碳源醋酸鈉廠家應(yīng)用于高濃鹽水處理的光伏多級蒸餾器，可通過自動沖洗進(jìn)行電、水、鹽收集

　　碳源醋酸鈉生產(chǎn)廠家應(yīng)用于高濃鹽水處理的光伏多級蒸餾器，可通過自動沖洗進(jìn)行電、水、鹽收集。

　　太陽能海水淡化能夠利用資源豐富的太陽能從海水中提取淡水，解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的水短缺問題。

　　近年來，通過構(gòu)建多級蒸餾裝置，太陽能海水淡化的產(chǎn)水效率已經(jīng)達(dá)到了385%。

　　然而，為了節(jié)約能源，通常采用限制通道尺寸的方法來禁止體水對流，以抑制向下的熱傳導(dǎo)。

　　在這種熱局部化原理下，由于有限的擴(kuò)散效應(yīng)，容易產(chǎn)生鹽堵塞問題，導(dǎo)致海水淡化裝置難以對高濃鹽水進(jìn)行處理，尤其是在多級裝置中，由于其水流通道有限和多級結(jié)構(gòu)，鹽堵更易發(fā)生。

　　成果簡介

　　有鑒于此，濟(jì)南大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院薛國斌教授和劉宏教授團(tuán)隊，通過太陽能電池板(PV)與多級蒸餾器的組裝，設(shè)計了可以處理高濃度鹽水(170 g/L)，能同時進(jìn)行電、水、鹽收集的耦合器件(PV-MS)，并利用虹吸現(xiàn)象有效地解決了多級裝置中的鹽堵塞問題。

　　在1個太陽光下對170 g/L的高濃度NaCl溶液進(jìn)行脫鹽時，五級蒸餾器的產(chǎn)水量約為1.17 kg m-2h-1，輸出電量為97 W m-2，集鹽量為1.02 kg m-2d-1。

　　這項工作證明了多級太陽能蒸餾器處理高濃度廢水的可行性，是實(shí)現(xiàn)廢水再利用的重要一步。該成果以題為“Photovoltaic-multistage desalination of hypersaline waters for simultaneous electricity, water and salt harvesting via automatic rinsing”發(fā)表于Nano Energy(DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106163)上。

　　圖文導(dǎo)讀

　　圖1 同時收獲電、水、鹽的耦合裝置

　　(a)一個太陽能電池板與多級蒸餾器。PV板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能和熱能。多級蒸餾器由余熱驅(qū)動，得到潔凈的水和鹽。

　　(b)示意圖顯示離子/水沿毛細(xì)管通道的滲透方向。

　　(c)鹽在毛細(xì)邊緣結(jié)晶，與毛細(xì)層形成虹吸通道。一旦虹吸管形成，被泵送的溶液會沖洗結(jié)晶鹽。

　　圖2 光伏板搭配單層蒸餾器

　　(a)設(shè)備的光學(xué)圖像。插圖是光伏板在1個太陽光下的紅外輻射(IR)熱圖像。

　　(b)具有微孔結(jié)構(gòu)的毛細(xì)管芯的掃描電鏡圖像。

　　(c)PV板的紫外-可見-近紅外光譜。

　　(d)不同太陽通量下蒸發(fā)器和冷凝器的溫度。

　　(e)不同太陽通量下單層蒸餾器的產(chǎn)水量。

　　(f)PV板在不同太陽通量下的I-V曲線和功率密度。

　　(g)1個太陽光作用下毛細(xì)管芯鹽濃度分布的穩(wěn)態(tài)模擬。

　　(h)與實(shí)驗測量值不同位置的鹽濃度。

　　(i)海水淡化時的產(chǎn)水量和產(chǎn)鹽量。

　　圖3 五級蒸餾器的性能

　　(a)PV板在1個太陽光下的穩(wěn)定溫度。

　　(b)1小時測試期間各階段的溫度變化。

　　(c)PV板在不同太陽通量下的I-V曲線。

　　(d)五級蒸餾器的實(shí)時產(chǎn)水量。

　　(e)各階段產(chǎn)水量。

　　(f)水在蒸餾前和蒸餾后的測量鹽度。室溫~25 °C。

　　圖4 電、水、鹽聯(lián)產(chǎn)

　　(a)與外部電路電阻連接的五級蒸餾器的照片。

　　(b)PV板和電阻的溫度分布。

　　(c)1小時測試期間各階段的溫度變化。。

　　(d)在1個太陽光下淡化70 g/L NaCl溶液時的實(shí)時產(chǎn)水量。。

　　(e)在1個太陽光下對170 g/L NaCl溶液進(jìn)行脫鹽時的實(shí)時產(chǎn)水量。

　　(f)在1個太陽下脫鹽不同濃度鹽水溶液時的產(chǎn)鹽量。

　　圖5 2020年12月26日，濟(jì)南大學(xué)校園，利用五級PV-MS模型進(jìn)行戶外實(shí)驗

　　(a)大小為10×10 cm2的實(shí)驗裝置。插圖是運(yùn)行一天后結(jié)晶鹽的照片。。

　　(b)8:30至14:30的太陽輻射和環(huán)境溫度。用紅外攝像機(jī)記錄PV板的溫度。

　　(c)設(shè)備的產(chǎn)水量。

　　(d)在1個太陽光下淡化70 g/L NaCl溶液時的實(shí)時產(chǎn)水量。。

　　(e)在1個太陽光下對170 g/L NaCl溶液進(jìn)行脫鹽時的實(shí)時產(chǎn)水量。

　　(f)收集水的過程的照片。

　　小結(jié)

　　綜上所述，結(jié)合熱定位和潛熱回收策略，PV-MS表現(xiàn)出良好的長期穩(wěn)定性，具有較高的產(chǎn)水能力、集鹽能力和輸出電量。在1個太陽光下處理170 g/L高濃度鹽水時，五級蒸餾器產(chǎn)水量約為1.17 kg m-2h-1，發(fā)電量為97 W m-2，收鹽量為1.02 kg m-2d-1，且蒸餾器無鹽堵現(xiàn)象。

　　本工作描述了通過系統(tǒng)級能量和質(zhì)量運(yùn)輸設(shè)計，實(shí)現(xiàn)充分利用太陽能發(fā)電、海水淡化和資源收集的可能性。利用太陽能蒸餾器淡化高鹽水的策略可以解決各種離網(wǎng)和水壓力地區(qū)廢水回收的高挑戰(zhàn)性工程問題。

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