盐水分离用太阳能蒸发器及其基于3D打印的制作方法

本发明涉及水处理，更具体地，涉及一种盐水分离用太阳能蒸发器及其基于3d打印的制作方法。

背景技术：

1、“十四五”时期，我国生态文明建设进入了以减污降碳协同增效促进经济发展绿色转型的关键时期，对水污染防治提出了更高的要求。污(废)水处理是一个高耗能行业，其碳排放量约占全球碳排放量2％，并且近年来不断提高的污废水处理要求(如提质增效、零排放等)导致处理工艺的物耗或能耗越来越高，因此，研究绿色低碳的水处理技术对实现减污降碳协同增效的发展目标至关重要。

2、近年来我国工业废水年均排放量近700亿立方米，其中高盐废水(含盐量超1％)约占总废水量的5％，其生化性差，处理难度高，同时，愈发严格的环境监管政策促使零(近零)排放逐渐成为高盐废水管理的必要策略。在零(近零)排放的处理流程中，关键是对废水进行减量化处理，以提高废水含盐量并减少其体积，进而降低工艺能耗及成本。然而，高盐废水减量化处理过程中需消耗大量能量以实现盐/水的分离，导致其产生的碳排放量远高于其他工业废水。因此，构建绿色低碳的废水浓缩减量处理技术对实现高盐废水节能高效处理、推动我国经济的可持续发展具有重要意义。

3、太阳能界面蒸发技术利用太阳能在蒸发器表面进行局域光热蒸发从而实现盐/水的高效分离，被公认为是一种绿色低碳、可持续的浓缩分离技术，近年来得到了广泛研究与关注。然而，在处理盐水的过程中，光热蒸发表面析出的盐垢会导致系统的处理性能急剧下降，这成为了制约该技术发展与应用的主要瓶颈难题另外一方面，水处理过程的副产物——盐的回收，也是太阳能界面蒸发技术亟需解决的关键问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种盐水分离用太阳能蒸发器及其基于3d打印的制作方法，利用3d打印方法制作太阳能蒸发器，从而实现盐收集和水蒸发。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，自下而上包括开放式微通道、存水集盐结构和定向析盐结构；所述开放式微通道、存水集盐结构和定向析盐结构的表面均涂有光热转换涂层；

3、所述开放式微通道具有多孔结构，通过毛细孔道和亲水性光热转换涂层对含盐水进行引流和蒸发；

4、所述存水集盐结构的中心部分为集水部，外围部分为集盐部；所述集水部和集盐部有挡板隔开；

5、所述定向析盐结构为多孔结构填充的圆柱结构，用于水分的蒸发和盐的结晶，从所述集水部向所述集盐部上部倾斜设置。

6、进一步地，所述开放式微通道为有多个动力杆和支撑杆组成的多孔结构；所述动力杆均布于一基圆上，所述支撑杆将动力杆连接起来。

7、进一步地，所述基圆的直径为0.5～3mm，动力杆的直径为0.3～1.5mm，支撑杆的直径为0.1～1mm，支撑杆的间距为0.5～3mm。

8、进一步地，所述定向析盐结构的直径为5～10mm，其内部孔洞的直径为0.01～0.5mm。

9、进一步地，所述光热转换涂层为无机涂层或者有机涂层，所述无机涂层的原材料包括但不限于金、银、铜、铂；所述有机涂层的材料包括但不限于亲水性碳粉或亲水性碳纳米管或亲水性石墨烯和丙烯酸树脂的复合物或多巴胺。

10、另一方面，本发明提供一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，用以制作如上所述的盐水分离用太阳能蒸发器，包括以下步骤：

11、利用三维建模软件建立所述太阳能蒸发器的整体几何模型；

12、利用3d打印技术构建出所述整体几何模型的结构框架，并利用等离子清洗机去除结构框架表面的杂质，增强其与之后涂覆的光热转换涂层之间的结合力；

13、在所述结构框架的表面涂上一层光热转换涂层，并利用等离子清洗机对其表面进行清洗，以增强其亲水性。

14、再一方面，本发明提供一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，用以制作如上所述的盐水分离用太阳能蒸发器，包括以下步骤：

15、利用三维建模软件分别建立开放式微通道、存水集盐结构、定向析盐结构的几何模型；

16、利用3d打印技术分别构建出所述开放式微通道、存水集盐结构、定向析盐结构，并利用等离子清洗机去除各结构框架表面的杂质，增强其与之后涂覆的光热转换涂层之间的结合力；

17、在所述开放式微通道、存水集盐结构、定向析盐结构的表面涂上一层光热转换涂层，并利用等离子清洗机对所述开放式微通道、存水集盐结构、定向析盐结构的表面进行清洗，以增强其亲水性；

18、自下而上依次组装开放式微通道、存水集盐结构和定向析盐结构。

19、进一步地，所述3d打印技术包括但不限于树脂基3d打印、陶瓷基3d打印、金属3d打印、光固化3d打印。

20、进一步地，所述光热转换涂层为无机涂层或者有机涂层，所述无机涂层的原材料包括但不限于金、银、铜、铂，其制备方法包括但不限于磁控溅射、化学镀；所述有机涂层的材料包括亲水性碳粉或亲水性碳纳米管或亲水性石墨烯和丙烯酸树脂的复合物或多巴胺，其制备方法包括但不限于化学沉积。

21、进一步地，所述组装开放式微通道、存水集盐结构和定向析盐结构的方法为利用胶水对各结构进行粘贴组装。

22、与现有技术相比，本发明具有以下技术效果：

23、(1)本发明的蒸发器其各组成部分内的液体均可以与外界接触，可以有效的利用光、热等，可以有效地提高蒸发效率。

24、(2)本发明的蒸发器所涉及的存水集盐结构，在暂时存储水的同时可以回收盐垢。

25、(3)本发明的蒸发器所涉及的定向析盐结构可以有效地定向析出盐分，并且盐分在生长到一定大小后可以在重力的作用下自燃脱落。

26、(4)本发明的蒸发器可利用3d打印技术制作，具有成型速度快、加工精度高、制作成本低等优点；利用等离子清洗机清洗，引入亲水性基团如—cooh、—oh等，一方面增强结构框架与涂覆的光热转换涂层之间的结合力，另一方面增强亲水性。

技术特征：

1.一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，自下而上包括开放式微通道(1)、存水集盐结构(2)和定向析盐结构(3)；所述开放式微通道(1)、存水集盐结构(2)和定向析盐结构(3)的表面均涂有光热转换涂层；

2.根据权利要求1所述的一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，所述开放式微通道(1)为有多个动力杆(11)和支撑杆(12)组成的多孔结构；所述动力杆(11)均布于一基圆(10)上，所述支撑杆(12)将动力杆(11)连接起来。

3.根据权利要求2所述的一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，所述基圆(10)的直径为0.5～3mm，动力杆(11)的直径为0.3～1.5mm，支撑杆(12)的直径为0.1～1mm，支撑杆(12)的间距为0.5～3mm。

4.根据权利要求3所述的一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，所述定向析盐结构(3)的直径为5～10mm，其内部孔洞的直径为0.01～0.5mm。

5.根据权利要求1所述的一种盐水分离用太阳能蒸发器，其特征在于，所述光热转换涂层为无机涂层或者有机涂层，所述无机涂层的原材料包括但不限于金、银、铜、铂；所述有机涂层的材料包括但不限于亲水性碳粉或亲水性碳纳米管或亲水性石墨烯和丙烯酸树脂的复合物或多巴胺。

6.一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，用以制作如权利要求1至5任一项所述的盐水分离用太阳能蒸发器，包括以下步骤：

7.一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，用以制作如权利要求1至5任一项所述的盐水分离用太阳能蒸发器，包括以下步骤：

8.根据权利要求6或7所述的一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，所述3d打印技术包括但不限于树脂基3d打印、陶瓷基3d打印、金属3d打印、光固化3d打印。

9.根据权利要求6或7所述的一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，所述光热转换涂层为无机涂层或者有机涂层，所述无机涂层的原材料包括但不限于金、银、铜、铂，其制备方法包括但不限于磁控溅射、化学镀；所述有机涂层的材料包括亲水性碳粉或亲水性碳纳米管或亲水性石墨烯和丙烯酸树脂的复合物或多巴胺，其制备方法包括但不限于化学沉积。

10.根据权利要求7所述的一种太阳能蒸发器基于3d打印的制作方法，其特征在于，组装开放式微通道(1)、存水集盐结构(2)和定向析盐结构(3)的方法为利用胶水对各结构进行粘贴组装。

技术总结本发明公开了一种盐水分离用太阳能蒸发器及其基于3D打印的制作方法，利用3D打印和等离子清洗技术制作太阳能蒸发器，从而实现盐收集和水蒸发。所述太阳能蒸发器自下而上包括表面均涂有光热转换涂层的开放式微通道、存水集盐结构和定向析盐结构；开放式微通道具有多孔结构，通过毛细孔道和亲水涂层对含盐水进行引流和蒸发；存水集盐结构的中心部分为集水部，外围部分为集盐部；所述集水部和集盐部有挡板隔开；定向析盐结构设于所述集水部的外边缘，为多孔结构填充的圆柱结构。本发明的蒸发器各组成部分内的液体均可以与外界接触，可以有效的利用光、热，可以有效地提高蒸发效率，在暂时存储水的同时可以回收盐垢。技术研发人员：付昆昆,李伦操,崔晓雨,朱慧鑫受保护的技术使用者：同济大学技术研发日：技术公布日：2024/11/4