一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用制造方法及图纸

技术编号:22500446 阅读:11 留言:0更新日期:2019-11-09 01:53
本发明专利技术提供一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用,所述太阳能蒸汽发生装置包括木材底座和形成于所述木材底座的上表面用于接受太阳光照射的吸光层;所述木材底座由木材原料事先经过浸泡在质量浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中再低温冷冻干燥的处理制备而成;所述吸光层与所述木材原料的生长方向垂直。本发明专利技术将太阳能蒸腾作用和油水分离技术相结合,节能环保,分离效率高,对多种微米级和纳米级油水乳液的分离效果都可以达到99.7%左右,在进行油水分离的同时还可以除去水中的盐分,而且所述太阳能蒸汽发生装置机械性能好,稳定性好。

A solar steam generator and its preparation and Application

The invention provides a solar energy steam generating device and a preparation method and application thereof. The solar energy steam generating device comprises a wood base and a light absorbing layer formed on the upper surface of the wood base for receiving sunlight; the wood base is a place where the wood raw materials are soaked in polyvinyl alcohol aqueous solution with a mass concentration of 6% - 8% and then freeze-dried at a low temperature The light absorbing layer is perpendicular to the growth direction of the wood raw material. The invention combines solar transpiration and oil-water separation technology, has the advantages of energy saving, environmental protection, high separation efficiency, and the separation effect of a plurality of micron sized and nanometer oil-water emulsion can reach about 99.7%. When the oil and water separation is carried out, the salinity of the water can also be removed, and the solar steam generating device has good mechanical performance and good stability.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境保护领域,尤其涉及一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用。
技术介绍
利用太阳能蒸汽发生装置进行水的纯化是近几年的研究热点之一。该技术的工作原理是:采用多孔亲水材料作为吸水层,在基材上表面负载碳基材料或溅射贵金属材料等作为吸光层。在太阳光照射下,吸光层将太阳能转换为热能,加速太阳能蒸汽发生装置表面水分的蒸发,而吸水层源源不断的将下部水分输送至上表面,持续完成物质的分离过程。收集表面蒸汽冷凝成的液滴便得到了蒸腾分离的产物。利用太阳能蒸汽发生装置的分离技术具有绿色环保、节能等多种优势,可用于水的纯化与分离,在海水淡化、染料分离和油水分离等领域都具有潜在的应用价值。油水分离有多种方法,包括有重力式分离、离心式分离、电分离、吸附分离、气浮分离等,重力式分离很难分离油包水,离心式分离可以将油水较大程度地分离开,但设备不易维护,电分离通过电场对水滴的作用,削弱了乳状液的界面膜强度,促进水滴的碰撞、合并,最终聚结成粒径较大的水滴,从原油中分离出来。但由于用电蒸发处理含水量较高的原油乳状液时,会产生电击穿而无法建立极间必要的电场强度,所以,该方法不能独立使用,只能作为其它处理方法的后序工艺。目前报道的油水分离材料多为膜分离,但是薄膜的机械性能普遍较差,而且操作过程中需要维持薄膜两边较大的压差,需要外界能量的输入。将太阳能蒸腾技术与油水分离相结合,在太阳光照射下,直接利用自然能源,结合材料对水和油滴浸润性的差异实现水包油型油水乳液的分离。具有分离效率高、节能环保、机械性能好、可分离多种物质等优异特性。
技术实现思路
本专利技术提供一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用,用以解决现有技术油水分离过程中能量消耗较大,薄膜机械性能差的问题。第一方面,本专利技术提供一种太阳能蒸汽发生装置,包括:木材底座和形成于所述木材底座的上表面用于接受太阳光照射的吸光层;所述木材底座由木材原料事先经过浸泡在质量浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中再低温冷冻干燥的处理制备而成;所述吸光层与所述木材原料的生长方向垂直。进一步地,所述聚乙烯醇水溶液浓度优选为7%。进一步地,所述木材原料为轻质木,厚度为1~2cm。更进一步,所述轻质木为巴尔沙木,厚度为1.5cm。进一步地,所述吸光层为碳纳米管层,所述碳纳米管层厚度为50~300μm;优选为100μm。本专利技术以密度较小且不易变形的轻质木为底座,此类轻质木在沿着树木生长方向存在有大量微米级的孔隙,通过聚乙烯醇水溶液的处理,在其孔隙中填充大量多孔聚乙烯醇,利用水和油滴浸润性的不同,使得水可以通过装置的同时油滴无法通过从而将水和油分离。第二方面,本专利技术提供一种太阳能蒸汽发生装置的制备方法,用于制备上述太阳能发生装置,具体步骤如下:处理所述木材原料得到所述木材底座;在所述木材底座用于接受太阳光照射的上表面形成所述吸光层。本专利技术提供一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法在油水分离和海水淡化方面的应用。进一步地,应用于油水分离时包括:将所述太阳能蒸汽发生装置放置并漂浮在油水乳液上,所述装置经太阳照射产生蒸腾作用将油水乳液的油和水分离。更进一步,所述油水乳液中油滴的粒径为微米或纳米级别。在本专利技术一个优选的实施方式中,太阳能蒸汽发生装置的制备方法在油水分离方面的应用具体如下:1)采用长和宽分别为2~5cm,厚度为1~2cm的巴尔沙木块为木材原料,经去离子水煮沸清洗晾干;2)将步骤1)的木材原料放置在浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中,反复抽滤直到聚乙烯醇水溶液填充至木材内部孔隙中,经液氮低温冷冻后移入真空冷冻干燥机内冷冻干燥48h,得到木材底座;3)将步骤2)获得的木材底座在垂直于树木生长方向,用于接受太阳光照射的上表面涂覆碳纳米管,厚度约50~300μm,得到太阳能蒸汽发生装置;4)在油水乳液上放置太阳能蒸汽发生装置,在太阳光照射条件下,装置表面产生大量水蒸汽,收集水蒸气冷凝后的液滴得到各油水分离产物;5)用有机碳含量分析仪检测油水乳液和油水分离产物的有机碳含量,来计算油水分离效率。本专利技术提供的一种太阳能蒸汽发生装置及其制备方法和应用,具有以下有益效果:(1)太阳能蒸汽发生装置通过聚乙烯醇材料的多孔结构将油和水分离,分离效率高,对多种微米级和纳米级油滴的分离效果都可以达到99.7%左右;(2)以太阳能为能源,经太阳光照射将浸润到木材底座中的水分蒸发,后冷凝收集水蒸气实现油水分离,节能环保;(3)在进行油水分离的同时还可以除去水中的盐分;(4)太阳能蒸汽发生装置机械性能好,稳定性好,经久耐用。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为实施例1中巴尔沙木垂直于生长方向的SEM扫描电镜图;图2为实施例1中所述的太阳能蒸汽发生装置的示意图;图3为实施例2中步骤2)聚乙烯醇多孔高分子材料填充在巴尔沙木孔隙中的SEM扫描电镜图;图4为实施例2中步骤3)填充聚乙烯醇的巴尔沙木和填充聚乙烯醇的巴尔沙木负载碳纳米管的吸收光谱图;图5为实验例1中太阳能蒸汽发生装置在同一太阳光照下微米级的硅油、大豆油、十六烷、正癸烷或正辛烷的油水乳液分离效率图;图6为实验例2中纳米硅油乳液中油滴的粒度分布图;图7为实验例2中太阳能蒸汽发生装置在太阳光照射下硅油纳米乳液的分离效率图;图8为实验例2中太阳能蒸汽发生装置在同一太阳光照下纳米级大豆油、十六烷、正癸烷和正辛烷的油水乳液分离效率图;图9为实验例3中太阳能蒸汽发生装置在太阳光照射下海水配制的大豆油纳米乳液的分离效率图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供一种太阳能蒸汽发生装置,包括木材底座和形成于所述木材底座的上表面用于接受太阳光照射的吸光层;所述木材底座由木材原料事先经过浸泡在质量浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中再低温冷冻干燥的处理制备而成;所述吸光层与所述木材原料的生长方向垂直。具体地,本实施例可以选用质地较轻、不易变形的木材为底座,例如巴尔沙木,如图1所示,垂直于生长方向的SEM扫描电镜图显示其沿生长方向存在大量孔隙。将木材完全浸没在聚乙烯醇水溶液中,经反复抽滤待聚乙烯醇水溶液完全填满木材孔隙后将木材取出,低温冷冻后冷冻干燥即得到木材底座。填充的聚乙烯醇为多孔结构,且孔径远小于巴尔沙木中的孔隙,在水滴可以通过的同时油滴无法通过。在木材底座垂直于树木生长方向,且用于接受太阳光照射的上表面涂覆吸光层,例如碳纳米管,碳纳米管将光能转化为热能的效率很高,有利于水分的蒸发。图2为本实施例一种太阳能蒸汽发生装置的示意图,如图所示,装置的长和宽可以为2~5cm,厚度为1~2cm,巴尔沙木沿着生长方向存在大量孔隙,孔隙中存在有经上述处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,包括:木材底座和形成于所述木材底座的上表面用于接受太阳光照射的吸光层;所述木材底座由木材原料事先经过浸泡在质量浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中再低温冷冻干燥的处理制备而成;所述吸光层与所述木材原料的生长方向垂直。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,包括:木材底座和形成于所述木材底座的上表面用于接受太阳光照射的吸光层;所述木材底座由木材原料事先经过浸泡在质量浓度为6%~8%的聚乙烯醇水溶液中再低温冷冻干燥的处理制备而成;所述吸光层与所述木材原料的生长方向垂直。2.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,所述聚乙烯醇水溶液浓度为7%。3.根据权利要求1所述的太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,所述木材原料为轻质木,厚度为1~2cm。4.根据权利要求3所述的太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,所述轻质木为巴尔沙木,厚度为1.5cm。5.根据权利要求1-4任一项所述的太阳能蒸汽发生装置,其特征在于,所述吸光层为碳纳米管层,且厚度为50~30...

【专利技术属性】
技术研发人员:衡利苹王祖彬
申请(专利权)人:北京航空航天大学
类型:发明
国别省市:北京,11

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