[发明专利]一种光驱动电化学催化连续除盐的方法及其除盐流体电池装置

说明书

本发明属于涉及一种利用光照驱动电化学催化连续除盐的方法及其除盐流体电池装置，提供了一种新型的除盐概念，利用太阳能驱动电化学渗析反应来达到除盐目的。一种光驱动电化学催化连续除盐的方法，采用具有光敏半导体材料的导电玻璃作为电化学催化的负极，在光照条件下，负极产生电子从而驱动除盐反应的进行，通过离子交换的方式连续除盐。即通过光照光敏半导体材料产生电子空穴对来驱动正负电极材料电化学氧化还原反应，通过隔离装置进行离子交换的方式连续除盐，本发明原料要求低、制备工艺少、过程简单、操作简便、适合规模生产使用，采用的正负极活性材料成本低，对环境友好，可持续性高，符合新一代高性能绿色环保的除盐理念。

技术领域

本发明属于光电能量转换和光驱动电化学催化透析技术的交叉领域，特别涉及一种利用光照驱动电化学催化连续除盐的方法及其除盐流体电池装置。

背景技术

人口的持续增长和社会的快速发展使得全球水资源危机不断加剧，许多地区面临着淡水资源短缺问题，尤其在中东。海洋是个巨大的水源，其水量占全球 97.5％。海水淡化被认为是最为有效的提供淡水的方法。它已经作为水资源供给的一种重要途径得到广泛认可，目前应用范围较广的海水淡化方法有反渗透膜法、蒸馏法和电渗析法。蒸馏法海水淡化目前主要是在中东应用较为普遍，但能耗高，需要消耗大量燃料产生热能；反渗透膜法已非常成熟，具有工艺简单、除盐率高、制水成本低、操作方便、不污染环境等主要优点，但存在对水质要求较严格、需对原水进行预处理等缺点；电渗析过程工艺简单，除盐率高，操作方便。但是水回收率低，而且对不带电荷的物质如有机物、胶体、微生物、悬浮物等无脱除能力。另外，以上这三种海水淡化方法有一个共同的特点，就是需要消耗能量。

因此，提供一种光照脱盐技术势在必行，例如使用太阳光就能达到海水淡化目的。这对于当前海水淡化能耗过大，资源供应不足的问题具有重要意义。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种光驱动电化学催化连续除盐的方法及其除盐流体电池装置。本发明提供了一种新型的除盐概念，即利用太阳能驱动电化学渗析反应来达到除盐目的。

一种光驱动电化学催化连续除盐的方法，采用具有光敏半导体材料的导电玻璃作为电化学催化的负极，在光照条件下，负极产生电子从而驱动除盐反应的进行，通过离子交换的方式连续除盐。即通过光照光敏半导体材料产生电子空穴对来驱动正负电极材料电化学氧化还原反应，通过隔离装置进行离子交换的方式连续除盐；

其中，除盐流体电池装置的负极采用具有光敏半导体材料的导电玻璃，除盐流体电池装置以同一电极活性材料的氧化槽、还原槽为正负极，氧化槽和还原槽软管连接相通；

光敏半导体材料包括染料半导体、量子点半导体、元素半导体、无机化合物半导体、有机化合物半导体、非晶态半导体以及液态半导体，其中，更优选的为染料半导体Dyenamo red(瑞典公司Dyenamo生产的红染料)；

所述的具有光敏半导体材料的导电玻璃优选通过以下方法制备：

(a)将FTO玻璃依次用质量分数2％的洗涤剂溶液、去离子水、酒精、丙酮超声清洗；

(b)在(a)中预处理过的FTO玻璃上制备一层过渡层(将1.5ml钛酸异丙酯溶于20ml酒精中配成混合溶液，以1500r/min的速度旋转涂布1min，然后将涂布后的FTO玻璃放在马弗炉中450℃下加热30分钟)；

(c)将0.6g TiO₂粉末，0.1g PEG，0.1g PEO，0.5ml乙酰丙酮，几滴TritonX 100在研钵中混合研磨后，用蒸馏水稀释至5ml，然后超声处理30min后搅拌一夜，涂布在(b)得到的玻璃上，最后在150℃，300℃，450℃，500℃分别加热 10min，15min，10min，30min；

(d)将(c)得到的FTO玻璃放入40mmol/L的TiO₂溶液中70℃下处理 30min，然后将处理过的玻璃500℃下加热1h；