一种基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于水资源净化领域，具体涉及一种基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置。所述装置包括净水收集模块、蒸发

【技术实现步骤摘要】
一种基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置


[0001]本专利技术属于水资源净化领域，具体涉及一种基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置。

技术介绍

[0002]基于太阳能界面加热的水体净化工艺作为一种绿色、环保、低能耗的技术，在海水淡化、淡水净化等领域具有广阔的应用前景。该工艺对水体进行净化的过程，实际上是将太阳的光能在材料界面上转化为热能，进而将水分子通过蒸发的方式和盐分以及大多数的污染物相分离。但是在天然水体中，会含有微生物代谢产生的和人工合成的易挥发性有机物(VOCs)，这些挥发性有机物因为沸点低，容易和水蒸气一起被蒸发并富集在蒸发水中，造成蒸发水的二次污染，从根本上限制了基于太阳能界面加热的水体净化工艺的实用性。
[0003]近年来，虽然基于太阳能界面加热的水体净化工艺的研究越来越多，但是却鲜有研究如何去除水中VOCs并同时产净水。目前，一些研究侧重于将界面蒸发和高级氧化过程(如Fenton反应)相结合，以同时去除VOCs并产生清洁的蒸气。例如，有研究通过投加过硫酸盐或者双氧水进行去除VOCs；但是这些措施依赖额外投加的氧化剂，这可能会导致源水的二次污染并增加水质净化的成本；也有研究将光催化和太阳能界面水蒸发过程结合，以达到同时降解VOCs并产蒸气的目的，但在该过程中，蒸发水中的VOCs虽然能够得到一定程度的去除，但却依赖于太阳光，产水速率和VOCs去除效率受到太阳辐照总强度的限制，导致收集到冷凝水的水质和水量不稳定。
[0004]太阳能界面蒸馏对水处理只发生在界面，处理的水马上就变成水蒸气被蒸发，所以水在界面上的停留时间很短，与传统光电化学水处理不同，水是一直停留在反应器里面，换而言之，污染物也会一直停留在反应器里面，水停留时间很长。所以，污染物降解和水蒸发速率之间存在一个trade
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off效应(博弈效应)，具体体现为水蒸发速率越快，水力停留时间越短，污染物降解得就越不足，相反地，水蒸发速率越慢，水力停留时间越长，污染物降解得就越充分。因此，如何协调污染物降解和水蒸发速率之间的矛盾，实现大幅提高水蒸发速率的同时保证其降解效果，是本申请需要克服的技术难题之一。
[0005]此外，目前使用太阳能界面加热的系统收集冷凝水的效率普遍较低，因为大多数方法直接使用收集装置透光顶部对水蒸气进行冷凝，即被动冷凝集水。一方面，水蒸气冷凝在收集装置的顶部，形成小液滴(起雾)，对从装置顶部进入的太阳光形成阻碍，降低光热转换材料对太阳光的吸收，进而降低了产水效率；另一方面，大多数当前的蒸汽冷凝过程很大程度上依赖于蒸汽与顶部玻璃盖(蒸汽冷凝器)之间的热交换(被动冷凝集水)。由于玻璃热导率为0.712
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1.340W/(m
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K)，远低于金属铜、铝的热导系数(铜的导热系数为：398W/m.K，铝的导热系数为：237W/m.K)，所以蒸气液化时释放的热量不能有效传递出去，热量累积在装置中，导致水蒸气和冷凝器之间的温度差ΔT逐渐减小，而水蒸气液化是放热的过程，温差越大则越容易液化，所以ΔT减小导致集水量减少，降低集水效率，从而降低太阳能界面
加热系统的产水效率。

技术实现思路

[0006]为了解决上述太阳能光热界面蒸发水质和水量不稳定的问题，本专利技术提供了基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置。
[0007]根据本申请的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，包括净水收集模块、蒸发
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催化模块和发电
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蓄电模块，其中，
[0008]所述净水收集模块包括透光玻璃、漏斗形冷凝器，其中，所述漏斗形冷凝器底部设有集水槽和导水管，透光玻璃设置于漏斗形冷凝器顶部，和漏斗形冷凝器构成半封闭空间，所述漏斗形冷凝器内层涂有疏水材料，所述漏斗形冷凝器外套有半导体制冷外壳，紧贴漏斗形冷凝器，扩大蒸汽和冷凝器之间的温差，进行主动冷凝集水；
[0009]所述蒸发
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催化模块包括光热光催化阳极、伞形导水器、电热电催化阴极和隔热支撑层，光热光催化阳极和电热电催化阴极均设置在隔热支撑层之上，光热光催化阳极和电热电催化阴极之间设置伞形导水器，电热电催化阴极和隔热支撑层中心均开有便于伞形导水器穿过的孔，伞形导水器的伞柄和待处理水直接接触，隔热支撑层漂浮于待处理水储水箱之中；
[0010]所述发电
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蓄电模块包括光伏板和蓄电池，光伏板和蓄电池直接连接，所述蓄电池和所述光热光催化阳极、电热电催化阴极相连，所述半导体制冷外壳与所述蓄电池连通，所述蓄电池的正极和负极连接到半导体制冷外壳。
[0011]根据本申请的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其中，所述蓄电池的正极和所述光热光催化阳极相连接，所述蓄电池的负极和所述电热电催化阴极相连接。
[0012]根据本申请的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其中，所述漏斗形冷凝器的可以使用铜、铝、不锈钢等金属或者合金，其内测涂有聚二甲基硅氧烷作为超疏水层。
[0013]根据本申请的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其中，所述光热光催化阳极和所述电热电催化阴极内包括碳毡，所述碳毡经以下步骤改性：将未改性碳毡在500℃煅烧2h，5℃/min升温速率。碳毡作为光热和电热材料，在光照充足的情况下，光伏板和蓄电池正常工作，碳毡不仅可以将光能转化为热能，而且还可以将电能转化为焦耳热能，增加了水蒸发的速率；在弱光或者无光的条件下，光能不足以转化为热能，但蓄电池仍为系统提供电能，电能通过碳毡转换为焦耳热能，确保了在弱光或者无光条件下的水蒸发速率。
[0014]作为优选，所述光热光催化阳极制备方法为：将碳毡浸泡于硝酸24h，得到亲水性碳毡，将二氧化钛和硼氢化钠以5:1混合并进行充分搅拌，并和亲水性碳毡一起转移至水热反应釜中，之后密封反应釜，将其转移至烘箱中，加热到200℃并保持16h，自然冷却至室温后取出碳毡，使用超纯水冲洗并于室温下晾干，即得到光热光催化阳极。
[0015]作为优选，所述的电热电催化阴极制备方法为：将碳纳米管(CNT)分散于超纯水中，形成碳分散液，然后用带有0.5mm喷嘴的喷枪在0.2MPa的压力下，将碳分散液喷涂到碳毡上，再将预制的0.1wt％的聚乙烯醇溶液喷涂到碳毡上，最后，碳毡在70℃下浸入含有
10.6ml戊二醛和3.7ml盐酸的溶液中交联60min，并于室温下晾干，即得到电热电催化阴极。
[0016]作为优选，所述的伞形导水器为棉布通过裁剪和粘贴制备而成。
[0017]作为优选，所述的隔热支撑层的材质可以使用聚乙烯泡沫棉等多孔塑料泡沫。
[0018]利用本申请的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置净水时包括：
[0019]1、在光照充足的情况下：
[0020]太阳辐射透过透光玻璃，光热光催化阳极将光能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其特征在于，所述装置包括净水收集模块、蒸发
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催化模块和发电
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蓄电模块，其中，所述净水收集模块包括透光玻璃和漏斗形冷凝器，所述漏斗形冷凝器底部设有集水槽和导水管，所述透光玻璃设置于所述漏斗形冷凝器顶部，与漏斗形冷凝器构成半封闭空间，所述漏斗形冷凝器内层涂有疏水材料，所述漏斗形冷凝器外套有半导体制冷外壳，紧贴漏斗形冷凝器；所述蒸发
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催化模块包括光热光催化阳极、伞形导水器、电热电催化阴极和隔热支撑层，所述光热光催化阳极和电热电催化阴极均设置在所述隔热支撑层上方，在所述光热光催化阳极和所述电热电催化阴极之间设置伞形导水器，在所述电热电催化阴极和所述隔热支撑层的中心均开有伞形导水器穿过的孔，所述伞形导水器的伞柄和待处理水直接接触，所述隔热支撑层漂浮于待处理水储水箱之中；所述发电
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蓄电模块包括光伏板和蓄电池，所述光伏板与所述蓄电池直接连接，所述蓄电池和所述光热光催化阳极、电热电催化阴极相连，所述半导体制冷外壳与所述蓄电池连通。2.根据权利要求1所述的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其特征在于，所述漏斗形冷凝器由导热的金属制成，所述蓄电池的正极和光热光催化阳极相连接，蓄电池的负极和所述电热电催化阴极相连接。3.根据权利要求1所述的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其特征在于，所述伞形导水器由棉布制成。4.根据权利要求1所述的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其特征在于，透光玻璃为防雾玻璃。5.根据权利要求1所述的基于太阳能光热界面降解水中易挥发有机物并全天候产净水的装置，其特征在于，所述集水槽的开口容纳所述光热光催化阳极。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王颖，莫华涛，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：