CN109599572A - 一种低成本的反电渗透法盐差发电装置及制备方法 - Google Patents

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CN109599572A CN201811402626.XA CN201811402626A CN109599572A CN 109599572 A CN109599572 A CN 109599572A CN 201811402626 A CN201811402626 A CN 201811402626A CN 109599572 A CN109599572 A CN 109599572A
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杨升彩
郭静
李琳
姜禹汀
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Abstract

本发明公开了一种低成本的反电渗透法盐差发电装置及制备方法，一种低成本的反电渗透法盐差发电装置，由多个发电单元串联而成，所述发电单元包括独立设置的低盐水腔、高盐水腔、阳离子定向移动离子交换装置和阴离子定向移动离子交换装置，所述高盐水腔与所述低盐水腔之间具有盐差，所述阳离子定向移动离子交换装置和阴离子定向移动离子交换装置设置在相邻的高盐水和低盐水腔之间；所述的阴阳离子定向移动离子交换装置可以分别选择阴阳离子选择性凝胶、阴阳离子交换树脂或阴阳离子交换纸。本发明避免了以往利用离子交换膜的盐差电池发电成本高的问题，利用价格便宜的离子选择性凝胶或离子交换树脂，并且组装结构简单，可以更经济的利用盐差能。

Description

一种低成本的反电渗透法盐差发电装置及制备方法
技术领域
本发明涉及一种低成本的反电渗透法盐差发电装置及制备方法。
背景技术
能源是经济发展的重要物质基础，也是提高人们生活水平的先决条件，当今世界主要依存的化石能源正在不断耗尽，能源危机正在一步步向人类逼近，另外，大量化石燃料的使用，还造成全球环境的污染和生态环境的破坏。因此开发和利用清洁的可再生能源已成为当务之急。
盐差能是海水和淡水之间或两种含盐浓度不同的海水之间的化学电位差能，是海洋能中能量密度最大的一种可再生能源，通常，盐水电源是利用盐能差产生电力，浓盐水与淡水之间可以产生盐差能，它是一种清洁、可再生的能源。很多科学家都在研究如何利用反电渗析法来发电，但是现有方法功率密度比较低，并且对反电渗析对离子交换膜的要求比较高，而且离子交换膜的价格也比较贵，这就导致反电渗析法发电的成本高。
瑞士弗里堡大学的Michael Mayer及同事利用电鳗的生物仿生技术，设计并制备了一种利用盐能差发电的电池设备，他们的工作已经发表在《自然》科技期刊上，题目为“Anelectric-eel-inspired soft power source from stacked hydro gels”。电鳗能发电的原因是：电鳗尾部两侧的肌肉由规则排列着的6000-10000肌肉薄片组成，薄片之间有***相隔，并由许多神经直通中枢神经***，同时电鳗的头部是正极，尾部是负极，每枚肌肉薄片像一个小电池，只能产生150毫伏的电压，但近万个小电池串联起来，放电时的电压就高达600-800伏的强大电力击昏猎物，它所依赖的不是电池，而是成千上万的发电细胞，这些细胞堆叠在一起可以大量放电。如图1所示，高盐凝胶5是由中性单体聚合而成，含有高浓度的NaCl，阴离子交换凝胶7是由阴离子型单体聚合而成的凝胶，只能让钠离子通过；低盐凝胶6是含有极低浓度NaCl的中性凝胶；阳离子交换凝胶8是由阳离子型单体聚合而成的凝胶，只能让氯离子通过，上述四种不同的凝胶串联起来可以得到一个电压为80mV的凝胶电池，如果成千上万个凝胶电池串联起来，可以得到的电源能够产生和电鳗相仿的电压，此种方法构成的电池存在缺点，即高盐凝胶和低盐凝胶制备工艺还是相对比较复杂，且如果固定在电池中，则无法更换，随着时间的延续，就会使电池明显老化，触电性减弱。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种低成本的反电渗透法盐差发电装置及制备方法，利用高盐水腔、低盐水腔及阴阳离子定向移动离子交换装置联合在一起制成高效、清洁、可持续供电的盐差电池。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种低成本的反电渗透法盐差发电装置由多个发电单元串联而成，所述发电单元包括独立设置的低盐水腔、高盐水腔、阳离子定向移动离子交换装置和阴离子定向移动离子交换装置，所述高盐水腔与所述低盐水腔之间具有盐差，所述低盐水腔和高盐水腔交替设置，所述低盐水腔的数量比所述高盐水腔的数量多一个，或者所述高盐水腔的数量比所述低盐水腔的数量多一个，所述阳离子定向移动离子交换装置和阴离子定向移动离子交换装置设置在相邻的高盐水腔和低盐水腔之间；
所述的阳离子定向移动离子交换装置包括阳离子选择性凝胶、阳离子交换树脂或阳离子交换纸；
所述的阴离子定向移动离子交换装置包括阴离子选择性凝胶、阴离子交换树脂或阴离子交换纸。
进一步地，所述阳离子选择性凝胶为由阳离子单体、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让氯离子通过的水凝胶膜；所述阴离子选择性凝胶由阴离子单体、氢氧化钠、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让钠离子通过的水凝胶膜。
进一步地，所述的阳离子单体的化学通式如下：
其中，R1为-H或甲基；R2为-NH-或-O-基团；R3、R4和R5分别为-H、甲基、乙基、苯基、苄基、丙基其中的一种；X-为氯离子、溴离子、(1/2)硫酸根离子、硝酸根离子、碳酸氢根离子或(1/2)碳酸根离子。
进一步地，所述阳离子单体为丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、二烯丙基二甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺)丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐和丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐的其中一种及其混合物；所述阴离子单体为3-丙-2-烯酰氧基丙烷-1-磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸的钠盐或钾盐及其钠盐和钾盐的混合物；所述非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺、聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)单甲基醚单(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、单(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、乙烯基甲基砜、醋酸乙烯酯及其混合物。
进一步地，所述的高盐水腔和低盐水腔为水槽、烧杯、聚氨酯海绵或蓄水纸。
进一步地，所述发电单元依次由横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽顺序串联而成，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联而成。
进一步地，所述发电单元依次由低浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成，或者依次按照低浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成；所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中；
所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶。
一种低成本的反电渗透法盐差发电装置的制备方法，包括一个制备阴阳离子选择性凝胶的步骤，具体过程如下：
S1、制备阳离子选择性凝胶：
(1)制备阳离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵丙烯酰胺70～90份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3～8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3～8份和丙烯酰胺120～160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2～5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120～150min得到阳离子选择性凝胶；
(2)制备阴离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸40～60份、氢氧化钠5～10份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3～8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3～8份和丙烯酰胺120～160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2～5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120～150min得到阴离子选择性凝胶。
一种低成本的反电渗透法盐差发电装置的制备方法，还包括以下步骤：
S11、配置横置盐水槽和横置纯水槽：取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入横置盐水槽待用，向横置纯水槽注入纯水待用；
S12、制备发电单元：
取用制备好的阴阳离子选择性凝胶，依次按照横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽的顺序串联为发电单元，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联为发电单元；
S13、将步骤S12中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成整个发电装置。
一种低成本的反电渗透法盐差发电装置的制备方法，还包括以下步骤：
S21、配置低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯：取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入高浓度盐水烧杯待用；
取重量份的可溶性无机盐5～10份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入低浓度盐水烧杯待用；
S22、制备发电单元：
取用制备好的阴阳离子选择性凝胶分别充入阴离子选择乳胶管和阳离子选择乳胶管，所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中，依次按照低浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联为发电单元，或者依次按照低浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联为发电单元；
S23、将发电单元组装成单个小电池：将步骤S22中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成整个发电装置。
本发明的有益效果是：
1)本发明的电池功率密度比较低，制作工艺简单，将以前的阳离子交换膜和阴离子交换膜分别替换成阳离子选择性凝胶和阴离子选择性凝胶，更进一步也可以替换成阳离子交换树脂和阴离子交换树脂、阳离子交换纸和阴离子交换纸，这些原料简单易得而且成本低，并且组装结构简单，发电成本低，发电效率也比较高。
2)本发明将盐差的化学能转变为电能，盐差能是一种可以重复利用的、绿色环保的能源，将其转变为电能是一种不污染环境的能源获取方式；本发明的装置成本低廉：无论是非离子、阳离子和阴离子单体，还是水和盐，它们都是常见的，成本很低的原料，而且可以重复使用，同时高浓度盐水、低浓度盐水可以重复填充到水腔或海绵中，并且操作简单。
3)本发明的电池如果固定在电池中，可更换，随着时间的延续，也不会使电池明显老化，触电性也不会减弱。
附图说明
图1为电鳗发电结构示意图；
图2为本发明的实施例1的结构示意图；
图3为本发明的实施例2的结构示意图；
图4为本发明的实施例3的结构示意图；
图5为本发明的实施例4的结构示意图；
图6为本发明的实施例5的结构示意图；
图中，1-低盐水腔，2-高盐水腔，3-阳离子定向移动离子交换装置，4-阴离子定向移动离子交换装置，5-高盐凝胶，6-低盐凝胶，7-阴离子交换凝胶，8-阴离子交换凝胶。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图2-6，本发明提供一种技术方案：
如图2-6所示，一种低成本的反电渗透法盐差发电装置，由多个发电单元串联而成，所述发电单元包括独立设置的低盐水腔1、高盐水腔2、阳离子定向移动离子交换装置3和阴离子定向移动离子交换装置4，所述高盐水腔2与所述低盐水腔1之间具有盐差，所述低盐水腔1和高盐水腔2交替设置，盐水腔1和高盐水腔2的先后顺序不限，所述低盐水腔1的数量比所述高盐水腔2的数量多一个，或者所述高盐水腔2的数量比所述低盐水腔1的数量多一个，所述阳离子定向移动离子交换装置3和阴离子定向移动离子交换装置4设置在相邻的高盐水腔2和低盐水腔1之间；
所述的阳离子定向移动离子交换装置包括阳离子选择性凝胶、阳离子交换树脂或阳离子交换纸；
所述的阴离子定向移动离子交换装置包括阴离子选择性凝胶、阳离子交换树脂或阳离子交换纸。
所述阳离子选择性凝胶为由阳离子单体、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让氯离子通过的水凝胶膜；所述阴离子选择性凝胶由阴离子单体、氢氧化钠、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让钠离子通过的水凝胶膜。
所述的阳离子单体的化学通式如下：
其中，R1为-H或甲基；R2为-NH-或-O-基团；R3、R4和R5分别为-H、甲基、乙基、苯基、苄基、丙基其中的一种；X-为氯离子、溴离子、(1/2)硫酸根离子、硝酸根离子、碳酸氢根离子或(1/2)碳酸根离子。
进一步地，所述阳离子单体为丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、二烯丙基二甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺)丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐和丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐的其中一种及其混合物；所述阴离子单体为3-丙-2-烯酰氧基丙烷-1-磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸的钠盐或钾盐及其钠盐和钾盐的混合物；所述非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺、聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)单甲基醚单(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、单(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、乙烯基甲基砜、醋酸乙烯酯及其混合物。
所述的高盐水腔2和低盐水腔1为水槽、水烧杯、聚氨酯海绵或蓄水纸。
所述发电单元依次由横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽顺序串联而成，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联而成。
所述发电单元依次由低浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成，或者依次按照低浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成；所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中；
所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶。
上述横置盐水槽和横置纯水槽之间，低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯之间的顺序，其先后都可以实现本发明的方案，阴阳离子定向移动离子交换装置的顺序也可以任意排列在相连的横置盐水槽和横置纯水槽之间、低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯，均可以实现本发明的技术方案。
实施例1
如图2所示，所述发电单元由高盐水腔2、阳离子定向移动离子交换装置3、低盐水腔1、阴离子定向移动离子交换装置4、高盐水腔2依次串联而成，所述的高盐水腔2使用横置盐水槽，低盐水腔1使用横置纯水槽，阳离子定向移动离子交换装置3使用阳离子选择性凝胶，阴离子定向移动离子交换装置4使用阴离子选择性凝胶，由于阳离子选择性凝胶只允许氯离子通过，左侧横置盐水槽中的钠离子保留下来，横置盐水槽中的氯离子通过阳离子选择性凝胶移动到横置纯水槽的左侧聚集，由于阴离子选择性凝胶只允许钠离子通过，右侧横置盐水槽中的钠离子保留下来，右侧盐水槽中的钠离子通过阴离子选择性凝胶移动到横置纯水槽的右侧聚集，这样横置盐水槽和横置纯水槽两侧之间存在了电势差，将若干个这样的发电单元串联到一起可以形成电池整体，可以为数个LED灯或其它用电设备提供足够的电压和电量，所述横置盐水槽为取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入制成横置盐水槽，纯水槽里注入纯净水即可。
实施例2
如图3所示，与实施例1不同之处在于，阳离子定向移动离子交换装置3和阴离子定向移动离子交换装置4调换一下顺序，工作原理是一致的。
实施例3
如图4所示，所述发电单元由低盐水腔1、阳离子定向移动离子交换装置3、高盐水腔2、阴离子定向移动离子交换装置4、低盐水腔1依次串联而成，所述的高盐水腔2使用高浓度盐水烧杯，低盐水腔1使用低浓度盐水烧杯，使得两种盐水具有盐差，阳离子定向移动离子交换装置3使用阳离子选择乳胶管，阴离子定向移动离子交换装置4使用阴离子选择乳胶管，所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中；所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶，所述高浓度盐水烧杯为取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入制成高浓度盐水烧杯，所述低浓度盐水烧杯为取重量份的可溶性无机盐5～10份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入制成低浓度盐水烧杯，工作原理同实施例1。
实施例4
如图5所示，取4个低浓度盐水烧杯和4个高浓度盐水烧杯按照低浓度盐水烧杯、高浓度盐水烧杯的顺序依次交替排列，所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述的阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶，阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中，阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管按照阳离子选择乳胶管、阴离子选择乳胶管的先后顺序依次交替排列在低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯之间，工作原理同实施例1。
实施例5
如图6所示，
取4个低浓度盐水烧杯和4个高浓度盐水烧杯按照低浓度盐水烧杯、高浓度盐水烧杯的顺序依次交替排列，所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述的阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶，阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中，阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管按照阴离子选择乳胶管、阳离子选择乳胶管的先后顺序依次交替排列在低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯之间，工作原理同实施例1。
上述实施例4和实施例5中的高浓度盐水烧杯和低浓度盐水烧杯的先后顺序以及阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的先后顺序可以任意选择。
一种低成本的反电渗透法盐差发电装置的制备方法，包括以下步骤：
制备方法的实施例1
制备阴阳离子选择性凝胶的步骤，具体过程如下：
(1)、制备阳离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵丙烯酰胺70份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮120份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120min得到阴离子选择性凝胶；
(2)、制备阴离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸40份、氢氧化钠5份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3份和丙烯酰胺120份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120min得到阴离子选择性凝胶；
S2、配置横置盐水槽和横置纯水槽：取重量份的可溶性无机盐40份、水80份，搅拌均匀溶解后注入横置盐水槽待用待用；向横置纯水槽注入纯水待用：
S3、制备发电单元：
取用制备好的阴阳离子选择性凝胶，依次按照横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽的顺序串联为发电单元，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联为发电单元。
S4、将步骤S3中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成整个发电装置。
所述步骤S3中制备发电单元还可以采取以下方式：
先将步骤S3中的水槽替换成三个小烧杯，烧杯中间设置连通的透明乳胶管，在所述乳胶管中填充阴阳离子选择性凝胶制成阳离子选择性凝胶管和阴离子选择性凝胶管，再将步骤S3中的阳离子选择性凝胶替换成阳离子选择性凝胶管，阴离子选择性凝胶替换成阴离子选择性凝胶管，配置低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯：取重量份的可溶性无机盐40份、水80份，搅拌均匀溶解后注入高浓度盐水烧杯待用；
取重量份的可溶性无机盐5份、水120份，搅拌均匀溶解后注入低浓度盐水烧杯待用；
最后按照步骤S3中方法将上述三个小烧杯串联成发电单元。
所述的步骤S101和S102可同步进行。
所述低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯以及阳离子选择性凝胶管和阴离子选择性凝胶管还可以按照其他类的方法交替设置，这四种交替设置就行。横置盐水槽和横置纯水槽以及阴阳离子选择性凝胶也是同理设置。
制备方法的实施例2
S1、制备阴阳离子定向移动离子交换装置，具体包括以下分步骤：
(1)制备阳离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵丙烯酰胺90份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮8份和丙烯酰胺160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射150min得到阴离子选择性凝胶；
(2)、制备阴离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸60份、氢氧化钠10份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮8份和丙烯酰胺160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射150min得到阴离子选择性凝胶；
S2、配置横置盐水槽和横置纯水槽：取重量份的可溶性无机盐20份、水120份，搅拌均匀溶解后形成横置盐水槽待用；使用纯水作为横置纯水槽待用；
S3、制备发电单元：
将步骤S2中制备好的横置盐水槽和横置纯水槽，结合制备好的阴阳离子选择性凝胶，依次按照盐水槽、阳离子选择性凝胶、纯水槽、阴离子选择性凝胶、盐水槽的顺序串联为发电单元，或者依次按照纯水槽、阳离子选择性凝胶、盐水槽、阴离子选择性凝胶、纯水槽的顺序串联为发电单元；
S4、将发电单元组装成单个小电池：将步骤S3中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成单个小电池。
所述步骤S3中制备发电单元还可以采取以下方式：
先将步骤S3中的水槽替换成三个小烧杯，烧杯中间设置连通的透明乳胶管，在所述乳胶管中填充阴阳离子选择性凝胶制成阳离子选择性凝胶管和阴离子选择性凝胶管，再将步骤S3中的阳离子选择性凝胶替换成阳离子选择性凝胶管，阴离子选择性凝胶替换成阴离子选择性凝胶管，配置低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯：取重量份的可溶性无机盐20份、水120份，搅拌均匀溶解后注入高浓度盐水烧杯待用；
取重量份的可溶性无机盐10份、水80份，搅拌均匀溶解后注入低浓度盐水烧杯待用；
最后按照步骤S3中方法将上述三个小烧杯串联成发电单元。
所述的步骤S101和S102可同步进行。
所述低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯以及阳离子选择性凝胶管和阴离子选择性凝胶管还可以按照其他类的方法交替设置，这四种交替设置就行。横置盐水槽和横置纯水槽以及阴阳离子选择性凝胶也是同理设置。
制备方法的实施例3
S1、制备阴阳离子定向移动离子交换装置，具体包括以下分步骤：
S101、制备阳离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵丙烯酰胺80份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺6份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮6份和丙烯酰胺150份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌4分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射150min得到阴离子选择性凝胶；
S102、制备阴离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸50份、氢氧化钠9.6份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺6份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮6份和丙烯酰胺150份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌4分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120～150min得到阴离子选择性凝胶；
S2、配置横置盐水槽和横置纯水槽：取重量份的可溶性无机盐36份、水100份，搅拌均匀溶解后形成横置盐水槽待用；
使用纯水作为低盐水腔待用；
S3、制备发电单元：
将步骤S2中制备好的横置盐水槽和横置纯水槽，结合制备好的阴阳离子选择性凝胶，依次按照盐水槽、阳离子选择性凝胶、纯水槽、阴离子选择性凝胶、盐水槽的顺序串联为发电单元，或者依次按照纯水槽、阳离子选择性凝胶、盐水槽、阴离子选择性凝胶、纯水槽的顺序串联为发电单元；
S4、将发电单元组装成单个小电池：将步骤S3中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成单个小电池。
所述步骤S3中制备发电单元还可以采取以下方式：
先将步骤S3中的水槽替换成三个小烧杯，烧杯中间设置连通的透明乳胶管，在所述乳胶管中填充阴阳离子选择性凝胶制成阳离子选择性凝胶管和阴离子选择性凝胶管，再将步骤S3中的阳离子选择性凝胶替换成阳离子选择性凝胶管，阴离子选择性凝胶替换成阴离子选择性凝胶管，纯水槽中的纯水替换成步骤S2制成的淡盐水，取重量份的可溶性无机盐6份、水100份，搅拌均匀溶解后作为低浓度盐水烧杯待用，取重量份的可溶性无机盐36份、水100份，搅拌均匀溶解后注入高浓度盐水烧杯待用，最后按照步骤S3中方法将上述三个小烧杯串联成发电单元。
所述的步骤S101和S102可同步进行。
以上实施例中的可溶性无机盐优选为氯化钠和氯化锂。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：由多个发电单元串联而成，所述发电单元包括独立设置的低盐水腔(1)、高盐水腔(2)、阳离子定向移动离子交换装置(3)和阴离子定向移动离子交换装置(4)，所述高盐水腔(2)与所述低盐水腔(1)之间具有盐差，所述低盐水腔(1)和高盐水腔(2)交替设置，所述低盐水腔(1)的数量比所述高盐水腔(2)的数量多一个，或者所述高盐水腔(2)的数量比所述低盐水腔(1)的数量多一个，所述阳离子定向移动离子交换装置(3)和阴离子定向移动离子交换装置(4)设置在相邻的高盐水腔(2)和低盐水腔(1)之间；
所述的阳离子定向移动离子交换装置包括阳离子选择性凝胶、阳离子交换树脂或阳离子交换纸；
所述的阴离子定向移动离子交换装置包括阴离子选择性凝胶、阴离子交换树脂或阴离子交换纸。
2.根据权利要求1所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述阳离子选择性凝胶为由阳离子单体、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让氯离子通过的水凝胶膜；所述阴离子选择性凝胶由阴离子单体、氢氧化钠、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮、非离子单体和纯水混合搅拌制成的只能让钠离子通过的水凝胶膜。
3.根据权利要求2所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述的阳离子单体的化学通式如下：
其中，R1为-H或甲基；
R2为-NH-或-O-基团；
R3、R4和R5分别为-H、甲基、乙基、苯基、苄基、丙基其中的一种；
X-为氯离子、溴离子、(1/2)硫酸根离子、硝酸根离子、碳酸氢根离子或(1/2)碳酸根离子。
4.根据权利要求3所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述阳离子单体为丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐、二烯丙基二甲基氯化铵、(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵、(3-甲基丙烯酰胺)丙基三甲基氯化铵、甲基丙烯酸二甲氨基乙酯甲基氯季盐和丙烯酸二甲氨基乙酯苄基氯季盐的其中一种及其混合物；
所述阴离子单体为3-丙-2-烯酰氧基丙烷-1-磺酸、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸、丙烯酸、甲基丙烯酸的钠盐或钾盐及其钠盐和钾盐的混合物；
所述非离子单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基(甲基)丙烯酰胺、N-异丙基(甲基)丙烯酰胺、N-(2-羟丙基)甲基丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基-N-甲基乙酰胺、聚(乙二醇)(甲基)丙烯酸酯、聚(乙二醇)单甲基醚单(甲基)丙烯酸酯、N-乙烯基-2-吡咯烷酮、单(甲基)丙烯酸甘油酯、(甲基)丙烯酸2-羟乙酯、乙烯基甲基砜、醋酸乙烯酯及其混合物。
5.根据权利要求1-4任一项所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述的高盐水腔(2)和低盐水腔(1)为水槽、烧杯、聚氨酯海绵或蓄水纸。
6.根据权利要求5所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述发电单元依次由横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽顺序串联而成，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联而成。
7.根据权利要求5所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置，其特征在于：所述发电单元依次由低浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成，或者依次按照低浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联而成；所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中；
所述阳离子选择乳胶管内填充阳离子选择性凝胶，所述阴离子选择乳胶管内填充阴离子选择性凝胶。
8.如权利要求1-7中任一项所述的低成本的反电渗透法盐差发电装置的制备方法，其特征在于，包括一个制备阴阳离子选择性凝胶的步骤，具体过程如下：
(1)制备阳离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
(3-丙烯酰胺丙基)三甲基氯化铵丙烯酰胺70～90份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3～8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3～8份和丙烯酰胺120～160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2～5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120～150min得到阳离子选择性凝胶；
(2)制备阴离子选择性凝胶，按重量份取以下原材料：
2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸40～60份、氢氧化钠5～10份、N,N’－亚甲基双丙烯酰胺3～8份、2-羟基-4'-(2-羟乙氧基)-2-甲基苯丙酮3～8份和丙烯酰胺120～160份，将上述原料加入300份纯水中在常温下搅拌2～5分钟，待所有原料溶解形成澄清透明无色液体后加入到模具，再进行紫外灯照射120～150min得到阴离子选择性凝胶。
9.如根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，还包括以下步骤：
S11、配置横置盐水槽和横置纯水槽：取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入横置盐水槽待用，向横置纯水槽注入纯水待用；
S12、制备发电单元：
取用制备好的阴阳离子选择性凝胶，依次按照横置盐水槽、阳离子选择性凝胶、横置纯水槽、阴离子选择性凝胶、横置盐水槽的顺序串联为发电单元，或者依次按照横置纯水槽、阳离子选择性凝胶、横置盐水槽、阴离子选择性凝胶、横置纯水槽的顺序串联为发电单元；
S13、将步骤S12中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成整个发电装置。
10.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：还包括以下步骤：
S21、配置低浓度盐水烧杯和高浓度盐水烧杯：取重量份的可溶性无机盐20～40份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入高浓度盐水烧杯待用；
取重量份的可溶性无机盐5～10份、水80～120份，搅拌均匀溶解后注入低浓度盐水烧杯待用；
S22、制备发电单元：
取用制备好的阴阳离子选择性凝胶分别充入阴离子选择乳胶管和阳离子选择乳胶管，所述的阳离子选择乳胶管和阴离子选择乳胶管的两端均伸入相邻的烧杯中，依次按照低浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联为发电单元，或者依次按照低浓度盐水烧杯、阴离子选择乳胶管、高浓度盐水烧杯、阳离子选择乳胶管、低浓度盐水烧杯的顺序串联为发电单元；
S23、将发电单元组装成单个小电池：将步骤S22中制备成的多个发电单元串联，用导线连接成整个发电装置。
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