一种太阳能驱动的盐提取蒸发器

1.本发明涉及光热转换领域，具体涉及太阳能驱动的盐提取装置。


背景技术：

2.随着经济的发展和人口增加，人类对水资源的需求不断增加，并且面临着淡水资源、能源短缺的问题。地球表面71％的部分都被海洋覆盖，但海水不能直接饮用，而太阳能作为可再生能源，就使得利用清洁高效的太阳能实施光热蒸发海水淡化备受关注。太阳能净水装置是一种将咸水、海水净化成淡水的装置。传统的太阳能蒸馏技术会有不必要的水体加热，大部分能量在升温过程中以其他方式辐射，导致光热转换效率较低。
3.界面太阳能蒸发是实现高效太阳能海水淡化的最有前景的方法之一。然而，盐水中稳定高效的蒸发仍然是一个挑战。在过去几年中，盐分的间歇性积累是提高蒸发器稳定性的常见手段。在太阳照射下积累的盐分在浓度差的作用下，会在黑暗中溶解回大量盐水。通过控制太阳照射下的蒸发时间和黑暗中的溶解时间，很容易实现稳定的脱盐。这种方法虽然能够稳定脱盐，但会带来严重的盐污染。相比之下，控制盐分出现在指定位置而不是整个蒸发表面是一种更有意义的策略，可以实现稳定的集水和收盐，符合零液体排放的概念。


技术实现要素：

4.本发明要解决现有蒸发器稳定性较差，光热转化效率低的技术问题，而提供一种太阳能驱动的盐提取蒸发器。
5.一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器包括吸收体、水通道、隔热层和储水器，其中吸收体覆盖在储水器上方，隔热层设置在储水器液面与吸收体之间，在储水器内部设置水通道，并且水通道穿过隔热层和吸收体；
6.进一步的，所述吸收体的材质为涂覆聚吡咯的玻璃纤维。涂覆方法采用浸渍方式。
7.进一步的，所述玻璃纤维的长径比为100∶1。
8.进一步的，所述水通道材质为棉线，直径为5mm。
9.进一步的，设置一条或多条水通道。
10.进一步的，当储水器内部设置多条水通道时，多条水通道在液面上汇聚在一起，再穿过隔热层和吸收体。
11.进一步的，所述水通道在吸收体底面的中心位置穿过。
12.进一步的，所述隔热层材质为聚苯乙烯泡沫。
13.本发明的有益效果是：
14.本发明提供了一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器的稳定脱盐性能得益于精致的单向盐水流动蒸发结构，其中涂覆聚吡咯的玻璃纤维作为吸收体，盐水的入口位于ppy-gf的中心，且装置拥有一个棉线水通道，盐水只能沿一个固定的方向流动，利用玻璃纤维对水通道产生吸水效果，ppy-gf边缘的点将具有较高的盐度，并随着盐水蒸发率先达到饱和，导致边缘优先的出现盐结晶的行为。当盐晶体的重力大于盐晶体和ppy-gf之间的作
用力时，生长在ppy-gf边缘的盐晶体会下落，最终呈现蒸汽和盐共同生成的现象。利用comsol软件对这一过程进行了研究，根据计算，入口的盐度较低，离入口较远的点具有较高的盐度；最后，边缘达到饱和，而吸收器的其他部分显示低盐度，与本实验结果和解释一致。因此，本发明设置的单向盐水流动结构，盐晶体出现在边缘，最终呈现出稳定的脱盐性能。
15.经验证本发明ppy-gf太阳能蒸发器在盐水中表现出更稳定的脱盐性能。基于ppy-gf的太阳能提盐蒸发器在1sun下在不同盐度盐水中的脱盐性能。蒸发器在3.5wt％、10.0wt％和18.0wt％nacl溶液中分别实现了1.17kg m-2
h-1
、1.15kg m-2
h-1
和0.97kg m-2
h-1
的稳定蒸发率。
16.本发明用于盐提取。
附图说明
17.图1为实施例一所述一种太阳能驱动的盐提取蒸发器的结构示意图；
18.图2为实施例一所述吸收体涂覆聚吡咯的玻璃纤维(ppy-gf)和玻璃纤维(gf)的uv-vis-nir吸收光谱图，其中a代表ppy-gf，b代表gf；
19.图3为实施例一与实施例二在1sun光强照射下纯水蒸发速率对比图，其中
★
代表实施例一，
●
代表实施例二；
20.图4为实施例一在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及初始吸收体表面和9h吸收体表面照片；
21.图5为实施例二在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及初始吸收体表面和9h吸收体表面照片；
22.图6为实施例一在0.5sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、5h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
23.图7为实施例一在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、3h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
24.图8为实施例一在2sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、2h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
25.图9为实施例一在1sun光强照射下3.5wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、4h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
26.图10为实施例一在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、3h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
27.图11为实施例一在1sun光强照射下18.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及1h吸收体表面、2h吸收体表面和9h吸收体表面照片；
28.图12为实施例三所述一种太阳能驱动的盐提取蒸发器的结构示意图。
具体实施方式
29.本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
30.具体实施方式一：本实施方式一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器包括吸收体2、水通道4、隔热层3和储水器1，其中吸收体2覆盖在储水器1上方，隔热层3设置在储水
器液面与吸收体2之间，在储水器1内部设置水通道4，并且水通道4穿过隔热层3和吸收体2。
31.具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述吸收体2的材质为涂覆聚吡咯的玻璃纤维。其它与具体实施方式一相同。
32.具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述吸收体2的直径为6cm。其它与具体实施方式一或二相同。
33.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的是：所述玻璃纤维的长径比为100∶1。其它与具体实施方式一至三之一相同。
34.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的是：所述水通道4材质为棉线，直径为5mm。其它与具体实施方式一至四之一相同。
35.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的是：设置一条或多条水通道4。其它与具体实施方式一至五之一相同。
36.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的是：当储水器内部设置多条水通道4时，多条水通道4在液面上汇聚在一起，再穿过隔热层3和吸收体2。其它与具体实施方式一至六之一相同。
37.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的是：所述水通道4在吸收体2底面的中心位置穿过。其它与具体实施方式一至七之一相同。
38.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的是：所述隔热层3材质为聚苯乙烯泡沫。其它与具体实施方式一至八之一相同。
39.具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一不同的是：所述隔热层的厚度为8～30mm。其它与具体实施方式一至九之一相同。
40.采用以下实施例验证本发明的有益效果：
41.实施例一：
42.本实施例一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器包括吸收体2、水通道4、隔热层3和储水器1，其中吸收体2覆盖在储水器1上方，隔热层3设置在储水器液面与吸收体2之间，在储水器1内部设置水通道4，并且水通道4穿过隔热层3和吸收体2；
43.所述吸收体的材质为涂覆聚吡咯的玻璃纤维。吸收体的直径为6cm。
44.所述玻璃纤维的长径比为100∶1。
45.所述水通道材质为棉线，直径为5mm。
46.设置一条水通道，所述水通道在吸收体底面的中心位置穿过。
47.所述隔热层材质为聚苯乙烯泡沫。隔热层的直径为4cm。
48.图1为实施例一所述一种太阳能驱动的盐提取蒸发器的结构示意图。
49.实施例二：
50.本实施例一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器包括吸收体2、水通道4、隔热层3和储水器1，其中吸收体2覆盖在储水器1上方，隔热层3设置在储水器液面与吸收体2之间，在储水器1内部设置水通道4，并且水通道4穿过隔热层3和吸收体2；
51.所述吸收体的材质为涂覆聚吡咯的玻璃纤维。吸收体的直径为6cm。
52.所述玻璃纤维的长径比为100∶1。
53.所述水通道材质为棉线，直径为5mm。
54.设置2条水通道，且两条水通道分别从两个对称点穿过隔热层和吸收体。
55.所述隔热层材质为聚苯乙烯泡沫。隔热层的直径为4cm。
56.实施例三：
57.本实施例一种太阳能驱动的盐提取蒸发器，该蒸发器包括吸收体2、水通道4、隔热层3和储水器1，其中吸收体2覆盖在储水器1上方，隔热层3设置在储水器液面与吸收体2之间，在储水器1内部设置水通道4，并且水通道4穿过隔热层3和吸收体2；
58.所述吸收体的材质为涂覆聚吡咯的玻璃纤维。吸收体的直径为6cm。
59.所述玻璃纤维的长径比为100∶1。
60.所述水通道材质为棉线，直径为5mm。
61.设置两条水通道，所述水通道在吸收体底面的中心位置穿过。储水器内部两条水通道4在液面上汇聚在一起，再穿过隔热层3和吸收体2。
62.所述隔热层材质为聚苯乙烯泡沫。隔热层的直径为4cm。
63.将实施例一和实施例二所述的盐提取蒸发器在氙灯照射下进行测试。
64.图2为实施例一所述吸收体涂覆聚吡咯的玻璃纤维(ppy-gf)和玻璃纤维(gf)的uv-vis-nir吸收光谱图，由图说明ppy-gf对于太阳光的吸收要远远高于gf。
65.图3为实施例一与实施例二在1sun光强照射下纯水蒸发速率对比图。由图可以看出，两种太阳能蒸发器在纯水中的蒸发速率相似，但后续实验结果证明实施例一太阳能蒸发器在盐水中表现出更稳定的脱盐性能。
66.图4为实施例一在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及初始吸收体表面和9h吸收体表面照片，在氙灯1sun下照射9小时后，ppy-gf太阳能蒸发器在10.0wt％nacl溶液中的蒸发速率可以稳定在1.15kg m-2
h-1
，并且ppy-gf的边缘逐渐出现盐晶体。
67.相比之下，图5为实施例二在1sun光强照射下10.0wt％nacl溶液的蒸发速率变化图及初始吸收体表面和9h吸收体表面照片，该太阳能蒸发器在10.0wt％nacl溶液中，在氙灯1sun下工作9h后，蒸发速率从1.20kg m-2
h-1
下降到0.70kg m-2
h-1
，并且盐晶体完全覆盖了ppy-gf的表面，盐晶体覆盖在吸收体表面，会导致吸收体ppy-gf的蒸发速率下降。
68.太阳能驱动的盐提取蒸发器的稳定脱盐性能也和太阳能通量及盐水浓度有关。通过图6～8，测试ppy-gf太阳能蒸发器在10.0wt％nacl溶液中的脱盐性能。蒸发器在0.5sun、1.0sun和2.0sun下分别实现了0.62kg m-2
h-1
、1.15kg m-2
h-1
和1.81kg m-2
h-1
的稳定蒸发率。通过图9～11，测试ppy-gf的太阳能提盐蒸发器在1sun下在不同盐度盐水中的脱盐性能。蒸发器在3.5wt％、10.0wt％和18.0wt％nacl溶液中分别实现了1.17kg m-2
、1.15kg m-2
和0.97kg m-2
h-1
的稳定蒸发率。