[发明专利]一种膜蒸馏组件及系统

说明书

本发明提供了一种膜蒸馏组件及系统，膜蒸馏组件包括热料侧通道、冷料侧通道、设置在所述热料侧通道与所述冷料侧通道之间的疏水微孔膜，所述热料侧通道通过疏水微孔膜与所述冷料侧通道连通；所述疏水微孔膜能够将接收到的电能转化为热能，以加热所述疏水微孔膜两侧的料液。本发明提供的膜蒸馏组件及系统，通过使用具有光热转换能力和电热转换能力的疏水微孔膜，并利用太阳能和电能实现对膜的直接加热，减少料液在膜边界处的温度损失，避免出现温度极化现象。

技术领域

本发明涉及膜蒸馏技术领域，具体而言，涉及一种膜蒸馏组件及系统。

背景技术

随着人类社会的发展，尤其是工业化水平和人类生活水平的提高，人类社会对纯净水的需求加剧，目前地球有超过10亿人缺乏饮用水，预计到2025年 70％的世界人口将面临用水短缺的问题。此外，在沿海和内陆地区，废水的管理和污水处理也面临越来越多的挑战。因此将诸如海水之类的非饮用水水源转化为纯净水是解决水资源短缺和水污染的有效手段。

相比于目前反渗透和纳滤等商用海水淡化技术而言，膜蒸馏海水淡化技术具有分离效率高、操作条件温和、料液对薄膜作用小以及对薄膜力学性能要求低等优点。传统的膜蒸馏过程是以疏水微孔膜为介质，在膜的两侧分为“热料侧”和“渗透侧”。由于膜的疏水性，热料侧的料液不能透过膜孔，但是料液中的易挥发组分可以在膜表面的气液界面蒸发，并在膜两侧蒸汽分压差的驱动下透过膜孔，传递至渗透侧，而非挥发组分则会被疏水膜阻挡在热料侧，从而实现混合物的分离或者提纯。但是膜蒸馏过程存在的一个重要问题是温度极化，由于温度边界层的存在，料液侧膜表面处的温度低于料液主体的温度，而渗透侧膜表面的温度高于渗透侧主体的温度，严重影响了膜蒸馏过程中的热效率，致使该过程能耗过高、效率较低。

目前，将膜蒸馏过程和太阳能集热、风力发电、光伏发电以及其他余热利用和海水淡化过程相结合研究较多。但是无论是传统的膜蒸馏过程还是和太阳能、风能等新能源相结合的膜蒸馏过程，热料侧的料液通常由外界热源提前加热至一定温度然后送至膜的热料侧进行蒸馏，使得温度极化难以避免。因此，迫切需要一种新型的膜蒸馏方法，并且能够有效解决温度极化问题，提升膜蒸馏过程热效率。

发明内容

本发明解决的问题是：由于温度极化现象，导致膜蒸馏过程的效率低、通量小、能耗高。

为解决上述问题，本发明提供一种膜蒸馏组件，包括热料侧通道、冷料侧通道、设置在所述热料侧通道与所述冷料侧通道之间的疏水微孔膜，所述热料侧通道通过疏水微孔膜与所述冷料侧通道连通；所述疏水微孔膜能够将接收到的电能转化为热能，以加热蒸发所述疏水微孔膜两侧的料液。

可选的，所述疏水微孔膜两端连接有电极，所述电极适于将电能传递到所述疏水微孔膜上。

可选的，所述热料侧通道上设置有透光口，所述透光口处密封设置有透光板，；所述疏水微孔膜接收穿过所述透光板的太阳光，并将太阳能转化为热能。

可选的，所述膜蒸馏组件还包括支撑网，所述支撑网与所述疏水微孔膜连接，并对所述疏水微孔膜进行支撑固定。

可选的，所述膜蒸馏组件还包括至少一个密封垫圈，所述密封垫圈设置在所述热料侧通道与所述疏水微孔膜中间，和/或，所述密封垫圈设置在所述冷料侧通道与所述疏水微孔膜中间。

可选的，所述热料侧通道和所述冷料侧通道均设置有进口和出口，且所述热料侧通道进口和出口的直径均小于所述冷料侧通道进口和出口的直径。

可选的，所述疏水微孔膜为按照以下方法制备的疏水微孔膜：

S1、将单壁碳纳米管加入到水溶液中，搅拌后进行超声处理，得到的碳纳米管水溶液；

S2、向所述碳纳米管水溶液中加入聚乙烯醇-苯乙烯基吡啶盐，搅拌后进行超声处理，得到CNT-PVA悬浮液；