全天候太阳能蒸发净水器及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种全天候太阳能蒸发净水器，包括透明罩、处理腔、污水腔、多孔吸水材料；多孔吸水材料位于污水腔内，污水腔位于处理腔内；透明罩盖于处理腔上；污水腔设有污水入口，处理腔设有净水出管，充分利用黑色海绵高效的光热转换性能、隔热性能和疏水性能以及亲水海绵材料良好的吸水性能，使得该蒸发器具有高效的太阳能蒸发效率以及高效的自蒸发效果。该方法以太阳光或模拟太阳光为光源，无需其他能量来源，绿色环保、操作简便快捷，采用商业化聚合物泡沫的结构集成设计为制造高效、大规模、耐用的太阳能蒸汽系统提供了广阔的空间，可广泛应用于蒸汽发电、污水处理、海水淡化等行业。

All weather solar evaporation water purifier and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
全天候太阳能蒸发净水器及其制备方法与应用
本专利技术涉及一种利用太阳能的全天候水蒸发系统，可广泛的应用于石油化工、制药、污水处理、海水淡化、食品等行业。
技术介绍
水是人类社会赖以生存和发展的基本物质，而存在于河流、湖泊和可供人类直接利用的地下淡水目前仅占地球水资源的0.36%。随着人类社会的快速发展，水污染也成为全球性问题。一方面，随着世界城镇化的发展和人们生活水平的逐步提高，生活污水的排放量在日益增长；另一方面，工业的发展导致污水的排放量越来越大，且污水的成分益发复杂，不仅含有大量的无机盐，还含有大量不易分解的有机污染物。这些污染物会使水体富营养化，藻类及其它浮游生物迅速繁殖，水中溶解氧量下降，水质恶化，造成鱼类及其它生物大量死亡。而一些地区的人们由于长期饮用不符合卫生标准的水，产生了各种病症，直接影响着他们的身体健康和当地的经济建设。常用的水净化方法有蒸馏法、离子交换法、渗析法、反渗透膜法以及冷冻法等，这些方法最突出的问题就是能源的消耗。而随之引起的地球温室效应、空气污染等问题也告示人们必须谨慎从事。从中国国情出发，情况更是如此。我国广大农村、孤岛等地区至今仍普遍缺乏电力，因此在中国能源较紧张的条件下，迫切需要发展一种可循环利用的自然资源，简便、高效的净化水装置。传统太阳能蒸馏器用透镜或反射镜来吸收太阳能，这些材料每平方米要花费200美元，能源转换效率仅50%左右，在夜间及太阳辐射不理想的情况下工作效率更低；而且蒸馏器制作复杂，耐久性差，无法扩大规模。
技术实现思路
针对现有太阳能蒸馏器蒸发工艺存在的不足，本专利技术提出了一种全天候太阳能蒸发净水器及其制备方法与应用，具有良好的水捕集能力和蒸发性能；装置由疏水性顶层通过可伸缩的涂覆和气相聚合方法，极高地将太阳能转化为热能。集成蒸发器结合亲水性底层良好的抽水和隔热能力，太阳对蒸汽效率达到九成。本装置独特的结构使得在没有光照射的情况下具有很强的自蒸发效果，提供了一种全天候的太阳能蒸馏器。本专利技术采用如下技术方案：全天候太阳能蒸发净水器，包括透明罩、处理腔、污水腔、多孔吸水材料；多孔吸水材料位于污水腔内，污水腔位于处理腔内；透明罩盖于处理腔上；污水腔设有污水入口，处理腔设有净水出管。一种上述全天候太阳能蒸发净水器进行污水蒸发处理方法，包括以下步骤，将污水加入污水腔中，光照或者非光照条件下，静置完成污水蒸发处理。本专利技术中，多孔吸水材料的制备方法包括如下步骤，将海绵的一部分浸泡氯化铁溶液中，然后干燥，再与吡咯蒸汽接触，得到多孔吸水材料；优选的，海绵中，浸泡金属溶液部分的体积为海绵体积的20～25%，使得多孔材料可大量快速吸水的同时提高水分子逃逸能力；氯化铁溶液的浓度为25mg/mL，聚吡咯作为疏水组分，在海绵中，对吸水能力以及水分子扩散有明显影响，通过用量的限定，可以得到最优的结果。本专利技术中，透明罩与处理腔为密封结构，即透明罩为处理腔的密封盖，处理腔可以为透明也可以为非透明；污水腔为开口结构，根据常识，开口朝上，用于盛放污水，其中污水入口可以为污水腔的开口，也可利用管道与污水腔连通，形成污水输送的通道，具体为常规技术；多孔吸水材料的外径为污水腔内径的95～100%，从开口将多孔吸水材料置入污水腔，优选外径使得多孔吸水材料发挥最佳的吸水、扩散效果；进一步优选的，多孔吸水材料中，浸泡氯化铁溶液的部分朝上。本专利技术中，污水为有机物污染的水，将污水加入带有多孔吸水材料的污水腔，光照或者非光照条件下，水分子先由海绵吸收，然后在内部空隙进行扩散，最后由带有聚吡咯的部分快速挥发，水蒸气在透明罩、处理腔内壁凝结成水，并由净水出管排出，实现污水的处理。本专利技术中，光照为太阳光照或者模拟太阳光照，透明罩利于光的传输与能量吸收。本专利技术制备了一种独特的一体化集成蒸发装置：该蒸发器基于成本低廉且易于获得的海绵，通过选择性表面改性，将其转化为一种部分黑色疏水、部分亲水的集成蒸发器，这一独特的集成蒸发器充分利用黑色疏水层的高效光热转换能力与水蒸气逃逸特性以及多孔亲水层良好的水输运能力和隔热能力，实现了在太阳光照射下高效光热转换。本专利技术具有较高的净水效率，12小时的蒸发效率超过60kg/㎡，12小时内的净水收集效率可以达到25.4kg/㎡。而且本专利技术成本低廉、简单易得、可高效净化水，因此有望应用于污水治理、海水淡化等多个领域，具有极大的应用潜力。附图说明图1为本专利技术全天候太阳能蒸发净水器结构示意图；图2为海绵实物图；图3为两个容器放在同样的红外灯下照射实验图；图4为多孔吸水材料实物图；图5为多孔吸水材料白色部分的SEM图；图6为多孔吸水材料黑色部分的SEM图；图7为净水器在模拟太阳光的氙灯下照射15分钟实物图；图8为本专利技术全天候太阳能蒸发净水器结构示意图；其中，透明罩1、处理腔2、污水腔3、多孔吸水材料4、污水入口5、净水出管6、浸泡硝酸银的部分7。具体实施方式参见附图1，本专利技术的全天候太阳能蒸发净水器，由透明罩、处理腔、污水腔、多孔吸水材料组成；多孔吸水材料位于污水腔内，污水腔位于处理腔内；透明罩盖于处理腔上，起密封作用；污水腔设有污水入口，为污水腔的开口，处理腔设有净水出管；透明罩、处理腔、污水腔为石英材质，具体形状的制备以及连接方法为常规技术，处理腔（上表面为空）、污水腔（上表面为空）、多孔吸水材料都为圆柱结构，其中处理腔内径为120mm、高为150mm，污水腔内径为80mm、高为100mm，多孔吸水材料外径为80mm、高（厚）为30mm，蒸发面积按0.005024m2计；本专利技术涉及的方位关系为实际位置关系，透明罩、处理腔为常规密封连接。全天候太阳能蒸发净水器用于以下实施例。实施例一将1.25g三氯化铁加入50mL无水乙醇中，得到棕色氯化铁溶液（25mg/mL）；将2g吡咯单体溶解于78mL的无水乙醇中，得到吡咯溶液；将三聚氰胺海绵（市购产品，见图2，使用时裁剪成圆柱结构，外径80mm、高30mm）浸泡在三氯化铁溶液中（浸泡部分的厚度为海绵总厚度的20%），浸泡5分钟后取出海绵放入真空干燥箱中80℃干燥90分钟后取出，将吡咯溶液全部滴在海绵浸泡三氯化铁的部分，再次放入真空干燥箱105℃干燥一小时；随后取出海绵，其浸泡三氯化铁的部分7（图1中）已经变成了黑色，其他部分并未变色，为多孔吸水材料。准备了A和B两个同样大的容器，A容器中只装水，B容器中加入上述多孔吸水材料和水，浸泡三氯化铁的部分朝上，然后将两个容器放在同样的红外灯下照射1.5小时后，A、B两个容器水分蒸发的数据见表1，实验附图见图3。实施例二将1.25g三氯化铁加入50mL无水乙醇中，得到棕色氯化铁溶液（25mg/mL），将海绵（三聚氰胺海绵，市购产品，使用时裁剪成圆柱结构（外径80mm、高30mm），见图2，与实施例一的海绵一样）浸泡在氯化铁溶液中（浸泡部分的厚度为海绵总厚度的20%），浸泡五分钟后取出海绵并放本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.全天候太阳能蒸发净水器，包括透明罩、处理腔、污水腔、多孔吸水材料；多孔吸水材料位于污水腔内，污水腔位于处理腔内；透明罩盖于处理腔上；污水腔设有污水入口，处理腔设有净水出管。/n

【技术特征摘要】
1.全天候太阳能蒸发净水器，包括透明罩、处理腔、污水腔、多孔吸水材料；多孔吸水材料位于污水腔内，污水腔位于处理腔内；透明罩盖于处理腔上；污水腔设有污水入口，处理腔设有净水出管。


2.根据权利要求1所述全天候太阳能蒸发净水器，其特征在于，多孔吸水材料的制备方法包括如下步骤，将海绵的一部分浸泡氯化铁溶液中，然后干燥，再与吡咯蒸汽接触，得到多孔吸水材料。


3.根据权利要求2所述全天候太阳能蒸发净水器，其特征在于，氯化铁溶液的浓度为25mg/mL；海绵中，浸泡氯化铁溶液部分的体积为海绵体积的20～25%。


4.根据权利要求1所述全天候太阳能蒸发净水器，其特征在于，多孔吸水材料的外径为污水腔内径的95～100%。


5.多孔吸水材料，其特征在于，所述多孔吸水材料的制备方法包括如下步骤，将海绵的一部分浸泡氯化铁...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴翔，张梓涵，包榕，金熹，
申请(专利权)人：吴翔，张梓涵，
类型：发明
国别省市：江苏;32