基于气液界面太阳能加热的海水蒸馏淡化及水质控制研究
发布时间：2021-02-27 21:43
近年来兴起的气液界面太阳能加热海水蒸馏淡化技术被认为是解决海岛地区淡水资源短缺问题的有效方法之一。但是蒸馏过程中形成的高温必然加速有机污染物挥发进入冷凝淡化水,造成水质安全风险。本文以碳纳米管（CNTs）、二硫化钼/碳三氮四复合材料（g-C3N4/MoS2）为光热转换材料,无尘纸（ALP）为吸水材料、聚氨酯海绵（PUS）和聚乙烯膨胀泡沫（EPE）为隔热材料,过硫酸钠（PS）为辅助氧化剂,设计组装了 CNTs蒸馏组件（简称CNTs-FSS）和g-C3N4/MoS2蒸馏组件（简称CM-FSS）,分别研究了两种蒸馏组件提升海水蒸发速率并同步削减典型有机污染物进入冷凝淡化水的效能和作用机制。两种蒸馏组件的工作机制:吸水材料通过毛细作用把海水输送到光热转换材料;光热转换材料吸收太阳能加热附着的海水,并通过吸附、光催化以及MoS2活化与气液界面高温热活化过硫酸钠的催化氧化作用削减有机污染物进入冷凝淡化水;隔热材料则把热量集中在气液界面使其不扩散到下层水体。CNTs-FSS蒸馏组件能有效提升水蒸发速率并通过吸附的方式削减典型有机污染物进入冷凝淡化水。CNTs-FSS蒸馏组件对波长范围300-2000...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１海水淡化技术分类［１１］??
浙江大学硕士学位论文???＾?弟发器?■，，冷凝气，??＾?阳环蒸汽?１?＾?＋凝气??低丨丨：雄汽Ｉ?＾?－Ｓ?Ｊ??ｌｉ：??屮Ｍ进料铋浓水Ｗ蒸罐进料泵??图１－３低温多效蒸馏法［叫??（３）压汽蒸馏法??压汽蒸馏法是根据任何气体被压缩时温度升高这一特性，将蒸发器中预热海??水蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩，提高其压力、温度及热焓后再送??回蒸发器的加热室作为加热蒸汽使用，使蒸发器内的海水继续蒸发，而其本身则??冷凝成水，蒸汽的潜热得到了反复利用，从而达到提高热工效率的目的。压汽蒸??馏法主要应用于水源缺乏、供气不便的地区，一般规模不大，其主要优点有：（ａ）??能源使用单一，只需要电能，而且热工效率高；（ｂ）设备简单寿命长，并且节能??高效。其缺点主要是蒸汽压缩机成本较高，不易于大型化应用，而且设备容易产??生腐蚀，维护困难［１７］。??（４）冷冻法??海水在结冰时，盐分被排除在冰晶以外，将冰晶洗涤、分离、融化后即可得??到淡水，利用这一原理进行海水淡化的方法即为冷冻法。冷冻法海水淡化主要包??括冰晶的形成、洗涤、分离、融化等，其中按冰晶形成的途径不同可分为天然冷??冻法和人工冷冻法。天然冷冻法是指在较高纬度地区，可以利用冬天温度低这一??自然环境条件使海水自然冷冻结冰，取冰融化而得到淡水。例如环渤海地区地处??较高纬度区域，在重冰年可采海冰作为淡水资源。人工冷冻法又可分为直接冷冻??法和间接冷冻法。直接冷冻法是指冷冻剂或冷媒与海水直接接触而使海水结冰，??取冰融化而得到淡水；间接冷冻法是指利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使??海水冷冻结冰。冷冻法主要优点有：（ａ）除了重离子
浙江大学硕士学位论文?绪论??且骨效地兒成对太阳能利用。??碳基材料：由于具有吸光度强、光热转化效率高、稳定性好、价格便宜以及??耐用性强等特点，碳基材料一直都是该研究的热点，其中主要包括碳纳米管［３？６１??（如图１－４所示）、碳黑［３７，?３８】、石墨烯［３９－４５】、石墨［４６，４７】、空心碳珠［４８，４９】等。例如，??澳大利亚莫纳什大学Ｚｅｎｇ?Ｙａ等人［４８］采用相转化的方法制备了可漂浮的低密度??毫米级的中空碳珠，并将其用于气液界面加热促进水的蒸发。７１４?ｇ／ｍ２直径为１．５??ｍｍ的空心碳珠的蒸发速率为１．２８?Ｌ／ｎ＾ｈ，是同等条件下纯水蒸发速率２．３７倍。??这些漂浮的空心碳珠光吸收特性能促进气液界面水分子温度的急剧上升，从而导??致水蒸发速率的显著提高。??图１－４垂直排列的碳纳米管阵列及其水蒸发［３６］??贵金属材料：贵金属纳米粒子由于等离子体加热效应能够显著地促进界面加??热过程，所以也激发了很多研究人员的研究兴趣，其中主要包括金纳米粒子［３Ｇ，５Ｑ，??５１］、银纳米线［５２１、铝纳米粒子［５３］等。例如，南京大学乙１１０１１１＾１１等人［５３】发现等离??子技术因其能将光聚焦到亚波长体积中的特性而引起了极大的关注，如图１－５所??示，而这特性将有利于光的收集，光电检测，传感和催化等各种应用。文中设计??了通过铝纳米粒子自组装成三维多孔膜而制造的等离子体增强太阳能海水淡化??装置，形成的多孔等离子体吸收剂可以自然地漂浮在水表面，对太阳光谱的吸收??超过９６％，并将吸收的太阳能集中在水表面，从而实现高效的水蒸发。该装置在??各种照明条件下经过２５次循环后性能仍然稳定，展现出非常好的耐用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[2]海水淡化技术应用研究及发展现状[J]. 郑智颖,李凤臣,李倩,王璐,蔡伟华,李小斌,张红娜. 科学通报. 2016(21)
[3]膜蒸馏海水淡化技术探讨[J]. 吕晓龙,武春瑞,高启君,陈华艳,王暄,贾悦. 水处理技术. 2015(10)
[4]离子交换法在海水淡化中的应用[J]. 陈鹏飞,李媛,陈玲,曾宇佳,王瑶,周学永. 山东化工. 2015(11)
[5]国内外海水淡化发展历史及现状分析[J]. 朱淑飞,薛立波,徐子丹. 水处理技术. 2014(07)
[6]MSF/RO/ED海水淡化技术研究[J]. 李志敏,曾秋苑,李淳,敖宁建. 材料导报. 2012(09)
[7]海水淡化工程技术研究进展[J]. 相凤奎,刘昌岭,丛晓春,业渝光,孙始财,马燕. 给水排水. 2011(S1)
[8]国际水资源现状与研究热点[J]. 张薇,赵亚娟. 地质通报. 2009(Z1)
[9]低温多效蒸馏海水淡化工程与技术进展[J]. 于开录,吕庆春,阮国岭. 中国给水排水. 2008(22)
[10]国内外海水淡化技术的进展[J]. 阮国岭,冯厚军. 中国给水排水. 2008(20)
本文编号：3054839
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１海水淡化技术分类［１１］??
浙江大学硕士学位论文???＾?弟发器?■，，冷凝气，??＾?阳环蒸汽?１?＾?＋凝气??低丨丨：雄汽Ｉ?＾?－Ｓ?Ｊ??ｌｉ：??屮Ｍ进料铋浓水Ｗ蒸罐进料泵??图１－３低温多效蒸馏法［叫??（３）压汽蒸馏法??压汽蒸馏法是根据任何气体被压缩时温度升高这一特性，将蒸发器中预热海??水蒸发出来的二次蒸汽通过压缩机的绝热压缩，提高其压力、温度及热焓后再送??回蒸发器的加热室作为加热蒸汽使用，使蒸发器内的海水继续蒸发，而其本身则??冷凝成水，蒸汽的潜热得到了反复利用，从而达到提高热工效率的目的。压汽蒸??馏法主要应用于水源缺乏、供气不便的地区，一般规模不大，其主要优点有：（ａ）??能源使用单一，只需要电能，而且热工效率高；（ｂ）设备简单寿命长，并且节能??高效。其缺点主要是蒸汽压缩机成本较高，不易于大型化应用，而且设备容易产??生腐蚀，维护困难［１７］。??（４）冷冻法??海水在结冰时，盐分被排除在冰晶以外，将冰晶洗涤、分离、融化后即可得??到淡水，利用这一原理进行海水淡化的方法即为冷冻法。冷冻法海水淡化主要包??括冰晶的形成、洗涤、分离、融化等，其中按冰晶形成的途径不同可分为天然冷??冻法和人工冷冻法。天然冷冻法是指在较高纬度地区，可以利用冬天温度低这一??自然环境条件使海水自然冷冻结冰，取冰融化而得到淡水。例如环渤海地区地处??较高纬度区域，在重冰年可采海冰作为淡水资源。人工冷冻法又可分为直接冷冻??法和间接冷冻法。直接冷冻法是指冷冻剂或冷媒与海水直接接触而使海水结冰，??取冰融化而得到淡水；间接冷冻法是指利用低温冷冻剂与海水进行间接热交换使??海水冷冻结冰。冷冻法主要优点有：（ａ）除了重离子
浙江大学硕士学位论文?绪论??且骨效地兒成对太阳能利用。??碳基材料：由于具有吸光度强、光热转化效率高、稳定性好、价格便宜以及??耐用性强等特点，碳基材料一直都是该研究的热点，其中主要包括碳纳米管［３？６１??（如图１－４所示）、碳黑［３７，?３８】、石墨烯［３９－４５】、石墨［４６，４７】、空心碳珠［４８，４９】等。例如，??澳大利亚莫纳什大学Ｚｅｎｇ?Ｙａ等人［４８］采用相转化的方法制备了可漂浮的低密度??毫米级的中空碳珠，并将其用于气液界面加热促进水的蒸发。７１４?ｇ／ｍ２直径为１．５??ｍｍ的空心碳珠的蒸发速率为１．２８?Ｌ／ｎ＾ｈ，是同等条件下纯水蒸发速率２．３７倍。??这些漂浮的空心碳珠光吸收特性能促进气液界面水分子温度的急剧上升，从而导??致水蒸发速率的显著提高。??图１－４垂直排列的碳纳米管阵列及其水蒸发［３６］??贵金属材料：贵金属纳米粒子由于等离子体加热效应能够显著地促进界面加??热过程，所以也激发了很多研究人员的研究兴趣，其中主要包括金纳米粒子［３Ｇ，５Ｑ，??５１］、银纳米线［５２１、铝纳米粒子［５３］等。例如，南京大学乙１１０１１１＾１１等人［５３】发现等离??子技术因其能将光聚焦到亚波长体积中的特性而引起了极大的关注，如图１－５所??示，而这特性将有利于光的收集，光电检测，传感和催化等各种应用。文中设计??了通过铝纳米粒子自组装成三维多孔膜而制造的等离子体增强太阳能海水淡化??装置，形成的多孔等离子体吸收剂可以自然地漂浮在水表面，对太阳光谱的吸收??超过９６％，并将吸收的太阳能集中在水表面，从而实现高效的水蒸发。该装置在??各种照明条件下经过２５次循环后性能仍然稳定，展现出非常好的耐用
【参考文献】：
期刊论文
[1]Three-dimensional artificial transpiration for efficient solar waste-water treatment[J]. Xiuqiang Li,Renxing Lin,George Ni,Ning Xu,Xiaozhen Hu,Bin Zhu,Guangxin Lv,Jinlei Li,Shining Zhu,Jia Zhu. National Science Review. 2018(01)
[2]海水淡化技术应用研究及发展现状[J]. 郑智颖,李凤臣,李倩,王璐,蔡伟华,李小斌,张红娜. 科学通报. 2016(21)
[3]膜蒸馏海水淡化技术探讨[J]. 吕晓龙,武春瑞,高启君,陈华艳,王暄,贾悦. 水处理技术. 2015(10)
[4]离子交换法在海水淡化中的应用[J]. 陈鹏飞,李媛,陈玲,曾宇佳,王瑶,周学永. 山东化工. 2015(11)
[5]国内外海水淡化发展历史及现状分析[J]. 朱淑飞,薛立波,徐子丹. 水处理技术. 2014(07)
[6]MSF/RO/ED海水淡化技术研究[J]. 李志敏,曾秋苑,李淳,敖宁建. 材料导报. 2012(09)
[7]海水淡化工程技术研究进展[J]. 相凤奎,刘昌岭,丛晓春,业渝光,孙始财,马燕. 给水排水. 2011(S1)
[8]国际水资源现状与研究热点[J]. 张薇,赵亚娟. 地质通报. 2009(Z1)
[9]低温多效蒸馏海水淡化工程与技术进展[J]. 于开录,吕庆春,阮国岭. 中国给水排水. 2008(22)
[10]国内外海水淡化技术的进展[J]. 阮国岭,冯厚军. 中国给水排水. 2008(20)
本文编号：3054839
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