[发明专利]一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件

说明书

一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外壳，所述底座上形成凸设的缓冲溶液通道，在底座上还形成微纳米膜通道、淡化水通道、浓缩盐水通道和出水口；外壳与底座组合后形成盐水通道。采用3D打印材料组合后紧密贴合，无缝隙，具有极好的密闭性；底座与外壳通过3D打印围边卡接固定，固定位置精准，无需使用胶或钉子，可以保证整体性，不被胶或钉子破坏；制作成本低、具备大规模生产的潜能且可循环利用；由于器件是由3D打印支撑，所以其尺寸和形状的精度均不收工人技术娴熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度较好；利用离子浓差极化原理进行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，对环境不造成危害。

技术领域

本发明涉及一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，属于海水淡化技术领域。

背景技术

截止至1990年，全世界已安装的海水淡化装置的产水能力约为13,000,000立方米／天，而到了2000年，这个产能的数值已经翻了一倍。能源消耗的问题随着淡化水产能的增加而日益突显出来。据计算，每天生产13,000,000立方米的淡化水，一年内就需要消耗原油1．3亿吨。燃料的费用并不是主要的问题，地球的空气污染和温室效应等才是人们必须谨慎对待的问题。

在已知的二十几种海水淡化方法中被广泛应用和具有产业化优势的主要为蒸馏法和膜分离法。蒸馏法所使用的设备简单，受原水浓度限制较小，所得的水质纯净度较高，但存在设备费用及耗能较高、设备管路结垢与腐蚀等问题。膜分离法在淡化过程中能量消耗小，最具代表性及应用最为广泛的是渗透法（RO）和电渗析法（ED），膜分离法所使用的高分子膜的使用寿命短和抗污染能力弱等问题严重影响了其进一步的应用。 所以，开发低成本、高效率的海水淡化技术是未来的发展方向。

2009年，Sung Jae Kim [5]等人提出了基于离子浓差极化原理的微流控海水淡化器件为海水淡化的发展提供了一个新的发展方向，但Sung Jae Kim 等人只讨论了离子浓差极化原理在海水淡化方向应用的可能性，并未切实提出可以大规模生产的器件模型。

发明内容

本发明的目的是克服蒸馏法和膜分离法的不足，而提供一种工艺简单、成本较低、可以批量生产且具有优秀淡化率的基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种基于离子浓差极化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外壳，所述底座上形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座上还形成有微纳米膜通道、淡化水通道、浓缩盐水通道和出水口；外壳与底座组合后形成盐水通道。

所述底座中部形成有凸设的缓冲溶液通道，在底座的缓冲溶液通道的两侧还分别形成有微纳米膜通道、淡化水通道和浓缩盐水通道，另在底座的下部侧边形成有出水口；所述外壳套配于底座上，二者组合后缓冲溶液通道的外壁与外壳之间形成盐水通道。

所述微纳米膜通道由Nafion溶液制成。

采用上述方案后，本发明的海水淡化芯片器件由于是采用3D打印材料，组合后紧密贴合，无缝隙，具有极好的密闭性；底座与外壳通过3D打印围边卡接固定，固定位置精准，无需使用胶或钉子，可以保证整体性，不被胶或钉子破坏；制作成本低、具备大规模生产的潜能且可循环利用；由于器件是由3D打印支撑，所以其尺寸和形状的精度均不收工人技术娴熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度较好；利用离子浓差极化原理进行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，对环境不造成危害。

附图说明

图1为本发明3D打印海水淡化器件结构示意图；

图2为本发明3D打印海水淡化器件原理图；

图3为本发明3D打印海水淡化器件的外观示意图；

图4为本发明中微纳米膜通道SEM扫描图；