一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置，包括原始海水淡化第一单元和浓缩海水淡化第二单元，第一单元与第二单元通过装有自动阀门的浓缩海水泄流管道连接，第二单元海水淡化罐的顶部和底部设置有匀强静磁场。由于第二单元的海水淡化罐添加了匀强电场和匀强静磁场，使第二单元浓缩海水腔的本体水相盐离子浓度变得非常稀，其在多孔石墨烯盐水分离器上侧产生的渗透压大于等于第一单元海水淡化罐的纯净海水腔的纯净海水产生的渗透压，因此两个单元协同作用极大提高了海水淡化的工作效率。淡化的工作效率。淡化的工作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置


[0001]本技术属于海水脱盐淡化领域，具体地涉及一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置。

技术介绍

[0002]海水淡化的核心与实质是海水中盐离子与水分子的分离，因此设计海水淡化装置需要首先从结构理论上研究盐水溶液中离子与水分子之间的相互作用以及外场对二者相互作用的影响，这样才能使海水淡化装置高效地分离盐离子与水分子得到淡化水。博士论文《磁场对反渗透海水淡化中传质行为影响机制研究》中的研究指出：磁场作用下，纯水中水分子之间的氢键网络增强、结构有序性增强、分子簇平均尺寸增加；NaCl溶液中两种离子与水分子之间作用均减弱、水合离子尺寸减小、水合数目减少，水分子之间氢键作用减弱、水分子簇减小，接触离子对增加而桥接离子对减少。进一步通过研究磁场大小、浓度、温度、盐种类和磁场类型对溶液中磁场作用效果的影响，发现随着磁场、浓度和温度的增加，磁场作用效果均增强，而磁场对不同种类盐离子组成溶液呈现不同的作用效果，交变磁场和脉冲磁场的作用效果均不如静磁场明显，并随着磁场变化频率的增加而减弱。磁场使聚合物之间以及水分子和聚合物之间的作用减弱，而离子和聚合物之间的作用增强，聚酰胺膜中水分子扩散系数增加，离子移动性减弱，这将导致海水淡化过程中水分子更容易而盐离子更难通过反渗透膜，有利于提高产水量和脱盐率。
[0003]硕士论文《电、磁、超声复合作用于水处理方面的应用研究》中的研究指出：
[0004]在定性强化阻垢实验中(为提高水的硬度和碱度,在冷却水中加入NaHCO3、CaCl2分析纯固体)，加热条件下，经电、磁、超声复合场处理的循环冷却水，其电导率随处理时间增加基本保持不变，无白色晶体沉淀，而对照组电导率下降，桶壁及底部有CaCO3晶体析出；CaCO3和CaSO4过饱和溶液经电、磁、超声复合场处理后，电导率随处理时间增加而增大，对照组电导率保持不变，这说明电、磁、超声复合作用使CaCO3和CaSO4晶体在水中溶解度增加，即水溶解CaCO3和CaSO4的能力增强。这是因为高压静电场改变了水的结构，生成了更多钙的水合离子，抑制了成垢阴阳离子的结合及CaCO3晶体析出；磁致胶体效应加快了冷却水内部的结晶作用，使水垢呈现出能被水流带走的松软的泥渣状态；超声波缩短了成垢物质的成核诱导期，减小了积垢的沉积速率，空化作用使老垢破碎而脱落。
[0005]海水淡化装置在常温下分离盐离子与水分子需要一种膜材料，如果对淡化装置中的海水施加电场作用，还需要一种质量更好的电极板材料。石墨烯是一种二维的由六元环堆积而成的碳材料，石墨烯具有良好的导电性、机械强度、光学性能、吸附性能，导热性能和很高的透明度，目前石墨烯是已知材料中最薄、强度最大的材料，从而石墨烯被应用于能源、机械、电子等行业。自2004年英国曼彻斯特大学的Andre Geim教授与Kostya Novoselov首次采用胶带剥离得到石墨烯(Graphene)以来，石墨烯的研究就受到广大科学研究者重视和研究。为了扩大石墨烯的应用范围，研究者开始了对石墨烯进行化学修饰和活化的研究。多孔石墨烯即对石墨烯表面“缺陷”进行设计和加工得到的产物。对于多孔石墨烯的研究，
是对其表面缺陷结构的利用。基于石墨烯的优异性能和二维纳米结构，多孔石墨烯表面的孔结构可以赋予其新的性能和应用，比如海水脱盐、离子通道、DNA测序、气体的分离与纯化。
[0006]相对于传统淡化海水的装置，石墨烯脱盐装置具有成本低和产量大的优点，这种技术一旦成功应用到工业中，就有可能改变整个世界。用石墨烯做成的膜具有类似的工作原理，只不过其中的孔隙是人们打出来的，而不是自然形成的。这样有几点好处。其一，这些孔隙的大小可以进行优化设计。它们的直径一般为1.2纳米，比聚合物膜更易让水分子通过，但仍能阻止水合氯离子。由于氯离子带负电，它们会吸引带正电的钠离子，从而自然而然地阻止了钠离子通过孔隙。其二，这些孔隙大小完全一致，不存在大得可让钠离子和氯离子通过的孔隙。其三，这样打出的孔隙是笔直的，而不像聚合膜那样是弯曲的通道，这可以加速水分子通过的速度。淡化海水所需要的压力就比聚合物脱盐系统少得多。
[0007]随着海水淡化的进行，淡化装置中海水的盐分逐渐变浓，水分子通过膜材料的渗透压增大，需要技术更先进的装置来分离浓盐水。现有成熟商业化的浓盐水浓缩装置普遍应用的有蒸馏淡化装置、反渗透脱盐装置。然而，浓盐水用热法处理存在沸点升高、结垢严重等问题，而用反渗透装置处理由于渗透压极大，系统操作压力大，大大增加投资和运行成本。因而研究人员研究了其他的浓缩装置，如真空膜蒸馏浓缩装置、正渗透装置、喷雾蒸发装置及冷冻法浓缩装置。真空膜蒸馏装置以膜两侧的压力差为驱动力，具有热利用效率高，传质阻力小，分离效率高，膜通量大，无透过物蒸发等优点，但这种工艺装置处理浓盐水时同样有结垢问题和膜污染问题。正渗透膜分离装置最显著的特点就是不需要外加压力或者在很低的外加压力下运行，而且膜污染情况相对较轻，其过程具有较高的水回收率，通过选择合适的驱动溶液，可进行浓盐水的再浓缩，甚至使盐析出，减少排放。但正渗透过程中浓差极化现象较为严重，在海水淡化过程中，实际通量与预期值相比还有一定的差距，正渗透膜和汲取液还需进一步的研究。喷雾蒸发装置是继海水淡化产业发展起来的产物，由于海水淡化成本很高，喷雾装置在海水淡化领域的研究越来越多。目前喷雾装置能耗较高，但基于其浓缩倍数很高，近年对其的研究趋势是将喷雾装置与其他技术装置耦合起来，共同处理浓盐水。冷冻装置处理浓盐水对设备的材质要求低、对设备的腐蚀和结垢问题相对缓和、能实现液体零排放，若利用自然界的冷能作为能源，则可大大节省技术成本保护环境，但此装置主要在海水淡化方面研究较多，在处理浓盐水方面研究较少且冰水分离困难问题急需解决。
[0008]电吸附除盐装置是一种新型的技术装置，基本原理是利用原水在阴阳电极之间流动，通电时水中离子将分别向带相反电荷的电极迁移并被该电极吸附在电极表面形成双电层。随着离子或带电粒子在电极表面富集浓缩，使通道水中的溶解盐类、胶体颗粒及其他带电物质的浓度大大降低，从而实现了水的除盐、去硬度及净化。再生时短接电极，被吸附的离子又从电极表面释放，电极得到再生。目前此装置的不足之处有以下几点：1、系统除盐率不够高，一般为60％
‑
75％，且脱盐率受硬度的影响比较明显，对高硬度的水处理效率降低，一般来言对氯离子的去除率是高的；2、再生时间长，浓水排放量大，一般来言，系统再生时间为 36
‑
42min，后续过程影响比较严重；3、内部电极板与水接触不容易实现均匀。
[0009]脱盐加工厂通常采用“反渗透”装置来淡化海水。在这个过程中，海水被倒入一种聚合物膜的一侧。该装置的缺点是：反渗透膜的寿命和抗污染能力有限，需定期更换反渗透
膜；反渗透膜、高压泵等重要配件成本花费较大。目前关于用石墨烯进行海水淡化的装置的中国专利例如CN209322524U，其中的一些部件和整体装置依然比较复杂，价格较高，并且这些专利中的装置在海水淡化后期本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置，包括原始海水淡化第一单元和浓缩海水淡化第二单元，其特征在于：所述第一单元与第二单元通过装有自动阀门的浓缩海水泄流管道连接；所述原始海水淡化第一单元由抽水泵和海水淡化罐组成，所述抽水泵与所述海水淡化罐通过输送管道和液位计连接，所述海水淡化罐为长方体，其中一个侧面可拆装，所述第一单元海水淡化罐的中上部设置有海水预处理层，海水预处理层顶部为原始海水腔，所述海水淡化罐的中部为纯净海水腔，所述海水淡化罐的中下部设置有多孔石墨烯盐水分离器，多孔石墨烯盐水分离器的下部设置淡水腔，所述淡水腔底部设置有淡水出口；所述海水淡化罐靠近多孔石墨烯盐水分离器的上方右侧壁设置有浓缩海水泄流管道，所述海水淡化罐的底部装有支架竖立在地面上，所述第一单元支架的高度等于第二单元整体的高度；所述浓缩海水淡化第二单元由海水淡化罐和匀强电场、匀强静磁场组成，所述海水淡化罐为长方体，其中一个侧面可拆装，所述海水淡化罐内部左右侧壁装有两块石墨烯电极板，两块石墨烯电极板的面积与长方体海水淡化罐的侧面面积大小接近；所述石墨烯电极板上方为液位计，所述石墨烯电极板所在腔体为海水淡化罐的浓缩海水腔；所述浓缩海水腔的中部安装有盐度计；所述石墨烯电极板下方为多孔石墨烯盐水分离器，所述多孔石墨烯盐水分离器下方为淡水腔，所述淡水腔的底部设置有淡水出口，所述海水淡化罐的底部装有支架竖立在地面上；所述海水淡化罐的顶部和底部设置有匀强静磁场，由磁铁及石墨烯导线圈产生。2.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置，其特征在于：所述第一单元海水淡化罐的预处理层包括拦截网和活性炭过滤层，所述海水预处理层上部的原始海水腔高度为1m～3m，可以依靠海水重力加速原始海水流过预处理层，提高工作效率。3.根据权利要求1所述的一种基于石墨烯的海水彻底淡化的自动装置，其特征在于：所述第一单元海水淡化罐的上部预处理层与下部多孔石墨烯盐水分离器之间的距离...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘元会，张云波，谢蕾，徐振民，高于斐，
申请(专利权)人：青岛量子元基环保科技有限公司，
类型：新型
国别省市：