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成果簡介：本裝置主要采用了激淋式橫管降膜蒸發(fā)、多效閃蒸、多效回?zé)帷?qiáng)化冷凝、強(qiáng)化對流等多項(xiàng)先進(jìn)的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)措施，并有效地減少了裝置中海水的熱容量，使裝置升溫更迅速，運(yùn)行五分鐘即有淡水產(chǎn)出。裝置中海水的蒸發(fā)與蒸汽的冷凝潛熱得到了多次重復(fù)利用，使系統(tǒng)產(chǎn)水率得到成倍的提高，是傳統(tǒng)盤式太陽能蒸餾器產(chǎn)水率的五倍，平均每平方米太陽能集熱器日產(chǎn)水量12公斤以上，達(dá)到國際先進(jìn)水平。所生產(chǎn)的淡水水質(zhì)完全達(dá)到國家飲用水標(biāo)準(zhǔn)（＜500ppm）。該裝置可以視用戶情況專門設(shè)計(jì)，而且規(guī)模越大效率越高。 項(xiàng)目來源

碳?xì)饽z因在同類氣凝膠材料中具有良好的導(dǎo)電性（5～40s/cm），以及高比表面積 而使其成為一種新型的理想電極材料．目前國外的研究集中在將碳?xì)饽z應(yīng)用于超級電 容器（雙電層電容器）電極、氣體擴(kuò)散電極，燃料電化學(xué)電池的電極、可充電電池電極 等，同濟(jì)大學(xué)在這方面的研究工作也已開展了近十年，取得了一定的成果。 研究的目標(biāo)是用碳?xì)饽z作電極，試制海水淡化原理型裝置，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化 研究。本材料是典型的環(huán)保與能源材料，所以有利于保護(hù)環(huán)境與資源綜合利用。研究成 果應(yīng)用于海水淡化、新能源器件等領(lǐng)域。

氣凝膠（Aerogel）是一種具有超高孔隙率的三維納米多孔材料，是目前世界上質(zhì)量最輕、保溫隔熱性能最好、孔隙率最高、比表面積最高的固體材料。其密度極低，在3~500 mg/cm3之間可調(diào)，孔隙率高達(dá)80 %~99.8 %，比表面積可達(dá)1000 m2/g，常溫下的熱導(dǎo)率低至0.015 W/m·K，典型的孔徑尺寸在1~100 nm之間。獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)使氣凝膠具有許多特殊的物理性能，例如低熱導(dǎo)率、低折射率、低聲阻抗、低介電常數(shù)、強(qiáng)吸附性、高催化活性等等。這些優(yōu)異的物理性能使氣凝膠在航空航天、保溫隔熱、高效吸附、隔音、催化和儲能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 氣凝膠比表面積高、孔隙率高、孔洞又與外界相通，性能穩(wěn)定，因此它是很好的吸附材料，可以用來吸附有害氣體和過濾有機(jī)物，有利于保護(hù)環(huán)境。碳?xì)饽z結(jié)合了碳材料本身的導(dǎo)電特性與氣凝膠材料多孔的結(jié)構(gòu)特性，可以應(yīng)用在海水淡化等領(lǐng)域。 目前技術(shù)采用高比表面積的多孔碳?xì)饽z制成電極，制成海水淡化原理型裝置。通過正反接電壓實(shí)現(xiàn)裝置的連續(xù)脫鹽，提高裝置的脫鹽效率。

高校科技成果盡在科轉(zhuǎn)云

近日，能源領(lǐng)域期刊Energy & Environmental Science（IF=33.250）發(fā)表了有關(guān)超高效太陽能海水淡化研究成果Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still，該論文由上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的徐震原副教授和王如竹教授與麻省理工學(xué)院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大學(xué)為第一完成單位。全被動式的太陽能海水淡化是解決海水淡化技術(shù)適應(yīng)性的完美方案，且適用于缺乏基建和偏遠(yuǎn)地區(qū)，然而其效率一直偏低（約35%）。近年來，太陽能界面蒸發(fā)為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學(xué)、材料科學(xué)和熱科學(xué)的交叉領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但在其效率仍然十分有限（約100%）。本研究提出的“界面局部加熱型多級太陽能蒸餾架構(gòu)”結(jié)合了太陽能界面局部加熱和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，顯著提升了被動式太陽能海水淡化的效率。 在該論文中研究團(tuán)隊(duì)指出系統(tǒng)性的能量傳遞優(yōu)化，而非高性能材料，是達(dá)到超高效太陽能海水淡化的關(guān)鍵。通過采用商用和低成本材料搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，研究團(tuán)隊(duì)在一個太陽輻照條件下創(chuàng)紀(jì)錄地實(shí)現(xiàn)了385%的效率和5.78 L m-2 h-1的海水淡化產(chǎn)水率。除此之外，該裝置可以通過毛細(xì)作用進(jìn)行被動補(bǔ)水，同時(shí)通過鹽分在夜間的反向擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)被動排鹽，保證長效穩(wěn)定的被動式工作。該研究所達(dá)到效率比2018年12月發(fā)表于Nature Sustainability和2019年7月發(fā)表于Nature Communications的被動式太陽能海水淡化效率記錄分別高出約2.8倍和2倍，成為該領(lǐng)域的效率新記錄。該工作為解決偏遠(yuǎn)或離網(wǎng)地區(qū)淡水短缺問題提供了實(shí)際解決方案，也為界面太陽能蒸發(fā)走向?qū)嵱没透咝Щ峁┝巳滤悸泛屠碚摽蚣堋?該研究工作獲得了國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51976123）和創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（51521004）的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，近兩年來已經(jīng)在Joule上發(fā)表論文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上發(fā)表論文各1篇。論文鏈接：Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar stillMIT News：Simple, solar-powered water desalination

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 近年來海水淡化技術(shù)的快速發(fā)展及其成本的大幅降低，使越來越多的國家和 地區(qū)開始考慮利用淡化水作為第二水源，以緩解日益嚴(yán)峻的淡水危機(jī)。目前可用 于工業(yè)規(guī)模的海水淡化方法反滲透技術(shù)的發(fā)展速度最快，成本的降幅也最大。其 原因主要在于膜性能的不斷提高和高效能量回收裝置的廣泛使用。 能量回收裝置作為反滲透海水淡化系統(tǒng)的必備設(shè)備之一，對大幅降低淡化系 統(tǒng)的運(yùn)行能耗，進(jìn)而降低產(chǎn)水成本至關(guān)重要。正位移式能量回收裝置近年來備受 市場青睞，其產(chǎn)品市場占有率也呈逐年快速增長的發(fā)展趨勢，淡化系統(tǒng)本體噸水 電耗也由 80 年代的 8.0 kWh 降低到約 2.0kWh。 技術(shù)原理與工藝流程簡介： 按照工作原理的不同，能量回收裝置可分為水力透平式（或離心式）和正位 移式兩種類型。水力透平式運(yùn)行時(shí)通常需要經(jīng)過“壓力能-軸功-壓力能”兩步轉(zhuǎn)化 過程，能量回收效率相對較低，為 50-75%。而正位移式則利用濃鹽水直接增壓 進(jìn)料海水的方式回收壓力能，效率高達(dá) 90%-96%。此外，正位移式能量回收裝 置使用過程中還具有根據(jù)運(yùn)行需要靈活調(diào)節(jié)淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水回收率的特點(diǎn)。“閥 控余壓能量回收裝置”采用正位移式工作原理，集成式水壓缸和閥組相結(jié)合來實(shí) 現(xiàn)反滲透海水淡化系統(tǒng)排放濃鹽水余壓能的回收利用。能量回收裝置采用 PLC 控制，易于與上位系統(tǒng)相耦合，控制精度和可調(diào)性都很好。 技術(shù)水平及專利與獲獎情況： 該項(xiàng)目經(jīng)國家海洋局鑒定驗(yàn)收（國海鑒字[2004]003 號），認(rèn)為該成果達(dá)到 國際先進(jìn)水平。該技術(shù)已于 2004 年 7 月 7 日獲準(zhǔn)國家發(fā)明專利（授權(quán)公告號 CN 1156334C）。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測： 能量回收裝置由于具有較高的能量回收效率，已經(jīng)逐漸成為海水淡化行業(yè)中 研究和開發(fā)的熱點(diǎn)，其產(chǎn)品市場占有率也呈逐年快速增長的發(fā)展趨勢，近年來國 內(nèi)海水淡化工程大多采用美國 ERI 公司的 PX 能量回收裝置。我國在 SWRO 能 量回收技術(shù)方面的研發(fā)起步較晚，發(fā)展比較遲緩，裝置形式較單一，大都局限于 雙液壓缸功交換式，整體水平同國際先進(jìn)技術(shù)還有很大的差距，但工業(yè)化發(fā)展及 應(yīng)用前景較好。隨著我國淡水資源的日益缺乏，反滲透海水淡化工程必將大力發(fā) 展，因而研究開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的能量回收裝置具有深遠(yuǎn)的意義。 閥控余壓能量回收裝置具有與國外同類產(chǎn)品相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)，其生產(chǎn)成本可 比國外產(chǎn)品降低 1/3~1/2，是反滲透海水（或苦咸水）淡化系統(tǒng)必備的關(guān)鍵設(shè)備 之一，市場前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益巨大。 應(yīng)用領(lǐng)域： 該裝置可廣泛應(yīng)用于反滲透海水（或苦咸水）淡化系統(tǒng)和工業(yè)反滲透系統(tǒng)等 水處理領(lǐng)域和有關(guān)化工工業(yè)（如合成氨工業(yè)）中需要回收液體壓力能的場合。 合作方式及條件： 以技術(shù)合作的方式開發(fā)新型反滲透海水淡化能量回收裝置系列產(chǎn)品。 34 海洋島礁供水系統(tǒng)

1 成果簡介本系統(tǒng)采用了一種多翅片降膜蒸發(fā)方式，通過高效降膜蒸發(fā)、膜態(tài)冷凝等強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)，有效提高了單位體積裝置淡水產(chǎn)率。其產(chǎn)淡水效率比目前市場上其他蒸發(fā)式產(chǎn)品更高， 70℃時(shí)單位體積產(chǎn)淡水率即可達(dá)到 135kg/(m3·h)，溫度更高時(shí)產(chǎn)淡水率將進(jìn)一步提高。在產(chǎn)淡水量相同的情況下，本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更緊湊、反應(yīng)更迅速。系統(tǒng)樣機(jī)見圖 1。 本系統(tǒng)采用多種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)能耗，更加節(jié)能環(huán)保。本系統(tǒng)可利用的熱源形式和溫度范圍更廣，熱源溫度在 50℃左右時(shí)系統(tǒng)即可產(chǎn)出淡水，可利用蒸汽、熱水、太陽能、地?zé)崴蛷U熱氣等熱源，應(yīng)用前景廣闊。 本系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，外界環(huán)境一定震動時(shí)仍能正常工作，方便搬運(yùn)、攜帶，可靠性好。圖 1 多翅片降膜蒸發(fā)緊湊式海水淡化系統(tǒng)樣機(jī) 圖 2 多翅片降膜蒸發(fā)緊湊式海水淡化系統(tǒng)淡水產(chǎn)量隨熱源溫度變化曲線2 應(yīng)用說明此系統(tǒng)可充分利用低品位熱能，如地?zé)帷⒐I(yè)廢熱、交通工具廢氣余熱等低溫?zé)嵩矗?50~100℃），適用范圍較廣。大規(guī)模的海水淡化設(shè)備可以與大型火電廠、化工廠等相結(jié)合。小規(guī)模的海水淡化設(shè)備可以利用太陽能加熱設(shè)備等，淡化后的水可直接飲用。3 效益分析此系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新與優(yōu)化使得投資成本大為降低。運(yùn)營成本非常低，每天僅需 2 度電。目前市場上常見的反滲透膜式海水淡化設(shè)備的單位產(chǎn)淡水量所需成本是此系統(tǒng)的 10~30 倍，預(yù)計(jì)此系統(tǒng)一年半即可收回成本。

本發(fā)明涉及一種植入風(fēng)電桿塔的海水淡化裝置，屬于海水淡化領(lǐng)域。包括蒸發(fā)器，多孔隔板將蒸發(fā) 器分隔成上部的蒸汽腔和下部的海水腔，所述多孔隔板是親水性隔熱多孔介質(zhì)，其內(nèi)部孔徑為微米孔， 且多孔隔板上側(cè)涂有吸熱涂層;蒸汽腔依次與冷凝器、冷凝罐和淡水罐通過管路相連，海水腔一端與海 水管線相連進(jìn)水，另一端與鹽水管線相連出水，海水管線和鹽水管線經(jīng)過熱交換器換熱，鹽水管線出口 連接活塞式抽水機(jī)抽出鹽水;其中多孔隔板和冷凝罐中心距離海平面高度為 10 米。本發(fā)明不依靠外部 動力和電力的輸入便可實(shí)現(xiàn)

本發(fā)明公開了一種基于壓力延滯滲透與反滲透的海水淡化裝置，包括濃度差動力單元、海水淡化單元以及位于兩個單元間的壓力傳遞元件。濃度差動力單元包括中空的一號海水腔和與之相鄰的中空的濃海水腔以及位于兩腔室間的滲透膜，該單元用于將不同濃度的海水間的鹽差能轉(zhuǎn)化為靜壓力。海水淡化單元包括中空的二號海水腔和與之·686·相鄰的中空的淡水腔以及位于兩腔室間只允許水分子透過的反滲透膜，在靜壓力下反滲透膜只允許水分子透過，從

太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)是一種綠色環(huán)保、可再生、有前途的用于海水淡化和廢水凈化的新方法，可以長期且有效的解決淡水資源短缺的問題。本科技創(chuàng)新成果為一種太陽能驅(qū)動的基于納米復(fù)合光熱膜的海水淡化 / 廢水凈化裝置。通過調(diào)整納米復(fù)合光熱膜的相比例等因素，實(shí)現(xiàn)光熱膜的選擇與滲透率的平衡。納米復(fù)合有利于形成多層微孔結(jié)構(gòu)，促使光在膜內(nèi)部發(fā)生多次內(nèi)反射，并可以為蒸發(fā)提供足夠的水輸運(yùn)通道。納米復(fù)合光熱膜具有協(xié)同效應(yīng)，既可以實(shí)現(xiàn)高的水蒸發(fā)速率和蒸發(fā)率，又對有機(jī)染料、鹽離子以及重金屬離子等具有高的去除率。