水箱中的带电离子指数型增多，圆柱形延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机两侧的静电作用也会急剧增加，吸引更多同电性离子进入同一延滞性静电分离管道，静电斥力也会增加；
(4)特斯拉涡轮机利用液体的重力势能产生机械能，通过传动带连接发电机，发电机的正负极分别连接正负离子分离管附近的静电板，提供初始的静电吸引力，确定每个离子水箱的正负电性；
(5)二次去离子水出口的水作为净水进行收集利用，二次离子水出口的离子水注入底部二次离子水箱，二次离子水箱注满后过多的离子水从容器口重新流入海水中；
(6)二次离子水箱连接相反电性的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机外侧的静电板形成等势体，与延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机内侧的带电溶液形成电容，对高浓度带电溶液起到稳定的作用，同时减轻或消除延滞性静电分离管道入水口处的液体飞溅现象；
(7)设置多级正负离子分离管使脱盐净水效果提升，采用风力机等原位将海水提取至盐水箱，获得初始的重力势能。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的正负离子包括Na+、K+、Mg2 +、Ca2+、H+、Cl-、Br-、SO4 2-、CO3 2-、OH-、C3H7COO－、C8H17COO－、溶胶粒子以及吸附或携有阴阳离子的带电颗粒。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中的静电板的材质为铜、银、金、不锈钢、高镍合金、高铝合金、钛合金、钨合金、导电聚合物、炭黑、富勒烯、碳纳米管。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的延滞性静电分离管道与特斯拉涡轮机接触处的二次去离子水入口以及两边的二次离子水入口的面积比例可以进行调节，去离子水中含盐量为0.01-100mg/L，带电粒子浓度提升比例为17-55％。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中的特斯拉涡轮机的直径为16-1000cm，特斯拉涡轮机中涡轮叶片之间的距离为0.3-10mm，涡轮叶片旋转速度控制在100-50000r/min。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的正负离子分离管两侧静电板的静电压为-100000-100000V。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中的二次离子水箱的静电压为-100000-100000V。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(7)中的脱盐净水效果表现为海水的脱盐率为-98.5--60％。
Priority Applications (1)
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| CN202311029407.2A CN116891274A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 自供能双静电法脱盐净水 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202311029407.2A CN116891274A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 自供能双静电法脱盐净水 |
Publications (1)
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| CN116891274A true CN116891274A (zh) | 2023-10-17 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311029407.2A Pending CN116891274A (zh) | 2023-08-16 | 2023-08-16 | 自供能双静电法脱盐净水 |
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2023
- 2023-08-16 CN CN202311029407.2A patent/CN116891274A/zh active Pending
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