【摘 要】
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海水淡化与水处理技术的开发对人类的生存以及生态环境的可持续发展至关重要。现阶段已发展成熟的水处理技术包括反渗透法(Reverse Osmosis)、电渗析法(Electrodialysis)、多级闪蒸法(Multi-stage Flash Distillation)等,这些技术在海水淡化路线、技术成本、设备运行能耗等方面均存在缺陷。太阳能海水淡化过程是一种绿色、可持续的脱盐过程,具有能耗低、成本低
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海水淡化与水处理技术的开发对人类的生存以及生态环境的可持续发展至关重要。现阶段已发展成熟的水处理技术包括反渗透法(Reverse Osmosis)、电渗析法(Electrodialysis)、多级闪蒸法(Multi-stage Flash Distillation)等,这些技术在海水淡化路线、技术成本、设备运行能耗等方面均存在缺陷。太阳能海水淡化过程是一种绿色、可持续的脱盐过程,具有能耗低、成本低且对环境友好等优点,已成为近年来人们关注的热点。碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨等碳基材料是一类新型的光热转换材料,这类材料均具有较强的光吸收能力及优异的光热转换性能。其中碳纳米管材料除了能够应用于光热转换界面蒸发过程,还能在通电条件下显示出较强的焦耳热效应及较好耐电化学腐蚀性,具有利用电能产生的热量实现界面蒸发过程的潜力,是一种新型光电两用的海水淡化材料。本论文围绕基于碳纳米管的用于海水淡化的复合膜材料的制备、表征及性能优化展开,提出了新型海水淡化设备的设计方法,并对利用该海水淡化设备实现的光照、通电条件下的可控海水淡化过程展开了研究,构筑了基于碳纳米管的高效稳定的海水淡化系统。实验结果表明不论将本论文中提到的基于碳纳米管复合膜的海水淡化系统应用于光热转换海水淡化过程还是电焦耳热海水淡化过程,其脱盐率均能达到甚至超过99.90%。该海水淡化系统在太阳能海水淡化过程中的最高淡化速率为15.80 kg·m-2·h-1,能量利用效率为93.64%;在电焦耳热海水淡化过程中最高淡化速率为12.51 kg·m-2·h-1,能量利用效率为46.17%。总体而言,该系统在通电或光照条件下均能实现稳定持续地海水淡化,对设计界面蒸发膜材料及器件,实现规模化海水淡化具有重要的意义。
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