[发明专利]一种自驱动海水淡化和海水电解的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及海水淡化及摩擦纳米发电机技术领域，具体地，涉及自驱动 海水淡化和海水电解的装置及方法。

背景技术

随着环境污染及人口膨胀的加剧，水资源危机已成为仅次于全球变暖的 世界第二大环境问题。而淡水资源作为人类生存不可或缺的元素，仅占全球 水资源总量的2.53％。世界范围内的普遍缺水使得海水淡化技术从中东的沙 漠地区扩展到全球的主要沿海国家。经过半个世纪的发展，海水淡化技术已 经为解决水资源匮乏问题发挥了重要的作用。

现有的海水淡化技术较常用的有多级闪蒸、低温多效蒸馏和反渗透法 等，其中多级闪蒸和低温多效蒸馏法均会消耗大量的热能，而反渗透法则需 要利用电能驱动高压泵将海水送入膜组件内，这些技术的实现都要以消耗传 统能源为代价。随着能源短缺的加剧，越来越需要开发新颖、高效的技术， 可以从周围环境中获取能量来淡化海水。近年来出现的微生物脱盐电池通过 微生物的活动使得污水基底中的物质发生氧化还原反应产生电流，为电渗析 装置提供电能，实现了不依靠传统能源来淡化盐水的目标，但是工作24小 时后，该系统产出的淡水远没有达到饮用水的盐度标准值。

发明内容

本发明的目的是提供一种自驱动海水淡化和海水电解的装置及方法，用 于解决现有海水淡化技术中能源消耗大、新型能源效果不佳等技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种自驱动海水淡化装置，包括：摩 擦纳米发电机；分别连接所述摩擦纳米发电机的正、负信号输出端的两个电 极板；以及交替放置在所述两个电极板之间的若干阳离子交换膜和阴离子交 换膜。

优选地，还包括夹紧装置，其用于将所述电极板、阳离子交换膜和阴离 子交换膜连成整体。

优选地，所述摩擦纳米发电机依次连接变压器和整流桥后，再连接至所 述电极板。

优选地，所述摩擦纳米发电机包括从下至上依次接触设置在同一根转轴 上的缓冲层、第一摩擦层、第二摩擦层和第一导电元件，所述转轴与驱动装 置连接，所述驱动装置在水流运动的推动下带动所述转轴转动，使所述第二 摩擦层的下表面材料和所述第一摩擦层的上表面材料发生相对滑动摩擦，以 产生电信号，并通过所述第一导电元件向所述电极板输出电信号。

优选地，所述第一导电元件的电极A和电极B交替排列，且电极A和 电极B间留有间隙。

优选地，在所述第一导电元件的上表面和/或缓冲层的下表面接触设置 支撑层。

优选地，所述第一摩擦层厚度范围为50nm-5mm，所述第二摩擦层厚度 范围为10nm-1mm。

优选地，所述摩擦纳米发电机包括从下至上依次设置的第三摩擦层、第 四摩擦层和第二导电元件，所述第三摩擦层同时作为第三导电元件，且所述 第四摩擦层和第二导电元件均呈拱形放置，拱形的边缘与所述第三摩擦层和 所述第三导电元件紧贴，在水流运动的拍打下，所述第四摩擦层的下表面材 料和所述第三摩擦层的上表面材料发生接触，以产生电信号，并通过所述第 二导电元件和所述第三导电元件向所述电极板输出电信号。

优选地，在所述第二导电元件的上表面和/或所述第三导电元件的下表 面接触设置支撑层。

优选地，所述第三摩擦层和第四摩擦层的厚度范围为50nm-5mm。

优选地，设置在所述第二导电元件的上表面的支撑层为拱形。

本发明的技术方案还包括一种自驱动海水淡化方法，其采用上述任一海 水淡化装置，包括：摩擦纳米发电机依靠水流运动的推动和/或拍打产生电信 号，并利用该电信号使两个电极板间产生电场；在电场的作用下，通过阳离 子交换膜和阴离子交换膜的选择透过性，使海水中的离子产生选择性迁移， 实现海水淡化。

优选地，对摩擦纳米发电机产生的电信号进行变压和整流，再输出给所 述电极板。

本发明的技术方案还包括一种自驱动海水电解装置，包括：摩擦纳米发 电机；分别连接在所述摩擦纳米发电机的正、负信号输出端的两个电极；插 入有所述两个电极的电解容器；以及所述电解容器中的电解液。

优选地，所述电解液为海水或者上述任一所述的海水淡化装置中排出的 浓盐水。

优选地，所述摩擦纳米发电机采用上述任一的摩擦纳米发电机。

优选地，所述电解容器为U形管，所述两个电极各插入U形管的一端。