[发明专利]一种光热蒸发耦合电容去离子的海水淡化装置及方法

说明书

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种光热蒸发耦合电容去离子的装置及方法。本发明所述装置通过光热/电容耦合电极将光热蒸发脱盐作用与电容离子电吸附作用进行耦合，将吸收的太阳能转换为局部热能，提高电容脱盐电极吸附离子的速率和容量。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种光热蒸发耦合电容去离子的海水淡化装置及方法。

背景技术

近十年来，由于人口增加和环境污染导致淡水水质下降，淡水危机已成为人类社会亟待解决的一项挑战。盐水淡化是从海水或苦咸水中获得清洁水的一项绿色可持续技术。当前的盐水脱盐方法包括热蒸馏，反渗透和电渗析。但是，这些技术能源消耗大且会造成二次污染，不满足可持续性发展的目标。近年来兴起的电容法脱盐(Capacitivedeionization,CDI)技术是一种基于双电层理论的电化学技术，充电时水中的阴、阳离子由于静电作用分别在正、负电极上吸附并形成双电层而从水溶液中除去，放电(电极短路或反极)时阴、阳离子从正、负电极表面返回到洗脱水中而生成浓盐水，可实现电极再生。该技术具有运行能耗低、脱盐速率和水资源利用率高、在盐离子吸附和脱附过程分离时能有效避免结垢的发生、脱附过程能量可收集(脱附过程中所吸附的离子回到盐水中，与离子电中和的电子流经外电路形成电流，该部分电能可收集利用)等技术优点。但是，由于电极是CDI中最重要的组成部分，其性能优劣对CDI装置的脱盐能力具有决定性影响，受限于现有的电极材料本身吸附容量的限制，CDI技术的应用场景也受到了限制。

光热蒸发是另外一种近年来兴起的不消耗电能的近零能耗海水淡化技术，这项技术是利用光热转换材料将太阳光转换成热能用于水体的蒸发，并设置冷凝部件对蒸发产生的蒸汽进行收集。实际上，照射到地球表面的太阳光的功率密度仅为1kW m^-2，与其他形式的能源相比相对较低，同时太阳能的供给受天气条件制约不够稳定，因此这项技术受限于太阳光输入品质较低导致其在真实应用场景中的实际淡化海水的效率偏低。

综上所述，有必要提出一种新的盐水淡化解决方案在一定程度上弥补现有技术的不足。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光热蒸发耦合电容去离子的装置及方法，具体技术方案如下。

一种光热蒸发耦合电容去离子的装置，所述装置通过光热/电容耦合电极(6)将光热蒸发脱盐作用与电容离子电吸附作用进行耦合；所述装置从顶部到底部依次设置冷凝罩(1)、上端板(3)、光热/电容耦合电极(6)、隔板(7)、电容脱盐电极(8)和下端板(11)；所述冷凝罩(1)底部设置有至少一个光热蒸发出水口(2)，并与底部具有至少一个电容脱盐出水口(4)的上端板(3)紧邻设置；所述光热/电容耦合电极(6)与所述电容脱盐电极(8)通过所述隔板(7)间隔设置；所述下端板(11)位于于所述装置的底部，其上具有至少一个电容脱盐进水口(10)。

进一步，所述上端板(3)上设置有面积可选地约为20-60mm×20-60mm的蒸汽逸散孔区域；所述上端板(3)的厚度可选地约为5-15mm。

优选的，所述上端板(3)上可选地设置有面积为20mm×20mm、40mm×40mm或60mm×60mm的蒸汽逸散孔区域。逸散孔面积太小不利于水蒸气的逸散，且光热/电容耦合电极的吸光面积也会相应减小，导致其脱盐性能下降；但逸散孔面积太大会使流经电容脱盐电极的水从逸散孔流出。

优选的，所述上端板(3)的厚度可选地设置为5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm或15mm，其作用用于对耦合器件起到固定作用，但不影响水蒸气的逸散为宜。

进一步，所述隔板(7)上设置有蛇形流道，其厚度可选地约为2-5mm。

优选的，所述隔板(7)的厚度可选地设置为2mm、3mm、4mm或5mm，其作用用于起到隔断效果，但不影响电容脱盐性能为宜。