[发明专利]一种利用碳纳米管吸收太阳能淡化海水的方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用物理及化学方法淡化海水，更具体而言，本发明涉及一种利用碳纳米管吸收太阳能，以淡化海水以及综合制盐的的方法与装置。

背景技术

碳纳米管自1991年被发现以来，受到广泛的研究与开发。它是目前人类发现的最黑的人造物质，用碳纳米管制成的吸光材料能吸收大于99.9％的可见光。碳纳米管的导热性也十分理想，在温度超过300K后碳纳米管接近最佳导热状态，其热导率约为3000～6600W/m·K，比铜的热导率高出近一个数量级，与传统上导热性最好的天然钻石相当。此外，碳纳米管还具有物化性质稳定、超强的机械力学性能、长径比大、比表面积和空隙率高等诸多优点。因此，碳纳米管是提高太阳能利用效率的理想材料。目前，碳纳米管已实现规模化生产，其技术可参见申请专利PCT/CN02/00044，该技术的实际应用使碳纳米管的生产成本和价格都显著降低，为碳纳米管规模化应用打下了坚实的基础。

水资源严重短缺是全球人类面临的共同问题，从海水中获取淡水是解决水资源危机的重要措施之一。海水中富含钠、钾、溴、镁等多种重要化学元素，总共可提取的化学元素多达80余种，多为陆地紧缺资源。海水中所含氯化钠、钾盐、溴素、镁盐四大主体要素是国民经济的重要基础化工原料，消费量巨大。因此，通过利用太阳能进行海水淡化实现海水资源的综合利用，具有重要的经济和社会效益，并拥有广阔的市场前景，对于人类社会的可持续发展意义重大。

现代海水淡化技术是在1945年以后发展起来的，常用的海水淡化方法有：蒸馏法、冷冻法、反渗透法、太阳能法、多效蒸发法、多级闪蒸法、电渗析法、露点蒸发法、水电联产、热膜联产等多种方法。目前，全球海水淡化日产量约3500万立方米，其主要是依靠多级闪蒸、反渗透和多效蒸发这三项技术。其中，多级闪蒸法产量最大，技术最成熟，运行安全性高，弹性大，但耗能特别高，主要需要与火电厂联合建设，适合于大型和超大型海水淡化装置。这三项技术中，反渗透技术耗能相对较低，是目前美日欧等发达国家海水淡化研究的重点。

太阳能法是人类早期利用太阳能进行海水淡化的方法。最常用的太阳能蒸馏器是盘式太阳能蒸馏器，它属于被动式太阳能海水淡化装置，由于它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采用。目前对盘式太阳能蒸馏器的研究主要集中于材料的选取、热交换性能的改善以及将它与各类太阳能集热器配合使用上，但是目前该方法的最大缺点是单位采光面积的产水量太低。但是，与传统动力源和热源相比，太阳能具有安全、环保等诸多优点，将太阳能用于采集淡水与制盐工艺相结合是一种可持续发展的海水淡化技术，由于该技术具有不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等诸多优点，已逐渐受到世界各国的重视。

中国专利CN1724395公开了一种太阳能热泵联合海水淡化装置，该装置是由太阳能集热器、热交换器和循环泵组成，其特点是：压缩机、冷凝器、膨胀阀和蒸发器组成热泵循环装置；热交换器、冷凝器构成闪发器，闪发器的海水管道、蒸汽管道、真空管道经多效蒸馏器分别与海水取水和浓海水冷凝管道、淡水管道及真空装置相连接；海水冷凝管道经蒸发器连接泵，淡水管道经蒸发器连接泵。另外，CN02281876.6公开了一种太阳能反渗透海水淡化装置，包括精滤器、反渗透膜组件、太阳能集热器、蓄热器和循环泵、清洗过滤器、自动冲洗灌、汽轮泵，该装置是用太阳能产生的蒸汽直接驱动汽轮泵提供反渗透组件的进水流量和压力。以上的专利文献所报道的技术都属于主动式太阳能蒸馏器，但是由于能量利用效率不高，单位集热器采光面积的产水率偏低，因此在规模化和产业化方面都存在较大困难。

目前，利用太阳能进行海水淡化的研究与应用主要集中在利用太阳能与传统海水淡化工业(如上所述的多级闪蒸、反渗透和多效蒸发)相结合上。如：在太阳能光伏反渗透海水淡化技术方面，利用太阳能电池先将光能转化为电能进行反渗透海水淡化过程，由于光电转化效率通常只有10-20％，且光电池价格昂贵，这使该技术只适合于沙漠、船舶、海上钻井平台等特殊环境下获取少量淡水使用。

为了提高太阳能利用效率，克服海水淡化的现有技术的缺陷，本申请人发现，通过采用本发明的利用碳纳米管吸收太阳能淡化海水的方法及实施该方法的装置，可以实现以下的优点和效果：

1.通过利用碳纳米管吸收太阳能淡化海水，可显著提高太阳能利用率，降低海水淡化成本，并可以获得高纯度氯化钠晶体及其它盐类。

2.本发明所述装置及流程适于规模化放大与应用；特别适合土地贫瘠、利用率低、常年干旱少雨地区通过引海工程实施大规模供应淡水和生产工业用盐。