[发明专利]一种太阳能光热膜蒸馏装置

说明书

本发明公开了一种太阳能光热膜蒸馏装置，从左到右依次包括给水腔、蒸汽腔、冷凝水腔；所述蒸汽腔内从左到右依次设有独立式光热蒸发材料、若干个水蒸汽通道和疏水膜，所述独立式光热蒸发材料的底部插入给水腔中；所述给水腔中的给水经蒸汽腔蒸发形成蒸汽后进入冷凝水腔内。本发明提供的太阳能光热膜蒸馏装置具有结构简单、易于操作的特点，避免了由于给水和膜直接接触造成的膜污染问题，能够高效收集冷凝水，解决了冷凝水和蒸汽的挡光问题，提高了光热膜蒸馏系统的稳定性和太阳能利用效率。

技术领域

本发明涉及海水淡化技术领域，特别涉及一种太阳能光热膜蒸馏装置。

背景技术

伴随着气候变化、人口增加和经济发展，淡水资源的短缺和污染问题已变得日益严重，成为一个亟需解决的全球性问题。作为生产淡水的一种有效方法，膜蒸馏最近引起了人们极大的关注。膜蒸馏是采用疏水微孔膜以膜两侧的蒸汽压差为传质驱动力的新型膜分离过程，具有操作温度较低(～70℃)、对给水的盐度相对不敏感性、并能脱除几乎全部的非挥发性溶质等优点。太阳能是地球上分布最广，储量最大的能源，因其可持续、绿色等特点，研究和工业领域近年来广泛关注于利用太阳能驱动膜蒸馏过程的相关技术。

在传统的太阳能驱动水处理系统中，冷凝水不易收集、冷凝水和蒸汽阻挡入射光等问题，会严重削弱系统的蒸发效率和稳定性。因此，设计合理的水处理系统，高效收集冷凝水、解决冷凝水和蒸汽的挡光问题是实现高效水处理的关键。而膜蒸馏利用疏水膜对侧的冷凝水高效收集穿过膜的蒸汽，并解决了挡光问题。

在传统的太阳能驱动膜蒸馏系统中，通常是利用太阳能集热器提供的热能来加热给水，实现海水淡化和污水处理。该方法需要加热给水整体，通过对流、传导的散热严重，太阳能利用率低。2014年，美国麻省理工学院Gang Chen课题组提出了局域化加热的概念，高效利用太阳能进行快速的光热蒸发，显著地提高了太阳能的利用效率[H.Ghasemi etal.Nat.Commun.2014,5:4449]。随后，基于局域化加热概念的光热膜蒸馏被提出，将光热蒸发材料沉积在膜上或掺入膜中，在光照下，对流经膜上的给水直接进行光热蒸发，实现膜蒸馏过程[A.Politano et al.Adv.Mater.2017,29；1603504]。随后的相关研究对光热膜蒸馏系统做了进一步优化，主要集中在对光热蒸发材料的研究上，如：优化光热蒸发材料的吸光性[D P.Dongare et al.Proc.Natl Acad.Sci.USA 2017,114；6936-6941；L.Huang etal.Desalination 2018,442；1-7]，而在实际应用中，由于光热蒸发材料直接与大量给水直接接触，造成了光热蒸发材料向给水整体的热损失，严重削弱系统的光热蒸发效率。同时，给水与膜进行直接接触，也造成了膜污染的问题。因此，设计合理的光热蒸发材料和膜两者的结构是实现长期稳定且高效的水处理的关键。此外，现有太阳能膜蒸馏系统往往结构较复杂，制造成本较高，如：申请号为CN200520005444.0的中国专利公开的一种太阳能膜蒸馏装置，所述热工质加热装置中加入热太阳能加热装置，冷工质冷却装置采用太阳能冷却装置，驱动装置采用太阳能发电装置，但是整个装置体积较庞大，系统成本高。所以，面向实际应用，设计结构紧凑、成本低廉的膜蒸馏装置是一迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、易于操作的太阳能光热膜蒸馏装置，避免了由于给水和膜直接接触造成的膜污染问题，太阳能光热膜蒸馏装置的稳定性和太阳能利用效率均显著提高。

本发明提供如下技术方案：

一种太阳能光热膜蒸馏装置，所述太阳能光热膜蒸馏装置从左到右依次包括给水腔、蒸汽腔、冷凝水腔；所述蒸汽腔内从左到右依次设有独立式光热蒸发材料、若干个水蒸汽通道和疏水膜，所述独立式光热蒸发材料的底部插入给水腔中；所述给水腔中的给水经蒸汽腔蒸发形成蒸汽后进入冷凝水腔内。

所述冷凝水腔内设有冷液仓，收集穿过疏水膜的水蒸汽。