[发明专利]离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法及装置

说明书

本发明提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法和装置，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯。本发明利用饱和状态下水分子的无束缚状态，对溶液中的水分子进行渐进式约束分离，克服背景技术中存在的问题。

技术领域

本发明涉及热力学领域，尤其涉及一种利用热力学原理进行溶液分离和提纯的方法和装置。

背景技术

溶液分离、提纯技术在众多行业都有应用，比如海水淡化、污水处理、吸收式制冷等等，现有技术中溶液分离和提纯的工艺多种多样，能耗需求也各不相同，比如电渗析、反渗透、吸收式制冷的热分离等；其中在吸收式制冷中因为对热能的高度消耗，有“节电不节能”一说，而其他相对节能的分离方法，如电渗析因会改变溶液性质、反渗透因超高的操作压等原因，应用上受到了一定的限制。实际上，在现有技术中，大多数的提纯都需要将水分子汽化或气化后实现溶液的浓度提升或者溶质分子和水分子的分离，也就是说，改变了水的物理形态从而达到溶液的分离或提纯，而使水分子汽化或气化的这部分能量便产生了多余的能量损失，因此，对于倡导节能减排的今天，设计出节能、适用的溶液分离方法来替代高能耗的分离技术显然更具有重大意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法和装置，利用饱和状态下水分子的无束缚状态，对溶液中的水分子进行渐进式约束分离，克服背景技术中存在的问题。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

本发明提供一种离心力场下渐进式约束的热驱动溶液分离方法，其特征是，所述方法构建渐进式约束分离单元，利用压力随半径增加而升高的原理进行渐进式约束，在离心力场环境下使水分子逐渐沿离心力方向迁移并被排出，从而实现溶液的分离和提纯，所述溶液分离方法具体包括以下步骤：

(1)建立离心力场下的分离环境；

(2)在分离环境中布置沿离心力方向的渐进式约束分离单元；

(3)向分离环境中通入待分离溶液，待分离溶液中的溶质分子和水分子在渐进式约束单元的作用下发生分离，其中水分子能够沿离心力方向进入渐进式约束分离单元；

(4)渐进式约束分离单元对水分子进行逐级约束和传递；

(5)被约束的水分子在离心力场的作用下在渐进式约束分离单元中沿离心力方向迁移直至以纯水的形式被排出渐进式约束分离单元。

在一些优选的方式中，当不断通入新的溶液时，分离方法会不断重复步骤(3)-(5)。

进一步地，所述渐进式分离约束单元中设有能够对水分子进行约束的渐进式约束分离结构。

进一步地，所述结构包括能够被固定在所述渐进式约束分离单元中且能够吸附或固定水分子的溶质分子、离子或者其他吸水基团。如同强吸水性树脂。

进一步地，所述结构包括柔性多孔材料，所述柔性多孔材料中可以固定吸水性的溶质分子、离子或者其他吸水基团。

具体地说，渐进式约束分离结构可以采用柔性多孔材料制成，柔性多孔材料的孔的大小满足能够允许水分子通过，在刚性支撑的起始端不允许溶液中的溶质分子通过，这样，当溶液通入时，就只有水分子能够进入到柔性多孔材料内，在压力状态下，溶液处于饱和状态，此时水分子处于无束缚的状态，因此，当饱和溶液通入时，柔性多孔材料能够允许无束缚的水分子进入，但是阻挡了溶质分子，实现初步的分离。当然，在本发明中，主要靠离心力产生的压力使溶液达到饱和状态，实际上，溶液达到饱和状态也需要一定的温度，例如室温就可以实现，因此，在本发明中所需的热量可以从常温环境中直接获取，不需要其他的能量消耗。