[发明专利]一种基于散射点掺杂的高效液体蒸发方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蒸发方法，尤其是涉及一种基于散射点掺杂的高效液体蒸发方法，属于纳米结构的应用技术领域。

背景技术

蒸汽，作为一种自十八世纪开始便为人类提供强大动力的原始能源，时至今日依然在工业生产中扮演着十分重要的角色。而在生产环节以及后续的处理过程中，如何提高能量转换效率，高效产生蒸汽，有着非常重要的意义。在火力发电中，高效的蒸发过程可以有效地提高发电效率；在海水淡化的过程中，蒸发速率的提升可以大大提高蒸发效率，降低生产成本；在巴氏灭菌的过程中，提高挥发速度可以大大降低细菌存活的可能性，同时也大大降低了被细菌二次侵入的风险。

在现有的蒸发技术中，蒸发效率的提升主要是借助于热源功率的提升，而随之而来的是在热量与外界空气的对流与交换的过程中，更多的能量在此过程中的损失。换而言之，热源功率的提升仅仅是提升了蒸发效率，而并非从实质上提升了能量转换效率，其热量的利用率依然较低。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于散射点掺杂的高效液体蒸发方法，通过对溶液进行散射点的掺杂，使能量聚集到一定的区域，同时利用纳米颗粒的吸收效应产生局部加热，高效率产生蒸汽。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于散射点掺杂的高效液体蒸发方法，包括以下步骤：

(1)散射点的混合：将具有散射效应的金属、无机非金属、金属氧化物、合金或有机物制备成微纳米结构的散射颗粒，并与具有电磁波吸收特性的金属、合金或非金属无机物的电磁波吸收颗粒进行混合；

(2)利用掺杂点的散射效应进行高效溶液蒸发：将散射颗粒与电磁波吸收颗粒按照一定的比例掺入溶液体系中并且混合均匀，得到电磁波吸收溶液，当电磁波照射到该吸收溶液时，散射颗粒通过无方向散射，使电磁波向各个方向散射，减少其自由程，从而使能量集中在液体表面，电磁波吸收颗粒吸收电磁波，并将其转化为热能，液体在加热的体积之中汽化成气泡。气泡由于浮力作用达到表面，爆裂后释放其中的蒸汽。由于电磁波被集中于表面，因此所产生的热量主要集中在有蒸汽产生的表面部分，而不是用来加热液体。同时，由于液体上层温度较高，对流比较弱，这也很大程度上减少了热能的浪费。综上所述，该技术热能利用率高，提高了蒸汽的制备效率。加热区域会随着液面下降而下降，从而保证液体汽化的持续性。

优选地，步骤(1)中具有散射效应的金属包括金、银、铜、铝等，具有散射效应的无机非金属物包括二氧化硅颗粒等，具有散射效应的金属氧化物包括氧化铁颗粒等，具有散射效应的有机物包括聚苯乙烯等；步骤(1)中具有电磁波吸收特性的金属包括铜，铝，金，银，钨等，具有电磁波吸收特性的非金属无机物包括碳、氧化铝或氮化硅等。

优选地，所述的电磁波吸收颗粒在溶液中的质量浓度为0.1％-20％，吸收颗粒粒子尺寸为1nm-200um，在溶液中稳定存在，形状包括球形，星状，棒状等。所述的散射颗粒在溶液中的质量浓度为0.1％-20％，散射颗粒粒子尺寸为1nm-200um，在溶液中稳定存在，形状包括球形，星状，棒状等。

本发明中，通过表面基团的调节使散射颗粒与电磁波吸收颗粒在对应溶液体系中稳定存在。

优选地，所述的表面基团可以是在制备散射颗粒或电磁波吸收颗粒过程中获得，例如颗粒还原过程中直接加入表面活性剂，或是在颗粒制备后通过置换反应在颗粒表面获得保护基团。所述的保护基团包括较长的保护链，如碳链，碳氧链等，通过基团保护层使其稳定，基团也可以为带电荷的基团，如氨基，柠檬酸根等，通过电荷之间的斥力互相稳定。

所述的溶液体系为有机溶剂或无机溶剂，所述的有机溶剂包括乙醇、甲苯或丙酮等，所述的无机溶剂包括水、铜氨溶液或液氨等；所述的电磁波为激光波、可见光波、太阳光、红外光波或微波。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：

(1)采用微纳米结构的电磁波吸收效应将光能转化为热能，转化效率极高，可接近100％。

(2)本方法由于电磁波吸收通过散射点被集中在液体蒸发区域，而不是用来加热液体或容器，因而热量的利用效率可大为提高。

(3)加热区域随着液面的变化而变化，可保证蒸发过程的持续有效地进行。

附图说明

图1(a)为未加入散射颗粒与电磁波吸收颗粒的溶液体系光学照片，(b)为加入了散射颗粒与电磁波吸收颗粒的溶液体系光学照片；

图2为纳米颗粒TEM照片，a为金纳米颗粒，b为聚苯乙烯纳米颗粒；