[发明专利]一种基于自焦耳热效应的碳管膜蒸馏方法

说明书

本发明公开了基于自焦耳热效应的碳管膜蒸馏方法，本方法基于碳纳米管遥感焦耳热效应、通电焦耳热效应。将碳纳米管阵列复合疏水聚合物制备得到一种超疏水自焦耳热碳纳米管阵列复合多孔膜，设计相应器件将该碳纳米管阵列复合疏水薄膜应用于膜蒸馏过程，控制条件使阵列产生自焦耳热，最终实现海水脱盐。本发明结合热相变过程和膜法，是一种新的海水淡化方法，有别于传统膜蒸馏过程，碳纳米管阵列复合疏水薄膜在该过程中既是换热器又是蒸馏膜。

技术领域

本发明涉及一种新型的海水淡化方法，基于碳纳米管遥感焦耳热效应、通电焦耳热效应结合热相变与膜法实现海水淡化过程。

背景技术

海水淡化与水处理技术至关重要。近年来，海水淡化相关的研究热点主要集中在将热相变过程和膜法相结合的技术上，包括膜蒸馏(MD)、热膜耦合技术(MSF/RO)、增湿-去湿技术、MD与RO相结合等技术。目前，膜蒸馏法由于不受压力限制，对非挥发性物质(盐类离子、大分子、胶体、细菌、病毒等)截留率高(理论可达100％)、分离效率不受供给盐水浓度影响、低操作温度、可利用低品热源等优点一直吸引科研工作者在该领域的研究。MD法中膜材料是影响膜应用性能最为关键的因素，目前MD法采用的疏水性微孔膜一般是商业超滤和微滤膜(聚四氟乙烯(PTFE)、聚丙烯(PP)、聚偏氟乙烯(PVDF))等，难以满足膜蒸馏过程中对膜的疏水性、抗腐蚀、和节能的要求。本发明由此产生。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种基于自焦耳热效应的碳管膜蒸馏方法，它包括如下步骤：

1)制备具电自焦耳热的碳纳米管膜；

2)通入待蒸馏液体使其流经碳纳米管膜，然后给碳纳米管膜通电，控制条件使碳纳米管膜产生自焦耳热进行蒸馏。

在本发明中，所述碳纳米管膜为碳纳米管阵列复合多孔疏水膜。碳纳米管膜在该蒸馏过程中既是换热器又是蒸馏膜。

在本发明的实施例中，所述的膜的厚度为10～50μm。

在本发明的实施例中，碳纳米管阵列管径60～100nm、结晶度(I_G/D)2.40～2.80、密度0.1～0.3g/cm³、高度20～1000μm的碳纳米管阵列。

在本发明的实施例：步骤1)中，所述的制备好的碳纳米管膜，其接有至少一阴极以及至少一阳极。

在本发明的实施例：所述的通电包括通直流电和/或交流电。

在本发明的实施例：所述的直流电电压范围为10V～20V。

在本发明的实施例：所述的交流电频率范围为1Hz～10KHz。

在本发明的实施例：所述的交流电幅值范围为5Vpp～20Vpp。

本发明提供一种基于膜蒸馏(MD)过程的海水淡化方法，具体而言即利用疏水膜两侧可透过组分的蒸汽分压差，使热侧料液的水分子蒸发汽化，透过疏水膜孔以实现传质，高离子浓度液体则在界面张力的作用下不能透过疏水膜，从而实现海水的分离与浓缩。本发明中传质动力并非由传统的换热器提供，而是由碳膜通电过程中产生的焦耳热充当，碳纳米管的遥感焦耳热效应为辅助。该过程中碳膜具有高传质通量，高输水量，耐重盐水腐蚀等特性，能够获得很高的盐水回收率，是一种具有良好疏水性及焦耳热性能的蒸馏膜。

本发明的有益效果：

①本方法结合热相变过程和膜法，在原有膜蒸馏过程的基础上利用碳纳米管的电自焦耳热现象，即在本方法实施过程中碳膜不仅是蒸馏膜而且是热源，利用通电后碳膜表面产生的焦耳热将盐水加热至膜蒸馏过程操作温度。

②本装置通过控制体系电压及频率来减少该体系碳管的电化学腐蚀，即本装置是一个耐腐蚀、可在高离子浓度条件下操作的遥感自焦耳热装置。