用于水、有机物和/或矿物质回收的方法、系统和装置

本公开涉及材料回收，并且具体地涉及用于使用多孔细长结构从液体中回收所需材料的低能量成本的技术。

背景技术：

1、本部分旨在向读者介绍可能与以下描述和/或要求保护的本发明的各个方面相关的技术的各个方面。相信此论述有助于向读者提供背景信息以促进更好地理解本发明的各个方面。因此，应理解的是，将从这个角度来解读这些陈述，而不是承认现有技术。

2、随着现成自然资源的持续减少，用于提取此类资源的替代技术是任何可持续系统的必要关键组分。不幸的是，常规技术，包含流行的太阳驱动的水蒸发和集水，存在一些重大挑战，包含间歇性操作、低产水率和系统扩展。

技术实现思路

1、下文通过所公开的物质组合物和技术来解决现有技术中的各种缺陷。

2、在一些实施例中，可以提供一种用于水、有机物和/或矿物质回收的方法。所述方法可以包含提供包括多孔材料的多个蒸发器结构，如二维或三维蒸发器结构，每个蒸发器结构具有由轴向长度分开的第一端和与所述第一端相对的第二端，每个蒸发器结构与相邻蒸发器结构物理分离。所述方法可以包含使每个蒸发器结构的所述第一端与液体接触，所述液体包括多种材料，所述多种材料包含溶剂和第一浓度的至少一种靶材。所述方法可以包含允许毛细管力或虹吸作用将所述多种材料中的至少一种材料(其可以是例如挥发性有机材料或矿物质)从第一端吸向第二端。所述方法可以包含通过将至少一种形式的环境能量(如太阳能、风能和/或环境空气热)直接传递到每个蒸发器结构来使所述多种材料中的一种或多种材料蒸发，由此提供汽化的潜热。在一些实施例中，蒸发在环境温度条件下发生。在一些实施例中，蒸发在高于50℃的温度下发生。

3、在一些实施例中，所述方法可以包含在所述至少一种靶材从所述第一端传送到所述第二端之后收集所述至少一种靶材。在一些实施例中，所述方法可以包含确定被收集的所述至少一种靶材的浓度。在一些实施例中，所述方法可以包含基于所确定的浓度调整从所述第二端到收集储器的距离。

4、在一些实施例中，每个蒸发器结构可以包含多条纤维，所述多条纤维围绕彼此加捻以形成至少具有第一节距的螺旋形图案，并且其中所述方法进一步包括通过使蒸发器结构的第一部分相对于所述蒸发器结构的第二部分绕中心轴线旋转来调整所述多个蒸发器结构中的蒸发器结构的至少一部分的孔径，从而使所述第一节距变为不同于所述第一节距的第二节距。

5、在一些实施例中，液体可以是盐水源。在一些实施例中，盐水源可以是海水、盐湖水、水库水、地下水、地热盐水或废水。在一些实施例中，所述方法可以包含收集水作为蒸气或液体。

6、在一些实施例中，所述至少一种材料为水，并且所述方法可以包含捕获所述水并使所述水冷凝。在一些实施例中，液体可以包含多种盐。在一些实施例中，所述多种盐可以包含第一盐和第二盐，所述第一盐包括靶向矿物质。在一些实施例中，靶矿物质可以是锂。在一些实施例中，液体可以包含锂、银、金、镍、钴、铜、铝、铁、锌、钼、硼、钾、钠、钙、镁、锰、硒、铂、铀、二氧化硅或其组合。在一些实施例中，液体可以包含工业流。在一些实施例中，工业流可以包含有机溶剂、离子液体和/或另一种工业流。在一些实施例中，液体可以包含有机溶剂、挥发性脂肪酸或其组合。

7、在一些实施例中，所述方法可以包含允许毛细管力或虹吸作用通过盐在溶解度、亲水性和局部浓度方面的差异在空间上分离所述液体中的盐。

8、在一些实施例中，所述方法可以包含使水蒸发并且使所述多种盐在多孔结晶器中或上结晶，其中具有较低溶解度的盐在距所述第一端的第一距离内结晶，而具有较高溶解度的盐在所述第一距离之后和距所述第一端的第二距离之前结晶，所述第二距离大于所述第一距离，使得不同的盐在具有径向结构和轴向结构两者的结晶器结构上依次析出。在一些实施例中，所述方法可以包含收集在所述第二端处或附近结晶的所述第一盐，并且单独收集在所述第一端处或附近结晶的所述第二盐。在一些实施例中，所述方法可以包含将在所述第二端处或附近的盐壳的至少一部分与在所述蒸发器结构周围形成的盐壳的剩余部分分离。在一些实施例中，所述方法可以包含从蒸发器结构去除壳的剩余部分。

9、在一些实施例中，多孔材料可以包含以下中的至少一种：木质材料、基于植物的织物、改性的基于植物的材料、未改性的基于植物的材料和聚合物。

10、在一些实施例中，所述方法可以包含用浓度为0.5-2.5m的碱性溶液对所述多孔材料进行预处理。在一些实施例中，所述方法可以包含将所述多孔材料加热到70-200摄氏度，持续1-10小时，以部分地去除一种或多种杂质。在一些实施例中，所述方法可以包含将多孔材料冷冻干燥12-48小时。在一些实施例中，所述方法可以包含通过在热板上压制和轧制所述多孔材料直到所述多孔材料的外表面均匀地碳化为止来使所述多孔材料表面碳化。

11、在一些实施例中，蒸发可以包含使空气绕过和/或穿过每个蒸发器结构。在一些实施例中，蒸发可以包含允许光源照射所述蒸发器结构。在一些实施例中，使所述多种材料中的一种或多种材料蒸发可以包含允许盐壳在蒸发器结构周围形成。

12、在一些实施例中，每个蒸发器结构的轴向长度可以为至少1米。在一些实施例中，每个蒸发器结构的长度与半径比可以为至少10:1并且基本上竖直地定位。在一些实施例中，多个蒸发器结构可以布置成阵列。

13、在一些实施例中，所述方法可以包含产生电场，并且向所述多个蒸发器结构施加电场。在一些实施例中，所述方法可以包含从液体中移除蒸发器结构中的至少一个蒸发器结构。在一些实施例中，所述方法可以包含洗涤每个已经移除的蒸发器结构。在一些实施例中，所述方法可以包含洗涤之后，将每个蒸发器结构的第一端重新耦接到液体。在一些实施例中，所述方法可以包含在所述蒸发器结构中的所述至少一个蒸发器结构已经从所述液体中移除之后，将新蒸发器结构的所述第一端置于所述液体中。在一些实施例中，从所述液体中移除所述蒸发器结构中的所述至少一个蒸发器结构可以包含同时从所述液体中移除所述多个蒸发器结构中的两个或更多个蒸发器结构。

14、在一些实施例中，提供了一种用于水、有机物和/或矿物质回收的设备。所述设备可以包含多个蒸发器结构，每个蒸发器结构包括多孔材料，每个蒸发器结构具有由轴向长度分开的第一端和与所述第一端相对的第二端，每个蒸发器结构与相邻蒸发器结构物理分离，其中每个蒸发器结构具有多孔结构，所述多孔结构被配置成使用毛细管力或虹吸作用将液体从所述第一端吸向所述第二端。所述设备可以被配置成允许至少一种形式的环境能量作为用于汽化的潜热直接传递到每个蒸发器结构。

15、在一些实施例中，每个蒸发器结构包括多个细长构件，每个细长构件加捻在一起以形成螺旋形结构。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以包含刚性细长构件，所述刚性细长构件的刚度大于所述多孔材料的刚度，所述多孔材料以螺旋形图案围绕所述刚性构件加捻。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以包含配重构件，所述配重构件可操作地联接到所述蒸发器结构的所述第一端或所述第二端。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以具有亲水性的内孔结构和疏水性的外表面。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以由天然木质材料、聚合物、陶瓷、多孔碳、地质聚合物、水凝胶、纺织品或其组合构成。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以由天然木质材料、来自天然材料的加捻纤维或其组合构成。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以具有基本上相同的几何形状。在一些实施例中，所述多个蒸发器结构中的至少一个蒸发器结构可以具有不同的几何形状。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以限定基本上圆柱形、螺旋形、金字塔形、圆锥形、棱柱形或矩形的几何形状。在一些实施例中，所述多个蒸发器结构中的至少一个蒸发器结构可以限定螺旋形几何形状，所述多个蒸发器结构中的所述至少一个蒸发器结构包括天然棉花或植物纤维。在一些实施例中，所述多个蒸发器结构中的所述至少一个蒸发器结构可以包含一束植物纤维，所述一束植物纤维被纺成直径为1mm的纱线，并且4根纱线进一步加捻成1根直径为2mm的细绳。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以具有被配置成减少污垢的影响的表面改性。在一些实施例中，每个蒸发器结构具有被配置成减少污垢的影响的表面改性，每个蒸发器结构的轴向长度可以为至少1米。在一些实施例中，每个蒸发器结构可以是基本上圆柱形的，并且长度与半径比可以为至少10:1。

16、在一些实施例中，所述设备可以包含框架，所述框架可操作地联接到所述多个蒸发器结构中的每个蒸发器结构的所述第一端和/或所述第二端。在一些实施例中，框架可以具有由环形物限定的横截面。在一些实施例中，所述框架可以被配置成将所述多个蒸发器结构中的每个蒸发器结构的所述第一端定位在液体表面下方。在一些实施例中，框架可以被配置成将每个蒸发器结构定位在基本上竖直的位置中。

17、在一些实施例中，可以提供一种系统。所述系统可以包含用于如本文所公开的水、有机物和/或矿物质回收的设备以及液体。每个蒸发器结构的第一端可以可操作地联接到液体，如定位在液体内。在一些实施例中，所述系统可以包含被配置成固持液体的容器。在一些实施例中，所述系统可以包含被配置成将液体从液体源泵送到容器的泵。在一些实施例中，所述系统可以包含至少一个被配置成控制泵的处理器。在一些实施例中，所述系统可以包含被配置成引导空气跨过每个蒸发器结构的风扇。在一些实施例中，所述系统可以包含被配置成围绕所述设备的至少一部分的外壳。在一些实施例中，所述系统可以包含收集容器，所述收集容器被配置成在至少一种靶材从至少一个蒸发器结构的所述第一端传递到所述第二端之后收集存在于所述液体中的所述至少一种靶材。在一些实施例中，系统可以包含被配置成将每个蒸发器结构暴露于电场的电场发生器。

18、在一些实施例中，可以提供一种套件。所述套件可以包含：多个如本文所公开的蒸发器结构；以及被配置成联接到所述多个蒸发器结构的框架。

19、在一些实施例中，可以提供一种蒸发器结构。所述蒸发器结构可以包含多个柔性细长构件，每个柔性细长构件加捻在一起以形成螺旋形图案，每个柔性细长构件包括多孔材料，每个柔性细长构件具有由轴向长度分开的第一端和与所述第一端相对的第二端，所述多孔材料被配置成使用毛细管力或虹吸作用将液体从所述第一端吸向所述第二端；

20、其中每个柔性细长构件的轴向长度为至少一米。在一些实施例中，蒸发器结构具有亲水性的内孔结构和疏水性的外表面。在一些实施例中，蒸发器结构可以包含至少一个联接到蒸发器结构的第一端的连接器。在一些实施例中，蒸发器结构可以由天然木质材料、聚合物、陶瓷、多孔碳、地质聚合物或其组合构成。在一些实施例中，蒸发器结构可以由天然木质材料、来自天然材料的加捻纤维或其组合构成。在一些实施例中，蒸发器结构可以包含刚性细长构件，所述刚性细长构件的刚度大于每个柔性细长构件的刚度。在一些实施例中，每个柔性细长构件可以以螺旋形图案围绕刚性构件加捻。在一些实施例中，蒸发器结构可以包含配重构件，所述配重构件可操作地联接到所述蒸发器结构的所述第一端或所述第二端。