| 专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
| 专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
| 申请号 | CN202411531467.9 | 申请日 | 2024-10-30 |
| 公开(公告)号 | CN119391380A | 公开(公告)日 | 2025-02-07 |
| 申请人 | 山东大学; | 申请人类型 | 学校 |
| 发明人 | 王志强; 王闯; 刘鹏程; 程星星; 许焕焕; 王鲁元; | 第一发明人 | 王志强 |
| 权利人 | 山东大学 | 权利人类型 | 学校 |
| 当前权利人 | 山东大学 | 当前权利人类型 | 学校 |
| 省份 | 当前专利权人所在省份：山东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市：山东省济南市 |
| 具体地址 | 当前专利权人所在详细地址：山东省济南市历下区经十路17923号 | 邮编 | 当前专利权人邮编：250061 |
| 主IPC国际分类 | C09K5/06 | 所有IPC国际分类 | C09K5/06 ; C02F1/06 ; C02F1/14 ; C02F103/08 |
| 专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
| 专利权利要求数量 | 10 | 专利文献类型 | A |
| 专利代理机构 | 济南圣达知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 刘晓玉; |
| 摘要 | 本 发明 提出光热材料及其制备方法与 太阳能 多效闪蒸 海 水 淡化 系统，制备的光热材料，方法简单，实用性强，能够将 石墨 的光吸收能 力 提高一倍；一级闪蒸罐和二级闪蒸罐后布置高温熔盐储罐加热闪蒸罐中产生的 蒸汽 ，用于驱动 汽轮机 发电，进而驱动系统运行；设置的光热 蓄热器 白天吸收太阳能热量用于对 海水 进行一级预热，这一过程直接吸收太阳能热量储存在蓄热器内，减少了热量的传递步骤，有效提高太阳能利用率；海水经过多级预热、多级加热的形式逐级提高海水和蒸气的 温度 ，实现热量利用效率的最大化。 | ||
| 权利要求 | 1.一种光热材料的制备方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 光热材料及其制备方法与太阳能多效闪蒸海水淡化系统技术领域背景技术[0002] 本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。 [0003] 海岛上淡水资源匮乏，生产生活所用淡水需要淡水设备生产。目前海岛上常用的淡水设备多使用反渗透淡水技术，成本高且系统复杂。此外依靠海水蒸发的淡水系统，使用电网电能成本巨大，为节约成本需要自产热量或依附于其他工艺。在内陆上这种多效闪蒸淡水系统依附于可以产生水蒸气的工艺。借助水蒸气的热量实现海水淡化。 [0004] 海水淡化是唯一不受气候影响的水资源开发技术，可以直接为人类生活、生产提供淡水。从长远看，海水淡化是解决海岛水源不足的根本途径和方向。然而，离岸较远的岛屿，其能源模式单一，能源供应有限，主要依靠柴油机发电。即使岛上建有发电厂，电能供应也并不十分充足。 [0005] 发明人发现，在能源转型时期储能设备也将成为未来的能源枢纽，新型高性能的储热材料也是当下的研究热点，合理布置多级的相变蓄热技术不仅能解决太阳能的间歇性问题还能有效提高太阳能淡水系统的能量利用率。海岛上几乎没有能产生水蒸气的工艺，所以多效闪蒸淡水技术只能与可再生能源系统结合使用，如何合理布局系统结构降低对柴油发电的依赖性提高系统能量利用率是难点与重点。 [0006] 因此，如何制备高性能的光热材料应用在海水淡化领域，以及设置合理的海水淡化系统，解决了现有海岛淡水系统高运行成本、需额外电能输入和能量利用率低等问题，实现能源利用效率的最大化，是目前需要解决的问题。 发明内容[0007] 为克服上述现有技术的不足，本发明提供了光热材料及其制备方法与太阳能多效闪蒸海水淡化系统，制备光热材料的方法，方法简单，实用性强，能够将石墨的光吸收能力提高一倍；海水淡化系统能够实现热量利用效率的最大化。 [0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0009] 第一方面，本发明提供一种光热材料的制备方法，包括： [0011] 将石墨和盐酸多巴胺加入到无水乙醇和去离子水的溶液中，调节Ph值后进行搅拌、干燥处理，得到修饰后的石墨； [0012] 将Mxene胶体溶液和修饰后的石墨进行混合，低温干燥处理，得到改性后的石墨； [0014] 第二方面，本发明提供一种光热材料，通过如上述的光热材料的制备方法得到。 [0015] 第三方面，本发明提供一种太阳能多效闪蒸海水淡化系统，包括：光热蓄热器，所述光热蓄热器内填充有上述制备方法得到的光热材料； [0016] 还包括：与所述光热蓄热器依次通过海水管路连接的管壳式气液换热器、低温熔盐储罐、一级闪蒸罐、中温熔盐储罐和二级闪蒸罐； [0017] 太阳能光热系统通过油路管路依次与高温熔盐储罐、所述中温熔盐储罐和所述低温熔盐储罐循环连接； [0019] 以上一个或多个技术方案存在以下有益效果： [0020] 本发明制备光热材料的方法，方法简单，实用性强，能够将石墨的光吸收能力提高一倍。 [0021] 本发明一级闪蒸罐和二级闪蒸罐后布置高温熔盐储罐加热闪蒸罐中产生的蒸汽，用于驱动汽轮机发电，进而驱动系统运行；设置的光热蓄热器白天吸收太阳能热量用于对海水进行一级预热，这一过程直接吸收太阳能热量储存在蓄热器内，减少了热量的传递步骤，有效提高太阳能利用率；海水经过多级预热、多级加热的形式逐级提高海水和蒸气的温度，实现热量利用效率的最大化。 [0024] 图1为本发明实施例二中太阳能多效闪蒸海水淡化系统的整体结构示意图； [0025] 图2是本发明实施例二中光热式蓄热器的光路示意图和内部盘管结构示意图； [0026] 图3为本发明实施例一中对比例中光热材料的Uv‑vis图像； [0027] 图4为本发明实施例一中所制备材料在光照下的温度变化曲线； [0028] 图中，1、光热蓄热器；2、太阳能光热系统；3、管壳式气液换热器；4、低温熔盐储罐；5、一级闪蒸罐；6、高温熔盐储罐；7、中温熔盐储罐；8、汽轮机；9、二级闪蒸罐；10、淡水储存罐；11、反光镜；12、蛇形盘管；13、光热蓄热材料；14、气凝胶玻璃。 具体实施方式[0029] 应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。 [0030] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。 [0031] 在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。 [0032] 实施例一 [0033] 本实施例公开了一种光热材料的制备方法，包括：将Max相材料如Ti2AlC加入到一定量的浓盐酸与氟化锂的混合溶液中，并在35‑40℃水浴搅拌48小时，然后将混合溶液多次离心，并水洗沉淀物，多次离心换水直至上液变为墨绿色时停止换水，并再次离心3‑4次，然后在冰浴超声30min‑1h，取上层黑色溶液即为Mxene胶体溶液。 [0034] 将盐酸多巴胺与石墨EG质量比为1:3的量加入到容积比1:3的无水乙醇和去离子水的溶液中，使用氨水调节混合溶液PH至8.5，在35‑45℃环境下搅拌24小时，过滤固态物后在45‑50℃真空干燥，即得到经过聚多巴胺PDA修饰过的EG。 [0035] 将Mxene的悬浮液与PDA修饰后的EG按一定比例混合，放置于真空环境中30min‑1h后并低温真空干燥，即可得到PDA和Mxene修饰过的EG。 [0037] 相变材料可选用50‑70℃之间的有机、无机和水合盐相变材料均可，作为一种实施方式，本实施例相变材料采用三水醋酸钠SAT。 [0038] 需要说明的是，成核剂和增稠剂只有相变材料是有过冷度的水合盐相变材料时才加，当相变材料为无过冷度的有机相变材料时，就不需要加成核剂和增稠剂了。 [0039] 作为一种实施例方式，将2g的Max相材料Ti2AlC加入到40ml、9mol/L的浓盐酸与3.2g氟化锂的浓盐酸与氟化锂的混合溶液中，并在40℃水浴搅拌48小时，然后将混合溶液多次离心，并水洗沉淀物，多次离心换水直至上液变为墨绿色时停止换水，并再次离心3‑4次，然后在冰浴超声30min，取上层黑色溶液即为Mxene胶体溶液。 [0040] 将质量比为1：3的盐酸多巴胺与EG加入到容积比1:3的无水乙醇和去离子水溶液中，使用氨水调节混合溶液PH至8.5，在40℃环境下搅拌24小时，过滤固态物后在50℃真空干燥，即得到经过聚多巴胺PDA修饰过的EG。 [0041] 将3ml或5ml或7ml的Mxene的悬浮液与0.28g PDA修饰后的EG进行混合，放置于真空环境中30min后并低温真空干燥，即可得到PDA和Mxene修饰过的EG。 [0042] 最后将相变材料、增稠剂羧甲基纤维素CMC、成核剂十二水磷酸氢二钠DHPD混合在一起，与改性后的EG通过熔融共混合真空浸渍的手段制备成光热材料。 [0043] 对比例：石墨EG不进行PDA和Mxene修饰，其它条件与上述相同。 [0044] 相变材料、增稠剂羧甲基纤维素CMC、成核剂十二水磷酸氢二钠DHPD混合在一起，与未改性的EG通过熔融共混合真空浸渍的手段制备成光热材料，其吸光性能如图3所示，可以看出本实施例方案制备的光热材料的吸光性能更有益。 [0045] 图4为所制备材料在光照下的温度变化曲线。在图4中相变材料选用三水醋酸钠SAT，当时间到达温度突变位置时即图中虚线位置相变结束。从相变时间上看，加7mlMxene的材料相变时间最短，光热性能最好。而纯SAT材料在光照下是不能相变的。而对比例未经修饰的EG与SAT复合的材料相变时间很长，光热性能较差。 [0046] 实施例二 [0047] 本实施例的目的是提供一种太阳能多效闪蒸海水淡化系统，其特征在于，所述系统应用有实施例一中制备方法得到的光热材料。 [0048] 如图1‑图2所示，本实施例所提出的一种太阳能多效闪蒸海水淡化系统，包括：光热蓄热器1、管壳式气液换热器3、低温熔盐储罐4、一级闪蒸罐5、中温熔盐储罐7和二级闪蒸罐9依次通过海水管路连接； [0049] 太阳能光热系统2通过油路管路依次与高温熔盐储罐6、中温熔盐储罐7和低温熔盐储罐4循环连接； [0050] 一级闪蒸罐5和二级闪蒸罐9产生的蒸汽进入高温熔盐储罐6，高温熔盐储罐6将蒸汽加热后驱动汽轮机8产生电能；汽轮机8排出的蒸汽与流入管壳式气液换热器3中的海水与进行换热。 [0051] 本实施例提出的一种太阳能多效闪蒸海水淡化系统包括三条路线，水路为海水流动路线、汽路为蒸汽流动路线、油路为导热油流动路线。 [0052] 水路：依次通过光热蓄热器1、管壳式气液换热器3、低温熔盐储罐4、一级闪蒸罐5、中温熔盐储罐7和二级闪蒸罐9，排出浓盐水。 [0053] 汽路：从一级闪蒸罐5和二级闪蒸罐9产生的蒸汽依次经过高温熔盐储热罐6、汽轮机8、管壳式气液换热器3，在管壳式气液换热器3中冷凝变成淡水，收集在淡水池中。 [0054] 油路：白天导热油从太阳能光热系统2中吸收热量，依次经过高温熔盐储罐6、中温熔盐储罐7和低温熔盐储罐4，最后回到太阳能光热系统2中重新吸收热量。 [0055] 其中，闪蒸罐、熔盐储罐、汽轮机均为现有的结构，具体结构形式这里不再过多的赘述。 [0056] 在本实施例中，光热蓄热器1一端连接预处理后的海水，另一端连接管壳式气液换热器3；光热蓄热器1内部填充有光热材料，并布置有多排垂直的蛇形盘管12，海水从蛇形盘管12的下侧进出上侧流出，在最外侧用气凝胶玻璃14封装起来。在光热蓄热器1周围布置反光镜，将太阳光集中反射到光热蓄热器1的四周表面。其中，气凝胶玻璃14能实现良好的保温性能，并具有70％以上的透光性。 [0058] 淡水阀门可采用水位阀门，当管壳式气液换热器3中淡水水位到达一定高度处，打开水位阀门排出淡水，待淡水排出后关闭水位阀门。 [0060] 本实施例中一种太阳能多效闪蒸海水淡化系统的原理说明：经过预处理后的20‑35℃海水经过光热蓄热器1进行一级预热至45‑55℃后，流入管壳式气液换热器3中与汽轮机8尾部排出的100‑130℃的蒸汽换热进行二级预热至75‑85℃，进入低温熔盐储罐4中进行一级加热至100℃，随后进入一级闪蒸罐5中部分海水蒸发为负压状态的80‑90℃的蒸汽，另一部分海水温度也降低至80‑90℃；随后海水进入中温熔盐储罐7中加热至150‑200℃后，进入二级闪蒸罐9中，在尾部排出浓盐水，二级闪蒸罐9中产生的蒸汽与一级闪蒸罐5产生的蒸汽汇聚后进入高温熔盐储罐6中加热同时恢复负压状态为标准大气压，高温熔盐储罐6出口蒸汽温度为250‑300℃。随后将高温蒸汽送入汽轮机8中发电，发电后蒸汽温度为100‑130℃，随后进入管壳式气液换热器3中换热冷凝为淡水，最终淡水被收集到淡水储存罐10中。 [0061] 其中，汽轮机8产生的电能用于供应整个系统的运行，包括海水和导热油的循环流动和闪蒸罐中真空泵的运行，多余的电能则被储存起来。 [0062] 太阳能光热系统2白天将太阳能转化为热能产生高温导热油400℃，导热油将热量依次储存于高温熔盐储罐6、中温熔盐储罐7和低温熔盐储罐4，最后回到太阳能光热系统2中重新吸收热量。其中，高温熔盐储罐中熔盐相变温度为320‑380℃、中温熔盐储罐中熔盐相变温度为200‑250℃、低温熔盐储罐中熔盐相变温度为110‑150℃。 [0063] 本实施例依次设置了光热蓄热器、管壳式气液换热器、低温熔盐储罐、中温熔盐储罐和高温熔盐储罐，采用多级预热多级加热的形式逐级提高海水和蒸汽的温度，实现热量利用效率的最大化。 [0064] 本实施例在一级闪蒸罐和二级闪蒸罐后布置高温熔盐储罐加热闪蒸罐中产生的蒸汽用于驱动汽轮机发电，而电能用于驱动整个系统的运行，并驱动闪蒸罐中的真空泵。 [0065] 本实施例布置一种可在白天主动吸收太阳能热量的光热蓄热器，用于对预处理后的海水进行一级预热，这一过程直接吸收太阳能热量储存在蓄热器内，减少了热量的传递步骤，有效提高太阳能利用率。 [0066] 本实施例中管壳式气液换热器还充当着淡水冷凝器的作用，在管壳式气液换热器每个蒸汽腔室底部布置淡水出口，当淡水水位达到某一高度时打开淡水阀门收集淡水。实现了更简单方便的淡水冷凝并收集的功能。 [0067] 本实施例中预处理的海水经过一级、二级预热、低温熔盐储罐加热后水温已达到100℃，随后进入闪蒸罐中负压蒸发，能实现海水的快速汽化。 |
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