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

　　碳源醋酸鈉生產廠家應用于高濃鹽水處理的光伏多級蒸餾器，可通過自動沖洗進行電、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，解決偏遠地區的水短缺問題。

　　近年來，通過構建多級蒸餾裝置，太陽能海水淡化的產水效率已經達到了385%。

　　然而，為了節約能源，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。

　　在這種熱局部化原理下，由于有限的擴散效應，容易產生鹽堵塞問題，導致海水淡化裝置難以對高濃鹽水進行處理，尤其是在多級裝置中，由于其水流通道有限和多級結構，鹽堵更易發生。

　　成果簡介

　　有鑒于此，濟南大學前沿交叉科學研究院薛國斌教授和劉宏教授團隊，通過太陽能電池板(PV)與多級蒸餾器的組裝，設計了可以處理高濃度鹽水(170 g/L)，能同時進行電、水、鹽收集的耦合器件(PV-MS)，并利用虹吸現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溶液進行脫鹽時，五級蒸餾器的產水量約為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，是實現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”發表于Nano Energy(DOI:10.1016/j.nanoen.2021.106163)上。

　　圖文導讀

　　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板將太陽能轉化為電能和熱能。多級蒸餾器由余熱驅動，得到潔凈的水和鹽。

　　(b)示意圖顯示離子/水沿毛細管通道的滲透方向。

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

　　圖2 光伏板搭配單層蒸餾器

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

　　(b)具有微孔結構的毛細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器和冷凝器的溫度。

　　(e)不同太陽通量下單層蒸餾器的產水量。

　　(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管芯鹽濃度分布的穩態模擬。

　　(h)與實驗測量值不同位置的鹽濃度。

　　(i)海水淡化時的產水量和產鹽量。

　　圖3 五級蒸餾器的性能

　　(a)PV板在1個太陽光下的穩定溫度。

　　(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)五級蒸餾器的實時產水量。

　　(e)各階段產水量。

　　(f)水在蒸餾前和蒸餾后的測量鹽度。室溫~25 °C。

　　圖4 電、水、鹽聯產

　　(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溶液時的實時產水量。。

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

　　(f)在1個太陽下脫鹽不同濃度鹽水溶液時的產鹽量。

　　圖5 2020年12月26日，濟南大學校園，利用五級PV-MS模型進行戶外實驗

　　(a)大小為10×10 cm2的實驗裝置。插圖是運行一天后結晶鹽的照片。。

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

　　(c)設備的產水量。

　　(d)在1個太陽光下淡化70 g/L NaCl溶液時的實時產水量。。

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

　　(f)收集水的過程的照片。

　　小結

　　綜上所述，結合熱定位和潛熱回收策略，PV-MS表現出良好的長期穩定性，具有較高的產水能力、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，五級蒸餾器產水量約為1.17 kg m-2h-1，發電量為97 W m-2，收鹽量為1.02 kg m-2d-1，且蒸餾器無鹽堵現象。

　　本工作描述了通過系統級能量和質量運輸設計，實現充分利用太陽能發電、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和水壓力地區廢水回收的高挑戰性工程問題。

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