【摘 要】
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近年来,基于“气液界面加热”的太阳能光热蒸馏海水淡化技术因其光热转换率高、工艺流程简单、能直接利用太阳能等特点而备受关注。然而,光热蒸馏形成的高温环境(40-70 oC)使海水中的挥发性污染物(如挥发酚)挥发进入冷凝淡化水中,造成淡化水水质安全风险。本文充分利用光热蒸馏过程中蒸馏组件表面的“光-热-光热材料”同步活化过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)削减挥发酚进入冷凝淡化水中,并对去除影响
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目一体化蒸馏组件气液界面太阳能加热海水蒸馏淡化及其水质挥发酚削减研究(No:52070161)2021/01-2024/12;
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近年来,基于“气液界面加热”的太阳能光热蒸馏海水淡化技术因其光热转换率高、工艺流程简单、能直接利用太阳能等特点而备受关注。然而,光热蒸馏形成的高温环境(40-70 oC)使海水中的挥发性污染物(如挥发酚)挥发进入冷凝淡化水中,造成淡化水水质安全风险。本文充分利用光热蒸馏过程中蒸馏组件表面的“光-热-光热材料”同步活化过一硫酸盐(PMS)和过二硫酸盐(PDS)削减挥发酚进入冷凝淡化水中,并对去除影响因素和机理进行了探究。以炭黑(CB)为光热材料、无尘纸(ALP)为吸水材料、聚乙烯膨胀泡沫(EPE)为隔热材料、聚四氟乙烯板(PTFE)为抗氧化衬垫,设计组装了EPE/PTFE/ALP/ALC/CB抗盐析一体化蒸馏组件。当CB投加量为15 mg,PTFE和EPE泡沫的厚度比为1/3(总厚度为2 cm)时,1 k W/m~2的光照下,抗盐析一体化蒸馏组件的海水蒸发速率为1.82 kg/m~2·h。“光-热-光热材料”能同步活化PMS和PDS,使进入冷凝淡化水的挥发酚浓度显著降低。以含浓度为1 mg/L的挥发酚(苯酚、对甲基苯酚和对氯苯酚)的3.5 wt%Na Cl溶液为模拟海水,未投加过硫酸盐对三种挥发酚的蒸馏率(RD)分别为71.4%、52.9%、16.6%,投加PMS对三种挥发酚的RD值分别为17.9%、10.9%、5.35%,投加PDS对三种挥发酚的RD值分别为17.1%、0.5%、0%。光热蒸馏过程中,蒸馏组件表面形成的光、热、CB和Cl–均能活化过硫酸盐氧化降解苯酚,进而削减苯酚进入淡化水中。PDS体系中CB、光和热是活化PDS的主要因子,而PMS体系中Cl-是活化PMS的主要因子。为了避免蒸馏组件被氧化对蒸馏副产物分析结果的影响,以二硫化钼(Mo S2)和玻璃纤维膜(FB)代替原组件中的炭黑、无尘布和无尘纸,设计组装了EPE/PTFE/FB/Mo S2抗氧化一体化蒸馏组件。以10 mg/L 13C标记的苯酚盐溶液(含3.5 wt%Na Cl或Na Br)为模拟海水,1 k W/m~2的光照下,投加PMS和PDS冷凝淡化水中总有机氯(TOCl)的浓度分别为0.86 mg/L和4.48 mg/L,总有机溴(TOBr)的浓度分别为1.2 mg/L和21 mg/L。最后,对冷凝淡化水中氯代和溴代蒸馏副产物进行了辨识和转化路径推导。PDS组的卤化副产物种类要多于PMS组。苯酚通过多次卤代反应后生成一氯苯酚、一溴苯酚、二氯苯酚和三氯苯酚等卤化副产物,再被HCl O、HBr O、Cl2等活性卤素和硫酸根自由基(SO4–·)氧化生成一溴环己二烯酮、二氯苯醌和二溴苯醌等蒸馏副产物。最终碳环被破坏生成卤乙酸和三卤甲烷等物质。
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