CN115072820A - 一种界面蒸发***和界面蒸发方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种界面蒸发***和界面蒸发方法。界面蒸发***和界面蒸发方法中使用了蒸发单元，所述蒸发单元包括：第一疏水层和第二疏水层；设置在所述第一疏水层和所述第二疏水层之间，并分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层相连接的第一亲水层和第二亲水层；设置在所述第一亲水层和所述第二亲水层之间，并同时与所述第一亲水层和所述第二亲水层相连接的支撑层。本发明的蒸发单元通过独特的结构设计，解决了在高盐度条件下因水分蒸发而析出的盐在蒸发载体表面沉积而影响光吸收及水分蒸发的问题。
Description
技术领域
本发明涉及水处理领域，具体涉及一种蒸发单元、一种蒸发装置、一种蒸发***以及一种浓盐水的界面蒸发的方法。
背景技术
随着我国工业化进程的加快，诸多生产领域会产生高含盐废水，如化工、制药、石油、造纸、奶制品加工等，此类废水通常会含有较高的盐分，直接排放对环境造成严重污染及破坏。如高含盐废水渗流入土壤***中，会使土壤生物、植物因脱水而死亡，造成了土壤生态***的瓦解。对于高盐废水，由于缺乏技术、经济上的可行性与可靠性，大多数采取稀释外排方法，势必造成淡水水资源矿化和土壤碱化。高盐废水的处理已经是制约着各行各业工业废水零排放的关键技术。因此，对高盐工业废水处理技术的研究迫在眉睫，探索行之有效的高盐废水处理技术已经成为目前废水处理的热点之一。
目前，末端浓盐水的处理技术主要包括：多效蒸发(MED)、机械蒸汽再压缩(MVR)、机械雾化蒸发、膜蒸馏和蒸发塘等。由于浓盐水的强腐蚀性，MED或者MVR蒸发器选材要求很高，投资昂贵，其单位投资和运行能耗非常高。机械雾化蒸发技术使蒸发塘内的浓盐水雾化，来增大浓盐水的表面积，从而可以提高蒸发塘的蒸发速度，即提高浓盐水的蒸发速度。但是，雾化的浓盐水的雾滴与空气接触，并在一定风速的条件下极易漂浮和吹至蒸发塘的外部，甚至浓盐水形成的结晶盐漂浮到蒸发塘外部更远的地方。有的浓盐水的结晶盐含有重金属等对环境有害的物质，容易造成周边环境的二次污染。膜蒸馏是一种新型分离技术，是膜分离技术与传统蒸发过程相结合的新型膜分离过程。膜蒸馏相对于其他膜分离过程的主要优势之一是受溶液浓度的影响很小。但是，膜蒸馏目前还存在着很多不足，如热传导过程中传热效率低、膜孔易堵塞、膜的造价较高、局限性较大、膜材料仍需改进等。蒸发塘是一种处理浓盐水的自然蒸发设施，其原理是将达标的高浓盐水排放到一个经过防渗处理的水池里，通过自然蒸发结晶来实现浓盐水减量。蒸发塘具有抗冲击负荷好、运行成本低、使用寿命长等优点，因而被广泛应用在不少国内的煤化工项目中。但实际生产实践中，由于自然蒸发缓慢，蒸发塘存在着浓盐水容易满塘，溢塘的的问题，同时如果浓盐水完全蒸发，须占用上百公顷土地。目前，蒸发塘事实上已经无法获批作为新建设施处理高浓废水，蒸发塘面临很大的管理与生存困境。
专利CN203389343U中采用了机械雾化蒸发技术，该技术的原理是将浓盐水雾化成细小的液滴，将蒸发面从二维水平面，变为三维空间的立体蒸发。利用该技术可以实现相同体积的浓盐水蒸发面积增加数倍，大幅度增加蒸发塘中浓盐水与空气的接触面积，起到提高蒸发速度的作用。但是，目前机械雾化蒸发技术在国内内蒙古、新疆等多个煤化工企业或园区的蒸发塘进行了技术示范，但实际效果不佳，没有实现该技术的应用推广。蒸发塘的浓盐水被破碎式机械雾化蒸发器破碎后抛向空中，水滴飘落过程中水分蒸发，大部分液滴会回落到蒸发器周围，但受到风力因素影响较大，雾化浓盐水的小雾滴一般在100-200微米左右，在一定风速的条件下极易漂浮和吹至蒸发塘外部，甚至形成的结晶盐漂浮到蒸发塘外部更远的地方，有的浓盐水的结晶盐含有重金属等对环境有害物质，容易造成周边环境二次污染。
专利CN101885515A公开了一种多级太阳能海水淡化装置，采用太阳能集热器在太阳光的照射下，一部分红外线与紫外线被吸热板芯吸收后转换为热能，给海水储水槽加热，海水的温度缓慢升高，并不断蒸发，在冷疑部件外壁会形成水珠被淡水收集部件集中后输出集成舱外而获得利用。但是，该海水淡化装置采用太阳能集热器直接对海水储水槽加热，由于热学损耗较大致使其转化效率较低(30％-50％)，在很大程度上限制了光蒸汽转化效率。
因此，有必要提供一种新的既可以保持蒸发塘利用自然能源的优势，又没有二次污染和政策监管风险的高效界面蒸发装置及蒸发载体，实现末端浓盐水的浓缩减量。
发明内容
鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种蒸发单元，通过独特的结构设计，解决了在高盐度条件下因水分蒸发而析出的盐在蒸发载体表面沉积而影响光吸收及水分蒸发的问题。
本发明的目的之二在于提供一种与上述目的之一相对应的蒸发装置，改变传统平铺在水面的界面蒸发形式，通过设置平行布置的竖直蒸发载体，减少了单位占地面积，提高了蒸发速率。
本发明的目的之三在于提供一种与上述目的之一和目的之二相对应的蒸发***，改变传统平铺在水面的界面蒸发形式，通过设置平行布置的竖直蒸发载体，从其顶部供水以形成大面积的蒸发表面，在太阳光照射和自然气流的作用下，实现强化自然蒸发的过程。该技术充分利用太阳辐照和自然风力，运行成本低，由于单位占地面积可以平行布置多面竖直蒸发载体，蒸发速率达到相同占地面积水面蒸发的40-50倍。
本发明的目的之四在于提供一种与上述目的之一、目的之二和目的之三相对应的蒸发方法。
为实现上述目的之一，本发明采取的技术方式如下：
一种蒸发单元，包括：
第一疏水层和第二疏水层；
设置在所述第一疏水层和所述第二疏水层之间，并分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层相连接的第一亲水层和第二亲水层；
设置在所述第一亲水层和所述第二亲水层之间，并同时与所述第一亲水层和所述第二亲水层相连接的支撑层。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层、所述第二疏水层、所述第一亲水层、第二亲水层和所述支撑层彼此之间的厚度差异小于20％，优选为0～5％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层、所述第二疏水层、所述第一亲水层、第二亲水层和所述支撑层的厚度相同，即厚度差异为0。
根据本发明，所述的彼此之间是指任意两个层之间。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层和所述第二疏水层相同或不同，各自独立地选自掺杂有碳基材料的第一聚合物膜，其中，所述碳基材料包括碳黑、石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米线中的一种或多种，形成所述掺杂有碳基材料的第一聚合物膜的第一聚合单体包括丙烯、乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯和苯砜中的一种或多种；优选地，以所述掺杂有碳基材料的第一聚合物膜的总重量为计算基准，所述碳基材料的掺杂量为0.05wt％～5wt％，优选为0.1wt％～1wt％。
根据本发明，所述碳基材料的规格没有具体限定，例如，可以根据第一聚合物膜的厚度选择适宜粒径的碳基材料。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层和所述第二疏水层的孔隙率相同或不同，各自独立地选自30％～75％。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层的孔隙率相同或不同，可以列举为30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层和所述第二疏水层的厚度相同或不同，各自独立地选自0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层的厚度相同或不同，可以列举为0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm、9.5mm、10.0mm以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层的厚度越小，蒸发量越高，但是，随着厚度的减小，强度也随之降低。因此，为了平衡蒸发量和强度，厚度最优选地范围是0.3mm～1.0mm，更优选0.4mm～0.6mm，进一步优选0.45mm～0.55mm。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层的长度和宽度可以根据实际需要例如根据蒸发装置的大小进行常规选择。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一疏水层和所述第二疏水层与水的接触角相同或不同，各自独立地选自90°～150°，优选为100°～130°。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层与水的接触角相同或不同，可以列举为90°、91°、92°、93°、94°、95°、96°、97°、98°、99°、100°、101°、102°、103°、104°、105°、106°、107°、108°、109°、110°、111°、112°、113°、114°、115°、116°、117°、118°、119°、120°、121°、122°、123°、124°、125°、126°、127°、128°、129°、130°、131°、132°、133°、134°、135°、136°、137°、138°、139°、140°、141°、142°、143°、144°、145°、146°、147°、148°、149°、150°以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述第一疏水层和所述第二疏水层的孔隙率和/或接触角在上述特定的范围内时，具有较低的表面张力，能够有效阻止含盐水进入疏水层，而蒸发过程中产生的蒸汽可通过疏水层扩散到外部环境。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一亲水层和所述第二亲水层相同或不同，各自独立地选自掺杂有亲水改性剂的第二聚合物膜，其中，所述亲水改性剂包括聚乙烯醇、聚吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油和丙二醇中的一种或多种，形成所述掺杂有亲水改性剂的第二聚合物膜的第二聚合单体包括醚砜、砜、醋酸纤维素、偏氟乙烯、氯乙烯和丙烯腈中的一种或多种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一亲水层和所述第二亲水层的孔隙率相同或不同，各自独立地选自60％～85％。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层的孔隙率相同或不同，可以列举为60％、65％、70％、75％、80％、85％以及它们之间的任意值。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一亲水层和所述第二亲水层的厚度相同或不同，各自独立地选自0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层的厚度相同或不同，可以列举为0.1mm、0.5mm、1.0mm、1.5mm、2.0mm、2.5mm、3.0mm、3.5mm、4.0mm、4.5mm、5.0mm、5.5mm、6.0mm、6.5mm、7.0mm、7.5mm、8.0mm、8.5mm、9.0mm、9.5mm、10.0mm以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层的厚度越小，蒸发量越高，但是，随着厚度的减小，强度也随之降低。因此，为了平衡蒸发量和强度，厚度最优选地范围是0.3mm～1.0mm，更优选0.4mm～0.6mm，进一步优选0.45mm～0.55mm。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层的长度和宽度可以根据实际需要例如根据蒸发装置的大小进行常规选择。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述第一亲水层和所述第二亲水层与水的接触角相同或不同，各自独立地选自30°～60°，优选为40°～50°。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层与水的接触角相同或不同，可以列举为30°、31°、32°、33°、34°、35°、36°、37°、38°、39°、40°、41°、42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°、50°、51°、52°、53°、54°、55°、56°、57°、58°、59°、60°以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述第一亲水层和所述第二亲水层的孔隙率和/或接触角在上述特定的范围内时，其具有良好的水输送能力。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述支撑层选自第三聚合单体形成的第三聚合物膜，所述第三聚合单体包括丙烯、氯乙烯、酰胺、对苯二甲酸乙二酯、氨基甲酸酯和丙烯腈中一种或多种。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述支撑层的孔隙率为40％～80％。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述支撑层的厚度为0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述支撑层与水的接触角为50°～75°。
根据本发明，亲水层、疏水层和支撑层可以是任何本领域常规的、满足本发明所需功能的产品，或能够根据本领域已知的方法制得的满足本发明所需功能的产品。亲水层、疏水层和支撑层的制备方法不是本发明的重点，本发明在此不对该部分内容进行赘述。
根据本发明，所述连接可以以点接触的方式连接、以线接触的方式连接、以面接触的方式连接或混合接触的方式(即点线面混合)连接。
在本发明的一些优选的实施方案中，通过胶黏剂实现所述连接。
在本发明的一些优选的实施方案中，所述胶黏剂选自有机胶黏剂。
在本发明的一些优选的实施方案中，所述胶黏剂选自环氧树脂胶黏剂、聚氨酯胶黏剂、聚醋酸乙烯胶黏剂和改性聚丙烯酸胶黏剂中的至少一种。
根据本发明，相邻的两个层，例如亲水层和疏水层之间可以点接触也可以面接触，优选面接触，这是因为亲水层主要为疏水层提供待蒸发的盐水，亲水层与疏水层直接接触有利于热量的传递和盐水的输送。
为实现上述目的之二，本发明采取的技术方式如下：
一种蒸发装置，包括：间隔设置的根据上述任一项实施方式所述的蒸发单元。
根据本发明，蒸发单元可以与常规风向平行，从而促进蒸发和保证装置运行的安全性。
在本发明的一些优选的实施方式中，相邻的所述蒸发单元之间的间距相同或不同，各自独立地为1.0cm～30.0cm，优选为10.0cm～25.0cm。
根据本发明，相邻的所述蒸发单元之间的间距可以列举为1.0cm、2.0cm、3.0cm、4.0cm、5.0cm、6.0cm、7.0cm、8.0cm、9.0cm、10.0cm、11.0cm、12.0cm、13.0cm、14.0cm、15.0cm、16.0cm、17.0cm、18.0cm、19.0cm、20.0cm以及它们之间的任意值。
根据本发明，相邻的所述蒸发单元之间的间距可以是相邻的蒸发单元中的相对的亲水层之间的间距。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述蒸发装置还包括设置在所述蒸发单元外部的支撑框架；优选地，在所述支撑框架内部，所述蒸发单元沿垂直于地面的方向上平行设置。
根据本发明，换句话说，所述蒸发单元沿平行于地面的方向上竖直设置。
根据本发明，所述支撑框架的结构不受限制，只要能够支撑所述蒸发单元具有防腐性能，并能使自然光和自然气流接触所述蒸发单元即可。
为实现上述目的之三，本发明采取的技术方式如下：
一种蒸发***，包括：供水装置、循环装置、布水装置以及上述任一项实施方式所述的蒸发装置，其中，所述供水装置与所述循环装置相连接，所述循环装置与所述布水装置相连接，所述布水装置与所述蒸发装置相连接，所述布水装置优选位于所述蒸发装置的顶部，所述蒸发装置与所述循环装置相连接。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述供水装置包括原液桶和原水泵，所述循环装置包括循环池和循环泵，所述原液桶、所述原水泵、所述循环池、所述循环泵、所述布水装置和所述蒸发装置依次连接，所述蒸发装置与所述循环池相连接；
所述布水装置包括布水管和分布于所述布水管上的多个布水孔，所述循环泵的出液口连接所述布水管的进液口。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述布水孔设置在所述亲水层的上方。
为实现上述目的之四，本发明采取的技术方式如下：
一种浓盐水的界面蒸发的方法，包括：使浓盐水循环流经上述任一项实施方式所述的蒸发单元或上述任一项实施方式所述的蒸发装置中的蒸发单元或上述任一项实施方式所述的蒸发***中的蒸发单元，从而使得所述浓盐水中的水在所述第一疏水层和/或第二疏水层的表面被蒸发。
一种浓盐水的界面蒸发的方法，其在上述任一项实施方式所述的蒸发***中进行，并包括下述步骤：
a)使来自于所述供水装置中的浓盐水进入到所述循环装置中；
b)使所述循环装置中的浓盐水进入到所述布水装置中；
c)使所述布水装置中的浓盐水进入到所述蒸发装置中，进而使得所述浓盐水中的水在所述第一疏水层和/或第二疏水层的表面被蒸发；
d)使从所述蒸发装置中流出的浓盐水进入所述循环装置；以及
任选地，e)从所述循环装置中移除析出的固体，
其中，重复进行步骤b)和c)，使得浓盐水经由所述布水装置循环流经所述蒸发单元。
根据本发明，在从所述循环装置中移除析出的固体后，重复进行步骤a)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述的浓盐水的界面蒸发的方法包括：
1)将所述浓盐水置于所述原液桶中，使所述浓盐水在所述原水泵的作用下进入到所述循环池中；
2)使所述循环池中的浓盐水在循环泵的作用下进入到所述布水管中；
3)使所述布水管中的浓盐水从所述布水孔流入所述蒸发单元；
4)使从所述蒸发单元流出的浓盐水进入所述循环池，以及
任选地，5)从所述循环池中移除析出的固体，
其中，重复进行步骤2)和3)，使得浓盐水经由所述布水管循环流经所述蒸发单元。
根据本发明，在从所述循环池中移除析出的固体后，重复进行步骤1)。
在本发明的一些优选的实施方式中，所述蒸发装置内的操作条件包括：温度为0℃～45℃；和/或所述蒸发单元内的循环流量为0.7L/m2/h～10L/m2/h，优选为0.7L/m2/h～5L/m2/h，更优选为0.7L/m2/h～3L/m2/h。
根据本发明，所述蒸发装置内的操作温度可以列举为0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃、40℃、45℃以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述蒸发单元内的循环流量可以列举为、0.5L/m2/h、0.6L/m2/h、0.7L/m2/h、0.8L/m2/h、0.9L/m2/h、1.0L/m2/h、1.1L/m2/h、1.2L/m2/h、1.3L/m2/h、1.4L/m2/h、1.5L/m2/h、2.0L/m2/h、2.5L/m2/h、3.0L/m2/h、3.5L/m2/h、4.0L/m2/h、4.5L/m2/h、5.0L/m2/h、5.5L/m2/h、6.0L/m2/h、6.5L/m2/h、7.0L/m2/h、7.5L/m2/h、8.0L/m2/h、8.5L/m2/h、9.0L/m2/h、9.5L/m2/h、10.0L/m2/h以及它们之间的任意值。
根据本发明，所述蒸发单元内的循环流量是指每小时每单位面积(1m2)流经的液体的总体积。
在本发明的一些优选的实施方案中，所述浓盐水中含有氯化钠、硫酸钠、硫酸铵和水。
在本发明的一些优选的实施方案中，所述浓盐水中，所述氯化钠的含量为60000mg/L～230000mg/L。
本发明的有益效果至少在于以下几个方面：
其一，本发明中所提供的蒸发单元，通过独特的五层结构，将传统太阳能蒸发载体的光吸收和水输送的功能分开，可以将光吸收和水输送的功能区分解到外层和中间层中，在水分蒸发过程中，析出的盐分被有效地阻隔在中间层中，并随着连续供水而迅速溶解，克服了水分蒸发析出的盐分对蒸发载体蒸发速率的影响，进而克服浓盐水处理过程中蒸发单元因盐析出造成的污染问题。最外面两层疏水层可以更高效地吸收太阳光，而其能量只持续传递给疏水层界面的水分子，使之不断转化为蒸汽，大幅提高蒸发效率。紧贴着两层疏水层的是两层亲水且多孔具有良好的水输送能力的亲水层，可以保证充足的水分供应。同时引入了机械强度较高的中间层，大幅提高了蒸发载体的机械强度，克服了实际环境应用中的强度问题。
其二，本发明在最外面两层疏水层的制备过程中掺杂引入碳基材料，明显提高了蒸发载体的太阳光吸收率，而且其能量只持续传递给内外层界面的水分子，使之不断转化为蒸汽，大幅提高蒸发效率。
其三，本发明通过在单位占地面积设置大量平行布置的竖直蒸发单元，从其顶部供水以形成大面积的蒸发表面，在自然气流的作用下，实现自然蒸发的强化过程，蒸发速率达到相同占地面积蒸发塘的40-50倍。
其四，本发明的蒸发单元有效地提高了光蒸汽转化效率。本发明中的蒸发单元外层为疏水微孔材料，且具有较低的表面张力，能够有效阻止含盐水进入疏水层，而蒸发过程中产生的蒸汽可通过疏水层扩散到外部环境，中间层为亲水微孔材料，利用毛细作用将水送到外层的气液界面。外层充分吸收太阳光，其能量持续传递给外层与中间层水与空气界面的水分子，相比对整个水体加热，大幅提高了蒸发单元的蒸发效率。
其五，本发明的蒸发单元克服了浓盐水处理过程中蒸发单元因盐析出造成的污染问题。本发明中的蒸发单元将光吸收和水输送的功能区分开，外层疏水负责光吸收，中间层亲水负责水输送，因此，随着水分的蒸发析出的盐分被有效地阻隔在亲水的中间层中，并且会由于连续的水输送而迅速溶解，保证了蒸发装置及蒸发单元的连续稳定运行，提高了蒸发装置的运行效率。
附图说明
图1是实施例1的蒸发方法的工艺流程图及蒸发***的结构示意图。
图2是实施例1的蒸发单元的结构示意图。
附图标记说明：1-原液桶；2-原水泵；3-循环水槽；4-循环泵；5-布水分管路；6-布水主管路；7-框架结构；8-蒸发单元。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。
在下述实施方式中，若无特殊说明，所采用的第一亲水层和第二亲水层均为市售的常规聚乙二醇亲水改性的聚偏氟乙烯膜。
在下述实施方式中，若无特殊说明，所采用的第一疏水层和第二疏水层均为掺杂有0.5wt％碳黑的聚四氟乙烯膜，且疏水层、亲水层和支撑层厚度相同。在下述实施方式中，若无特殊说明，实验的气候条件包括：湿度35％，空气温度25℃，水温度23℃，风速4m/s，太阳辐照强度1kW/m2。
在下述实施方式中，若无特殊说明，浓盐水的水质信息如表1所示：
表1
在下述实施方式中，蒸发量的计算公式如式(1)所示：
蒸发量＝(蒸发前盐水重量-蒸发后盐水重量)/时间 式(1)。
在下述实施方式中，蒸发速率的计算公式如式(2)所示：
蒸发速率＝蒸发量/蒸发面积 式(2)。
实施例1
本实施例采用的蒸发***如图1所示，包括原液桶1和原水泵2组成的供水装置，循环水槽3和循环泵4组成的循环装置，若干条布水分管路5(即布水孔)和两条布水主管路6(即布水管)组成的布水装置以及框架结构7和5个蒸发单元8组成的蒸发装置，相邻的蒸发单元之间的间距为15cm，蒸发单元内的循环流量为2.5L/m2/h。
蒸发单元8的结构如图2所示，包括第一疏水层和第二疏水层；设置在第一疏水层和第二疏水层之间，并分别与第一疏水层和第二疏水层相连接的第一亲水层和第二亲水层；设置在第一亲水层和第二亲水层之间，并同时与第一亲水层和所述第二亲水层相连接的支撑层。
其中，第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层和支撑层的长度均为40cm，宽度均为20cm，厚度均为0.3mm。第一疏水层和第二疏水层的孔隙率均为50％；第一亲水层和第二亲水层的孔隙率均为75％；支撑层的孔隙率为60％。第一疏水层和第二疏水层与水的接触角均为120°；第一亲水层和第二亲水层与水的接触角均为45°；支撑层与水的接触角为60°。
利用上述的蒸发***进行浓盐水的界面蒸发，包括：
1)将浓盐水置于原液桶中，使浓盐水在原水泵的作用下进入到循环池中；
2)使循环池中的浓盐水在循环泵的作用下进入到布水管中；
3)使布水管中的浓盐水从布水孔流入蒸发单元；
4)使从蒸发单元流出的浓盐水进入循环池，以及
5)从循环池中移除析出的固体。
经测试，蒸发量为1.2kg/h；蒸发速率为1.5kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处仅在于采用的第一疏水层和第二疏水层均为掺杂有0.5wt％石墨的聚四氟乙烯膜。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1.18kg/h；蒸发速率为1.475kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处仅在于采用的第一疏水层和第二疏水层均为掺杂有0.5wt％碳纳米管的聚四氟乙烯膜。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1.2kg/h；蒸发速率为1.5kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例4(对比)
本实施例与实施例1的不同之处仅在于采用的第一疏水层和第二疏水层均为聚四氟乙烯膜(即未掺杂碳基材料)。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为0.8kg/h；蒸发速率为1kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例5
本实施例与实施例1的不同之处仅在于采用的第一疏水层和第二疏水层均为掺杂有0.1wt％碳黑的聚四氟乙烯膜。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为0.9kg/h；蒸发速率为1.125kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例6
本实施例与实施例1的不同之处仅在于采用的第一疏水层和第二疏水层均为掺杂有1wt％碳黑的聚四氟乙烯膜。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1.1kg/h；蒸发速率为1.375kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例7
本实施例采用的蒸发***的结构与实施例1相同，不同之处仅在于蒸发单元的规格为：
第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层和支撑层的长度均为40cm，宽度均为20cm，厚度均为0.6mm。第一疏水层和第二疏水层的孔隙率均为30％；第一亲水层和第二亲水层的孔隙率均为60％；支撑层的孔隙率为40％。第一疏水层和第二疏水层与水的接触角均为90°；第一亲水层和第二亲水层与水的接触角均为60°；支撑层与水的接触角为75°。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为0.92kg/h；蒸发速率为1.15kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例8
本实施例采用的蒸发***的结构与实施例1相同，不同之处仅在于蒸发单元的规格为：
第一疏水层、第二疏水层、第一亲水层、第二亲水层和支撑层的长度均为40cm，宽度均为20cm，厚度均为0.1mm。第一疏水层和第二疏水层的孔隙率均为75％；第一亲水层和第二亲水层的孔隙率均为85％；支撑层的孔隙率为80％。第一疏水层和第二疏水层与水的接触角均为150°；第一亲水层和第二亲水层与水的接触角均为30°；支撑层与水的接触角为50°。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1.5kg/h；蒸发速率为1.875kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
实施例9(对比)
本实施例与实施例1的不同之处仅在于，第一疏水层和第二疏水层的厚度均为0.3mm，第一亲水层和第二亲水层的厚度均为0.1mm，支撑层厚度为0.1mm。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1.24kg/h；蒸发速率为1.55kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率出现衰减的情况。
实施例10(对比)
本实施例与实施例1的不同之处仅在于，第一疏水层和第二疏水层的厚度均为0.3mm，第一亲水层和第二亲水层的厚度均为0.6mm，支撑层厚度为0.6mm。
在其余条件均与实施例1相同的情况下，测得蒸发量为1kg/h；蒸发速率为1.25kg/m2·h；运行时间12h，蒸发单元表面没有出现结晶盐的聚集，蒸发单元的蒸发速率没有出现衰减的情况，蒸发装置可以连续稳定运行。
对比例1
与实施例1的不同之处仅在于蒸发单元为涤纶120-7布料。
经测试，蒸发量为0.16kg/h；蒸发速率为0.40kg/m2·h；运行时间3h后，涤纶布料表面开始析出结晶盐，且结晶盐析出越来越多，最终导致布水不均匀，蒸发速率降低。
应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。
Claims (10)
1.一种蒸发单元，包括：
第一疏水层和第二疏水层；
设置在所述第一疏水层和所述第二疏水层之间，并分别与所述第一疏水层和所述第二疏水层相连接的第一亲水层和第二亲水层；
设置在所述第一亲水层和所述第二亲水层之间，并同时与所述第一亲水层和所述第二亲水层相连接的支撑层；
优选地，所述第一疏水层、所述第二疏水层、所述第一亲水层、第二亲水层和所述支撑层彼此之间的厚度差异小于20％，优选为0～5％。
2.根据权利要求1所述的蒸发单元，其特征在于，
所述第一疏水层和所述第二疏水层相同或不同，各自独立地选自掺杂有碳基材料的第一聚合物膜，其中，所述碳基材料包括碳黑、石墨、石墨烯、碳纳米管和碳纳米线中的一种或多种，形成所述掺杂有碳基材料的第一聚合物膜的第一聚合单体包括丙烯、乙烯、偏氟乙烯、四氟乙烯和苯砜中的一种或多种；优选地，以所述掺杂有碳基材料的第一聚合物膜的总重量为计算基准，所述碳基材料的掺杂量为0.05wt％～5wt％，优选为0.1wt％～1wt％；和/或
所述第一疏水层和所述第二疏水层的孔隙率相同或不同，各自独立地选自30％～75％；和/或
所述第一疏水层和所述第二疏水层的厚度相同或不同，各自独立地选自0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm；和/或
所述第一疏水层和所述第二疏水层与水的接触角相同或不同，各自独立地选自90°～150°，优选为100°～130°。
3.根据权利要求1或2所述的蒸发单元，其特征在于，
所述第一亲水层和所述第二亲水层相同或不同，各自独立地选自掺杂有亲水改性剂的第二聚合物膜，其中，所述亲水改性剂包括聚乙烯醇、聚吡咯烷酮、聚乙二醇、甘油和丙二醇中的一种或多种，形成所述掺杂有亲水改性剂的第二聚合物膜的第二聚合单体包括醚砜、砜、醋酸纤维素、偏氟乙烯、氯乙烯和丙烯腈中的一种或多种；和/或
所述第一亲水层和所述第二亲水层的孔隙率相同或不同，各自独立地选自60％～85％；和/或
所述第一亲水层和所述第二亲水层的厚度相同或不同，各自独立地选自0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm；和/或
所述第一亲水层和所述第二亲水层与水的接触角相同或不同，各自独立地选自30°～60°，优选为40°～50°。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的蒸发单元，其特征在于，
所述支撑层选自第三聚合单体形成的第三聚合物膜，所述第三聚合单体包括丙烯、氯乙烯、酰胺、对苯二甲酸乙二酯、氨基甲酸酯和丙烯腈中一种或多种；和/或
所述支撑层的孔隙率为40％～80％；和/或
所述支撑层的厚度为0.1mm～10mm，优选为0.1mm～5mm，更优选为0.1mm～3mm；和/或
所述支撑层与水的接触角为50°～75°。
5.一种蒸发装置，包括：间隔设置的根据权利要求1-4中任一项所述的蒸发单元，优选地，相邻的所述蒸发单元之间的间距相同或不同，各自独立地为1.0cm～30.0cm，优选为10.0cm～25.0cm。
6.根据权利要求5所述的蒸发装置，其特征在于，所述蒸发装置还包括设置在所述蒸发单元外部的支撑框架；优选地，在所述支撑框架内部，所述蒸发单元沿垂直于地面的方向上平行设置。
7.一种蒸发***，包括：供水装置、循环装置、布水装置以及根据权利要求5或6所述的蒸发装置，其中，所述供水装置与所述循环装置相连接，所述循环装置与所述布水装置相连接，所述布水装置与所述蒸发装置相连接，所述布水装置优选位于所述蒸发装置的顶部，所述蒸发装置与所述循环装置相连接；
优选地，所述供水装置包括原液桶和原水泵，所述循环装置包括循环池和循环泵，所述原液桶、所述原水泵、所述循环池、所述循环泵、所述布水装置和所述蒸发装置依次连接，所述蒸发装置与所述循环池相连接；
所述布水装置包括布水管和分布于所述布水管上的多个布水孔，所述循环泵的出液口连接所述布水管的进液口，
优选地，所述布水孔设置在所述亲水层的上方。
8.一种浓盐水的界面蒸发的方法，包括：使浓盐水循环流经权利要求1-4中任一项所述的蒸发单元或权利要求5或6所述的蒸发装置中的蒸发单元或权利要求7所述的蒸发***中的蒸发单元，从而使得所述浓盐水中的水在所述第一疏水层和/或第二疏水层的表面被蒸发。
9.一种浓盐水的界面蒸发的方法，其在根据权利要求6或7所述的蒸发***中进行，并包括下述步骤：
a)使来自于所述供水装置中的浓盐水进入到所述循环装置中；
b)使所述循环装置中的浓盐水进入到所述布水装置中；
c)使所述布水装置中的浓盐水进入到所述蒸发装置中，进而使得所述浓盐水中的水在所述第一疏水层和/或第二疏水层的表面被蒸发；
d)使从所述蒸发装置中流出的浓盐水进入所述循环装置；以及
任选地，e)从所述循环装置中移除析出的固体，
其中，重复进行步骤b)和c)，使得浓盐水经由所述布水装置循环流经所述蒸发单元；
优选地，所述的浓盐水的界面蒸发的方法包括：
1)将所述浓盐水置于所述原液桶中，使所述浓盐水在所述原水泵的作用下进入到所述循环池中；
2)使所述循环池中的浓盐水在循环泵的作用下进入到所述布水管中；
3)使所述布水管中的浓盐水从所述布水孔流入所述蒸发单元；
4)使从所述蒸发单元流出的浓盐水进入所述循环池，以及
任选地，5)从所述循环池中移除析出的固体，
其中，重复进行步骤2)和3)，使得浓盐水经由所述布水管循环流经所述蒸发单元。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述蒸发装置内的操作条件包括：温度为0℃～45℃；和/或所述蒸发单元内的循环流量为0.7L/m2/h～10L/m2/h，优选为0.7L/m2/h～5L/m2/h，更优选为0.7L/m2/h～3L/m2/h。
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