一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件制造技术

本发明专利技术涉及一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，该器件包括光阴极/阳极、热电器件、绿色室、冷却室和海水淡化发生室，选用具有光热和光电效应的光阴极或者具有光热效应的阳极与热电器件耦合构成热电集成光电极催化反应器件设置于绿色室和冷却室之间，充分提升了对太阳光的利用率；海水淡化发生室包括还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，其之间设置有阴/阳离子交换膜，其中绿色室、还原腔和氧化腔之间连通构成一个封闭的氧化还原流系统驱动海水淡化，该海水淡化器件能够最大程度达到对太阳能的利用，极大地提高海水的淡化效率，且该器件结构简单，场地环境适应强，成本低，能够满足实际工业化应用的要求。能够满足实际工业化应用的要求。能够满足实际工业化应用的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件


[0001]本专利技术涉及海水淡化领域，尤其涉及一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件。

技术介绍

[0002]海水淡化技术是用来应对淡水资源的短缺有效手段之一。目前已经取得一定效果和发展的海水淡化技术包括多效应蒸馏(MED)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、电容去离子(CDI)、膜电容去离子(MCDI)。然而，成熟的多效应蒸馏(MED)和反渗透(RO)消耗能源费用占总成本的50％以上，此外由于电极充放电过程的限制，电容去离子(CDI)、膜电容去离子(MCDI)无法实现长久工作。所以，我们有必要寻找一种低成本，可再生的绿色能源来替代电能，进而实现可持续发展，近些年来，光伏
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反渗析海水淡化技术取得了深入的研究发展，研究人员采用将氧化还原流溶液和光伏电池相结合的方式制备出低能耗的脱盐电池。然而光伏电池的光能利用效率较低，如何最大程度提高对太阳能的利用效率，是亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0003]本专利技术的首要目的是提供一种太阳光利用率高、海水淡化率高的基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，该器件采用热电器件、阴极和阳极，利用热电器件将太阳光中红外光的能量转化为电能辅助阴极和阳极发生氧化还原反应，提升海水的淡化率，在一实施例中，阴极选用光阴极，尤其是具有光热效应和光电效应的光阴极，或者阳极选用具有光热效应的阳极，该光阴极与热电器件耦合或者阳极与热电器件耦合构成热电集成光电极催化反应器件，能够最大程度提高对光能的利用率，并将其转换为电能，反作用于光阴/阳电极促进海水淡化，在此基础上设置绿色室和冷却室，热电集成光电极催化反应器件设置于绿色室和冷却室之间，可见光的一部分被具有光热效应和光电效应的光阴极吸收，激发产生电子，并在电极表面参与发生还原反应，一部分被光阴极吸收先转化成热能，绿色室内的溶液在没有被光阴极吸收掉的可见光以及红外光的照射下温度升高，同样产生热能，这两部分的热能被热电器件吸收，转化为电能辅助海水淡化；或者可见光的一部分被具有光热效应的阳极吸收转化成热能，绿色室内的溶液在没有被阳极吸收掉的可见光以及红外光的照射下温度升高，同样产生热能，这两部分的热能被热电器件吸收，转化为电能辅助海水淡化，极大地提高了海水的淡化效率；同时海水淡化发生室设置有还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔以及氧化腔，不同腔中间用阴/阳离子交换膜分隔开，绿色室、还原腔和氧化腔之间连通，来自于绿色室的还原流在流经还原腔后在氧化腔室中被氧化又重新回到绿色室形成了一个封闭的氧化还原流系统，该系统在不同腔室之间流动产生离子浓度差保持海水淡化反应持续高效进行。本专利技术的海水淡化器件经过上述优化能够最大程度达到对太阳光能的利用，极大提高海水的淡化效率。另外本专利技术的海水淡化器件结构简单，环境适应强，成本低，能够满足实际工业化应用的要求。
[0004]本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，包括：
[0006]热电集成光电极催化反应器件，其包括具有热效应和光电效应的光阴极和具有第一表面和第二表面的热电器件，所述光阴极设置于热电器件的第一表面，与所述热电器件连接；
[0007]绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，包含所述光阴极，收纳氧化还原流溶液；
[0008]冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；
[0009]海水淡化发生室，其包括依次设置的还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述氧化腔中设置有阳极，所述阳极连接至所述热电器件；
[0010]所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔之间彼此连通，所述氧化还原流溶液沿所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔的顺序循环流动。
[0011]一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，包括：
[0012]热电集成光电极催化反应器件，其包括具有光热效应的阳极和具有第一表面和第二表面的热电器件，所述阳极设置于热电器件的第一表面，与所述热电器件连接；
[0013]绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，包含所述阳极，收纳所述氧化还原流溶液；
[0014]冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；
[0015]海水淡化发生室，其包括依次设置的还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述还原腔中设置有阴极，所述阴极连接至所述热电器件；
[0016]所述绿色室、所述氧化腔和所述还原腔之间彼此连通，所述氧化还原流溶液沿所述绿色室、所述氧化腔和所述还原腔的顺序循环流动。
[0017]一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，包括：
[0018]热电器件，具有第一表面和第二表面；
[0019]绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，收纳所述氧化还原流溶液；
[0020]冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；
[0021]海水淡化发生室，其包括还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述还原腔中设置有阴极，所述氧化腔中设置有阳极，所述阴极和所述阳极分别连接至所述热电器件；
[0022]所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔之间彼此连通，所述氧化还原流溶液在所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔之间流动。
[0023]进一步地，所述光阴极选用GeSe光阴极或者Bi2Se3光阴极，所述GeSe光阴极由依次层叠于导电基底上的p型GeSe吸收层、n型CdS异质层、TiO2保护层和Pt粒子助催化剂构成；所述Bi2Se3光阴极由依次层叠于导电基底上的Bi2Se3吸收层、CdS异质层、TiO2保护层和Pt粒
子助催化剂构成，或者所述Bi2Se3光阴极由依次层叠于导电基底上的Bi2Se3吸收层、C
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TiO2层和Pt粒子助催化剂构成。
[0024]进一步地，所述阳极选用设置于导电基底上的贵金属纳米材料、石墨烯、碳纳米管、氧化石墨烯、纳米金刚石和碳量子点中的至少一种构成。
[0025]进一步地，所述阴极选用光阴极，所述光阴极选用铜锌锡硫(CZTS)光阴极、铜铋硫(Cu3BiS3)光阴极及铜锑硫(CuSbS2)光阴极中的一种。
[0026]进一步地，所述还原腔与所述淡水收集腔之间设置阳离子交换膜，所述淡水收集腔与所述海水浓缩腔之间设置阴离子交换膜，所述海水浓缩腔与所述氧化腔之间设置阳离子交换膜。
[0027]进一步地，所述氧化还原流溶液中溶剂选用海水，所述淡水收集腔和所述海水浓缩腔中初始设置的海水浓度与所述溶剂海水的浓度相同。
[0028]进一步地，所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔中的任意两者之间设置一泵，驱动氧化还原流在腔室之间流动。
[0029]进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，其特征在于，包括：热电集成光电极催化反应器件，其包括具有热效应和光电效应的光阴极和具有第一表面和第二表面的热电器件，所述光阴极设置于热电器件的第一表面，与所述热电器件连接；绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，包含所述光阴极，收纳氧化还原流溶液；冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；海水淡化发生室，其包括依次设置的还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述氧化腔中设置有阳极，所述阳极连接至所述热电器件；所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔之间彼此连通，所述氧化还原流溶液沿所述绿色室、所述还原腔和所述氧化腔的顺序循环流动。2.一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，其特征在于，包括：热电集成光电极催化反应器件，其包括具有光热效应的阳极和具有第一表面和第二表面的热电器件，所述阳极设置于热电器件的第一表面，与所述热电器件连接；绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，包含所述阳极，收纳所述氧化还原流溶液；冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；海水淡化发生室，其包括依次设置的还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述还原腔中设置有阴极，所述阴极连接至所述热电器件；所述绿色室、所述氧化腔和所述还原腔之间彼此连通，所述氧化还原流溶液沿所述绿色室、所述氧化腔和所述还原腔的顺序循环流动。3.一种基于太阳光热及光电极辅助海水淡化器件，其特征在于，包括：热电器件，具有第一表面和第二表面；绿色室，其邻接所述热电器件的第一表面，收纳所述氧化还原流溶液；冷却室，其邻接所述热电器件的第二表面，盛放冷却液，所述冷却液的温度不高于所述氧化还原流溶液的初始温度；海水淡化发生室，其包括还原腔、淡水收集腔、海水浓缩腔和氧化腔，相邻腔之间设置有阳离子或阴离子交换膜，所述还原腔中设置有阴极，所述氧化腔中设置有阳极，所述阴极和所述阳极分别连接至所述热电器件；所述绿色室...

【专利技术属性】
技术研发人员：江丰，蔡红卫，
申请(专利权)人：华南师大清远科技创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：