【摘要】：目前全球淡水資源不僅匱乏,污染問題也十分嚴(yán)重。應(yīng)對這一問題,海水淡化無疑是最有發(fā)展前景的解決方案之一,目前發(fā)展最為廣泛的是反滲透技術(shù)、多效蒸餾技術(shù)和多級閃蒸技術(shù)。但是這些技術(shù)手段都需要有大量的能源消耗,有加重全球氣候變暖和環(huán)境污染的可能,而豐富的太陽能作為清潔能源用于海水淡化領(lǐng)域,可以在減緩水資源短缺危機(jī)的同時,減少能耗。新型太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)實現(xiàn)了限域性加熱,將光能合理利用,加熱少量水進(jìn)行蒸發(fā),減少了能量損耗,因而蒸發(fā)效率更高。同時在沒有大電網(wǎng)覆蓋的偏遠(yuǎn)地區(qū)和給水設(shè)施不夠完善的地區(qū),太陽能蒸發(fā)技術(shù)就可以不需要電能提供清潔的飲用水,這個理念的實現(xiàn)還需要考慮陰天和夜晚時產(chǎn)水量的問題,并且單位產(chǎn)水率還有待進(jìn)一步提高。因此,開發(fā)一種高吸光率、高產(chǎn)水率、制備不復(fù)雜、可復(fù)制擴(kuò)大的太陽能蒸發(fā)器,對于推動太陽能蒸發(fā)實際應(yīng)用化有極其重要的作用。本論文以光電聯(lián)合作用為核心,提高太陽能蒸發(fā)器蒸發(fā)效率為主要目的,制備了高產(chǎn)水率的光電聯(lián)合蒸發(fā)器,應(yīng)用于海水等鹽水淡化領(lǐng)域,并對裝置進(jìn)行實際應(yīng)用潛力分析。光電熱材料通過脫脂棉浸漬氧化石墨烯溶液后高溫煅燒碳化制得,集光電熱性能一體化,制備方法簡單,材料疏松多孔通過毛細(xì)作用可將水分不斷地供給給表面。光電熱材料實現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換為熱能,在一個太陽光強(qiáng)下表面溫度可達(dá)到82.6°C,利用不斷產(chǎn)生的熱量對少量水進(jìn)行限域性加熱,減少了熱量向大量水體和周圍的損失,提高了蒸發(fā)效率。蒸發(fā)器在實驗室模擬太陽光情況下實驗結(jié)果,蒸發(fā)器在只有光熱作用下,在一個太陽光照強(qiáng)度下,蒸發(fā)效率為1.85 kg m~(-2) h~(-1),蒸發(fā)器在光電聯(lián)合作用下,蒸發(fā)效率達(dá)到4.7 kg m~(-2) h~(-1),電熱效果的增加使得蒸發(fā)效率提高很多。在多倍太陽光強(qiáng)度下,蒸發(fā)效率呈現(xiàn)線性增長趨勢,因此在實際應(yīng)用中可以增加雙透鏡聚光系統(tǒng),加強(qiáng)光照強(qiáng)度,從而進(jìn)一步提高蒸發(fā)效率。樣品在光電聯(lián)合作用下的蒸發(fā)效率高于只有一種能量輸入的情況。說明相較于只有光熱的太陽能蒸發(fā)器,本實驗設(shè)計的光電聯(lián)合蒸發(fā)器,可以有效提高蒸發(fā)水量,應(yīng)用前景十分可觀。蒸發(fā)器對實際海水進(jìn)行淡化處理實驗中,海水中陽離子濃度包括鉀鈣鈉鎂離子,在淡化前后去除率均達(dá)99.9%以上,陰離子包括氯離子、硫酸根、硝酸根、氟離子,在淡化前后去除率均達(dá)99.8%以上。海水的電導(dǎo)率為56 900μS cm~(-1),淡化處理后,降低為6.42μS cm~(-1),去除率達(dá)到99.989%,證明光電聯(lián)合蒸發(fā)器對海水中鹽分去除效率很高,接近100%。由于各種離子的去除,使得水樣pH更為接近7.0。海水中TOC含量為125.8 mg L~(-1),經(jīng)過處理后淡化水中TOC為23.45 mg L~(-1),去除率為81.36%,淡化過程中對海水中微生物有很高的殺菌作用,同時淡化出水濁度下降。
【圖文】：

水資源是地球自然資源中很重要的一種，廣義上來說是指地球表層中可供人類利用的水，其中包括儲存在巖石圈和生物圈的水、大量的海水等。狹義上來說是能為人類直接利用的淡水，可以說有淡水的地方就有生命，它孕育了豐富的物種，陸地上的生命歸根結(jié)底都依賴于淡水。據(jù)統(tǒng)計，全球的總水量為 1386 000 000 km3，可謂水資源豐富，然而 97.22%為海水，這部分水資源不加處理不可被直接飲用和灌溉，甚至不可作為工業(yè)用水[1]。淡水資源量如圖 1-1所示，淡水僅占總水量的2.78%，淡水資源中77.78%為地表水，地表水中99.35%為南北兩極冰川冰雪水，可被人類較易利用的水資源僅僅是江河湖泊和地下水的一部分。所以從數(shù)據(jù)來看利用量十分少，僅占全球總水量的十萬分之七[2, 3]。并且，全球淡水資源分布十分不均[4]，俄羅斯、巴西、印度等九個國家的淡水資源數(shù)量就占全球淡水資源總量的 60%。由于水資源分布不均，導(dǎo)致眾多地理性缺水地區(qū)淡水嚴(yán)重缺乏，根據(jù)聯(lián)合國《世界水資源綜合評估報告》顯示，到 2025 年，將有涉及 40 多個地區(qū)和國家的 30 多億人口缺水。我國水資源狀況也不容樂觀，總量并不豐富，約有 2.8 萬億 m3，而人均水量只有 2200 m3，是全球人均水量的四分之一，其中山東、山西、河南、河北、寧夏、寧夏、江蘇六個省，人均水資源量小于 500 m3，，屬于極度缺水地區(qū)[5]。

MFS）簡稱多級閃蒸，是海水淡化行業(yè)中最為成熟的技術(shù)，由 20 世紀(jì) 50 年代發(fā)展起來。示意圖如圖1-2 所示。圖 1-2 多級閃蒸技術(shù)示意圖Fig.1-2 Schematic diagram of multiple stage flashing system一般是將海水加熱到特定的溫度，然后海水進(jìn)入壓力較低的閃蒸室，此時溫度高的海水對應(yīng)較高的飽和蒸氣壓，所以會有部分液體迅速汽化，將其冷凝
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：P747

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 俞善慶;;電熱材料與技術(shù)[J];能源技術(shù);1989年03期

2 魏煒;夏金童;李勁;趙敬利;趙慶才;李允柱;劉奉來;;新型炭/陶復(fù)合電熱材料的研制[J];功能材料;2011年09期

3 徐棟;白加海;楊東亮;劉俊成;;陶瓷電熱材料的研究與應(yīng)用[J];山東陶瓷;2007年03期

4 劉柯林;柔性電熱材料[J];節(jié)能;1994年09期

5 趙國治;包鋼高爐采用電烘爐底[J];煉鐵;1989年05期

6 馬鈺琴;;OCr25Al5電熱合金不同變形率與再結(jié)晶退火溫度的探討[J];江蘇冶金;1989年04期

7 ;金屬電熱材料的現(xiàn)狀[J];儀表材料;1971年04期

8 孔德凱;羅敏;汪琦;;車用電熱器具的應(yīng)用前景[J];交電商品科技情報;1995年02期

9 張旗;劉太奇;張慶成;;碳基采暖電熱材料研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報;2018年S1期

10 張國琪;家電常用電熱材料和電熱元器件[J];家電科技;2003年10期

相關(guān)會議論文 前5條

1 朱惠欣;陳鳳余;成鴻章;;納米增強(qiáng)遠(yuǎn)紅外電熱材料及其產(chǎn)品的開發(fā)研究[A];全國第十四屆紅外加熱暨紅外醫(yī)學(xué)發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2013年

2 李勇;王麗平;;聚丙烯/炭黑電熱材料的SEM研究[A];第十二屆全國電子顯微學(xué)會議論文集[C];2002年

3 高超;劉崢;劉英軍;;多功能石墨烯纖維及薄膜[A];2015年全國高分子學(xué)術(shù)論文報告會論文摘要集——主題J 高性能高分子[C];2015年

4 朱俊卿;;真空電阻爐加熱元件的設(shè)計要點[A];天津市電機(jī)工程學(xué)會2012年學(xué)術(shù)年會論文集[C];2012年

5 張昕;;建筑用發(fā)熱電纜的應(yīng)用研究[A];全國暖通空調(diào)制冷2004年學(xué)術(shù)年會資料摘要集（1）[C];2004年

相關(guān)重要報紙文章 前10條

1 記者彭宏;新型柔性電熱材料“暖卡芯片”問世[N];科技日報;2002年

2 葉鼎銓;電熱材料[N];中國建材報;2003年

3 ;鎢粉電熱材料以及它的制造方法和應(yīng)用方法[N];中國有色金屬報;2003年

4 楊毅;遠(yuǎn)紅外線電熱材料在建筑業(yè)應(yīng)用前景可期[N];中國經(jīng)濟(jì)時報;2016年

5 唐任璞;崛起的明星 創(chuàng)新的能手[N];科技日報;2000年

6 唐曉靜;碳晶地暖掮起溫暖世界的使命[N];中華建筑報;2008年

7 本報記者 李靜華;碳晶啟動采暖電氣化新路[N];中國房地產(chǎn)報;2011年

8 記者 馬津;江蘇創(chuàng)建示范崗為民服務(wù)爭一流[N];中國工商報;2012年

9 黃國倉;“硅晶地暖”產(chǎn)品3大疑點待解[N];中國建設(shè)報;2010年

10 本報實習(xí)記者 畢方圓 本報記者 張軍勝 總后司令部王桂鑫大校;軍人與節(jié)能，潛力有多大?[N];中國國防報;2008年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 袁全平;木質(zhì)電熱復(fù)合材料的電熱響應(yīng)機(jī)理及性能研究[D];中國林業(yè)科學(xué)研究院;2015年

2 唐萍;聚乙烯基復(fù)合材料的電熱性能研究[D];大連理工大學(xué);2016年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 馬佳香;太陽能光電聯(lián)合蒸發(fā)用于高效海水淡化的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 趙越;碳晶場發(fā)射電熱材料的制備和性能研究[D];沈陽化工大學(xué);2019年

3 魏煒;炭/陶復(fù)合材料制備及其電熱性與抗氧化性研究[D];湖南大學(xué);2011年

4 江川;MoSi_2基電熱材料的制備與組織性能研究[D];中南大學(xué);2014年

5 魏磊;碳化硅電熱材料的制備及其結(jié)構(gòu)與性能的研究[D];武漢理工大學(xué);2008年

6 杭瑞強(qiáng);MoSi_2電熱材料研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2006年

7 李輝;二硅化鉬基電熱材料的等截面通道轉(zhuǎn)角擠壓研究[D];蘭州理工大學(xué);2005年

8 李和平;ZrO_2/MoSi_2電熱復(fù)合材料的制備及組織性能研究[D];蘭州理工大學(xué);2004年

9 伍佳;肢殘者熱能褲的研發(fā)與評價[D];北京服裝學(xué)院;2010年

10 張鑫;錫鈦酸鋇體系陶瓷的介電、鐵電及巨電熱性能研究[D];南京大學(xué);2015年

本文編號：2609251