一种新型太阳能光热海水蒸发装置的制作方法

本实用新型属于海水蒸发的技术领域，特别是涉及一种新型太阳能光热海水蒸发装置。

背景技术：

海水占据了地球表面70％以上的面积，是地球上最丰富的资源之一。然而，相比于丰富的海水资源，地球上淡水只占全部水资源的2.8％，其中还有68.69％的淡水被封存与地球两极、高原与雪山等地区的永久冰川中，淡水紧缺成为世界公认的最严峻的挑战之一。克服这一难题最理想的途径是利用海水脱盐生产淡水，为了达到这一目的，人们开发出了多种海水淡化技术，包括海水蒸馏、电渗析、反渗透过滤技术等。这些方法大多需要直接或间接消耗大量化石能源，提高成本并会造成环境负担。利用太阳能进行海水蒸馏能够摆脱海水淡化过程中化石能源的消耗，吸引了人们极大的关注。

早在两千年之前，古人就利用太阳光直接照射海水制盐，利用这种方法，太阳光使海水升温加快蒸发速度，然而，在这种情况下太阳光将对一定厚度下的所有海水进行均匀加热，海水升温不明显，效果较差。为了提高太阳光的利用率、加快海水蒸发速度，人们利用光热纳米材料与基体材料相复合，制备成光热转换层，平铺到海水表面，其装置图如图1所示。这种方法能够将太阳光高效的转换为热量，并集中在海水的表面，相对集中的热量能够有效地提高光热转换层的表面温度，很大程度上增加海水蒸发速度。但是，这种方法的发热层与海水表面有较大面积的接触，所产生的热量难以避免的会向海水中散失，从而降低太阳能的利用率；另外，这种方法会使海水中的盐分在发热层的表面析出，覆盖受光面并堵塞空隙，造成光热转换层失效。

因此，有必要开发一种海水蒸发装置，避免热量向海水中散失，同时还能够带走海水中所析出的盐分。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型太阳能光热海水蒸发装置，利用太阳能资源实现海水的高效蒸发，降低成本，提高海水蒸发效率，避免海水中盐分析出降低太阳能的转化效率。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种新型太阳能光热海水蒸发装置，包括两侧等高的水箱、亲水性光热转换织物和浓缩液收集箱，所述亲水性光热转换织物两侧分别铺设于两侧的水箱上，所述亲水性光热转换织物的两端分别置于两侧的水箱中且浸没于海水面以下，两侧水箱之间的亲水性光热转换织物呈下凹的弧形，所述亲水性光热转换织物中部为含有光热转换材料的光热转换区，所述浓缩液收集箱对应设置于亲水性光热转换织物中部弧形最低点的下方。

所述亲水性光热转换织物的两端高点与中间低点的高度差h₁为0<h₁≤10m。

所述两侧水箱内的海水面等高，所述海水面与亲水性光热转换织物(两端高点的高度差h₂为0<h₂≤10m。

所述亲水性光热转换织物由亲水性织物基底和光热转换材料组成。

所述亲水性织物基底为天然纤维、再生纤维素纤维和化学纤维中的一种或者多种制成的针织织物、机织织物或非织物。

所述天然纤维为棉、麻、丝、毛或者纸浆，所述再生纤维素纤维为Lyocell纤维、Modal纤维、竹纤维、甲壳素纤维或者铜氨纤维，所述化学纤维为涤纶、氨纶、腈纶、锦纶、维纶或者丙纶。

所述非织物为无纺布。

所述光热转换材料包括金属纳米颗粒、碳纳米材料、有机光热材料和半导体光热纳米材料中的一种或者多种。

所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒、钯纳米颗粒、铂纳米颗粒或者铝纳米颗粒，所述碳纳米材料为碳黑、碳粉、多孔碳、碳纳米管、石墨烯或者富勒烯，所述有机光热材料为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚多巴胺、吲哚菁绿或者普鲁士蓝，所述半导体光热纳米材料为硫化铜、硒化铜、硫化铋、硒化铋、硫化钨、氧化钨、二氧化钛、三氧化二钛、硫化铁或者硫化钼。

有益效果

(1)使用太阳能对海水进行加热并促进海水蒸发，无需额外能源消耗，产生的水蒸气通过冷凝可得含盐量极低的蒸馏水，滴落的浓缩海水可以用于进一步的海水制盐工艺，有利于提高制盐效率、降低成本；

(2)水蒸气能够从光热转换织物的上下两个表面产生，增加了蒸汽产生的面积，提高蒸汽产生效率；

(3)相比于将光热转换织物直接铺到海水表面上用于海水蒸发，本实用新型能够将太阳能所产热量集中加热织物表面的海水，避免了热量向海水内部的纵向流失，能够大大提高海水蒸发效率；

(4)本实用新型为连续化太阳能海水蒸发-浓缩协同发生装置，该装置能够在蒸发海水的同时带走织物表面的残留盐分，使光热转换织物的表面不会析出盐分覆盖层而影响太阳能的利用效率，降低蒸发性能。

附图说明

图1为传统太阳能光热海水蒸发装置的结构示意图。

图2为本实用新型的结构示意图。

图3为实施例1中本实用新型与传统太阳能光热海水蒸发装置的累计蒸汽产生量对比图。

图4为实施例2中本实用新型不同时刻海水蒸发速率图。

图5为实施例2中本实用新型的累计蒸汽产生量图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图2所示的一种新型太阳能光热海水蒸发装置，包括两侧等高的水箱1、亲水性光热转换织物2和浓缩液收集箱3。

亲水性光热转换织物2两侧分别铺设于两侧的水箱1上，亲水性光热转换织物2的两端分别置于两侧的水箱1中且浸没于海水面以下，两侧水箱1内的海水面等高，海水面与亲水性光热转换织物2两端高点的高度差h₂为0<h₂≤10m。两侧水箱1之间的亲水性光热转换织物2呈下凹的弧形，亲水性光热转换织物2的两端高点与中间低点的高度差h₁为0<h₁≤10m。

亲水性光热转换织物2由亲水性织物基底和光热转换材料组成。亲水性织物基底为天然纤维、再生纤维素纤维和化学纤维中的一种或者多种制成的针织织物、机织织物或非织物(如无纺布)，天然纤维为棉、麻、丝、毛或者纸浆等，再生纤维素纤维为Lyocell纤维、Modal纤维、竹纤维、甲壳素纤维或者铜氨纤维，化学纤维为涤纶、氨纶、腈纶、锦纶、维纶或者丙纶。光热转换材料包括金属纳米颗粒、碳纳米材料、有机光热材料和半导体光热纳米材料中的一种或者多种。金属纳米颗粒为金纳米颗粒、钯纳米颗粒、铂纳米颗粒或者铝纳米颗粒，碳纳米材料为碳黑、碳粉、多孔碳、碳纳米管、石墨烯或者富勒烯，有机光热材料为聚吡咯、聚噻吩、聚苯胺、聚多巴胺、吲哚菁绿或者普鲁士蓝，半导体光热纳米材料为硫化铜、硒化铜、硫化铋、硒化铋、硫化钨、氧化钨、二氧化钛、三氧化二钛、硫化铁或者硫化钼。

亲水性光热转换织物2中部为含有光热转换材料的光热转换区，浓缩液收集箱3对应设置于亲水性光热转换织物2中部弧形最低点的下方。

实施例1

在烧杯中加入45mL水、5mL浓盐酸(HCl质量百分比：～36％)和1.141g过硫酸铵，在磁力搅拌下，向其中加入1mL苯胺和乙醇的混合溶液(体积比1：1)，搅拌30s，放入6℃冰箱中静置24h，之后使用砂芯漏斗和0.45μm聚偏氟乙烯滤膜对反应溶液进行减压抽滤和洗涤，并将产物聚苯胺重新分散到乙醇中，配成8mg/mL的乙醇分散液。

取尺寸为10×20cm棉布，在棉布上分多次、均匀地滴加5mL聚苯胺的乙醇分散液，控制滴加区域为棉布中心的10×10cm部分，并在60℃的烘箱中烘干，得到聚苯胺/棉光热转换织物。

将所得的光热转换织物用夹子固定在两个方形聚乙烯塑料盒的端口上，织物边缘部分自然下垂并与水盒内海水接触，控制织物中心部位与塑料盒端口的高度差为1cm，塑料盒内海水液面比塑料盒端口低2mm，待海水完全浸润光热转换织物后，使用平均光强为0.16W/cm²、圆形光斑直径约10cm的氙灯模拟器照射织物，其水蒸气累计产生情况如图3所示。

海水蒸发后，并无明显的矿物质盐颗粒在光热转换织物表面析出。为进行对比，将相同的光热转换布放于10×10cm的海水面上，在相同的氙灯模拟器照射下，水蒸气累计产生情况如图3所示，由图可见本装置的蒸汽产生速度约为传统方式的3倍。

实施例2

按照实施例1中的方法制备8mg/mL的聚苯胺的乙醇分散液。取600mL分散液，多次、均匀地滴在80×240cm棉布的中间部分，控制滴加区域为棉布中心的80×140cm部分，并用电吹风吹干，将该棉布的两端用夹子固定在两个方形聚乙烯水槽(水槽开口尺寸：80×15cm)端口，控制织物中心部位与水槽端口的高度差为10cm、水槽内的水面比塑料盒端口低1cm，待水完全浸润光热转换织物后，将该装置放于太阳光下，记录水蒸发的质量变化，不同时刻太阳光光强和对应的水蒸发速率如图4所示，该装置在一天内累计产生蒸汽的质量如图5所示。