太阳能光电联合蒸发用于高效海水淡化的研究

论文摘要

目前全球淡水资源不仅匮乏,污染问题也十分严重。应对这一问题,海水淡化无疑是最有发展前景的解决方案之一,目前发展最为广泛的是反渗透技术、多效蒸馏技术和多级闪蒸技术。但是这些技术手段都需要有大量的能源消耗,有加重全球气候变暖和环境污染的可能,而丰富的太阳能作为清洁能源用于海水淡化领域,可以在减缓水资源短缺危机的同时,减少能耗。新型太阳能界面蒸发技术实现了限域性加热,将光能合理利用,加热少量水进行蒸发,减少了能量损耗,因而蒸发效率更高。同时在没有大电网覆盖的偏远地区和给水设施不够完善的地区,太阳能蒸发技术就可以不需要电能提供清洁的饮用水,这个理念的实现还需要考虑阴天和夜晚时产水量的问题,并且单位产水率还有待进一步提高。因此,开发一种高吸光率、高产水率、制备不复杂、可复制扩大的太阳能蒸发器,对于推动太阳能蒸发实际应用化有极其重要的作用。本论文以光电联合作用为核心,提高太阳能蒸发器蒸发效率为主要目的,制备了高产水率的光电联合蒸发器,应用于海水等盐水淡化领域,并对装置进行实际应用潜力分析。光电热材料通过脱脂棉浸渍氧化石墨烯溶液后高温煅烧碳化制得,集光电热性能一体化,制备方法简单,材料疏松多孔通过毛细作用可将水分不断地供给给表面。光电热材料实现将太阳能转换为热能,在一个太阳光强下表面温度可达到82.6°C,利用不断产生的热量对少量水进行限域性加热,减少了热量向大量水体和周围的损失,提高了蒸发效率。蒸发器在实验室模拟太阳光情况下实验结果,蒸发器在只有光热作用下,在一个太阳光照强度下,蒸发效率为1.85 kg m-2h-1,蒸发器在光电联合作用下,蒸发效率达到4.7 kg m-2h-1,电热效果的增加使得蒸发效率提高很多。在多倍太阳光强度下,蒸发效率呈现线性增长趋势,因此在实际应用中可以增加双透镜聚光系统,加强光照强度,从而进一步提高蒸发效率。样品在光电联合作用下的蒸发效率高于只有一种能量输入的情况。说明相较于只有光热的太阳能蒸发器,本实验设计的光电联合蒸发器,可以有效提高蒸发水量,应用前景十分可观。蒸发器对实际海水进行淡化处理实验中,海水中阳离子浓度包括钾钙钠镁离子,在淡化前后去除率均达99.9%以上,阴离子包括氯离子、硫酸根、硝酸根、氟离子,在淡化前后去除率均达99.8%以上。海水的电导率为56 900μS cm-1,淡化处理后,降低为6.42μS cm-1,去除率达到99.989%,证明光电联合蒸发器对海水中盐分去除效率很高,接近100%。由于各种离子的去除,使得水样pH更为接近7.0。海水中TOC含量为125.8 mg L-1,经过处理后淡化水中TOC为23.45 mg L-1,去除率为81.36%,淡化过程中对海水中微生物有很高的杀菌作用,同时淡化出水浊度下降。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
•   1.1 淡水资源的短缺与污染现状
•   1.2 海水淡化技术概况
•     1.2.1 海水淡化发展进程
•     1.2.2 海水淡化方法
•     1.2.3 海水淡化发展分析
•   1.3 太阳能在海水淡化中的应用
•     1.3.1 传统太阳能海水淡化技术
•     1.3.2 新型界面蒸发海水淡化技术
•     1.3.3 高效太阳能吸收材料
•     1.3.4 太阳能海水淡化展望
•   1.4 课题研究的目的和意义
•   1.5 本课题主要研究内容
•     1.5.1 技术路线图
• 第2章 :实验材料与方法
•   2.1 实验试剂和实验仪器
•     2.1.1 实验试剂
•     2.1.2 实验仪器
•     2.1.3 浸渍液的配置方法
•     2.1.4 模拟海水配置
•   2.2 光电热材料的制备方法
•   2.3 光电热材料的表征
•     2.3.1 表面形貌
•     2.3.2 石墨化程度
•     2.3.3 光吸收速率
•     2.3.4 润湿性能测试
•     2.3.5 表面温度测量
•     2.3.6 电学性能测试
•   2.4 蒸发装置出水水样分析检测方法
• 第3章 光电联合蒸发装置的设计
•   3.1 光电蒸发装置的设计
•   3.2 蒸发装置的能量转化探究
•   3.3 光电热材料的表征
•   3.4 本章小结
• 第4章 光电联合蒸发装置的效能评价
•   4.1 不同光照下蒸发装置的蒸发效能试验
•   4.2 光电联合作用下蒸发器的蒸发效能试验
•   4.3 光电联合作用效果提升比较
•   4.4 模拟海水的运行效果
•     4.4.1 阳离子去除效果
•     4.4.2 蒸发器运行8 h效果
•   4.5 本章小结
• 第5章 光电联合淡化海水的效果分析
•   5.1 扩大实验设计
•   5.2 室外实验结果
•     5.2.1 水质来源
•     5.2.2 实际蒸发效果
•     5.2.3 水质处理结果对比分析
•     5.2.4 能量效率计算
•   5.3 应用展望与分析
•     5.3.1 煤化工反渗透浓水的效果分析
•     5.3.2 蒸发器的应用潜力分析
•   5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 马佳香

导师: 王威

关键词: 海水淡化,太阳能光热,膜蒸馏,电热

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工业大学

分类号: P747

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.000925

总页数: 72

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