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該項(xiàng)目為國(guó)際上首次利用等離激元增強(qiáng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)高效太陽(yáng)能海水淡化。該研究發(fā)現(xiàn)，三維鋁顆粒等離激元黑體材料具有寬太陽(yáng)光譜超高光吸收效率，大大提高海水淡化過(guò)程中光熱轉(zhuǎn)換效率；鋁納米顆粒的局域等離激元光學(xué)共振效應(yīng)使得漂浮在水面的緊密排列的鋁顆粒附近區(qū)域產(chǎn)生極高的局部溫度和電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，有利于快速有效的淡水蒸汽產(chǎn)生，多孔結(jié)構(gòu)提供了有效的蒸汽逃離通道；材料制備采用低成本金屬鋁為唯一原材料，采用簡(jiǎn)單可規(guī)模化生產(chǎn)的自組裝制備方法，且材料的淡化性能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和耐用性。

成果簡(jiǎn)介：本裝置主要采用了激淋式橫管降膜蒸發(fā)、多效閃蒸、多效回?zé)帷?qiáng)化冷凝、強(qiáng)化對(duì)流等多項(xiàng)先進(jìn)的強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)措施，并有效地減少了裝置中海水的熱容量，使裝置升溫更迅速，運(yùn)行五分鐘即有淡水產(chǎn)出。裝置中海水的蒸發(fā)與蒸汽的冷凝潛熱得到了多次重復(fù)利用，使系統(tǒng)產(chǎn)水率得到成倍的提高，是傳統(tǒng)盤式太陽(yáng)能蒸餾器產(chǎn)水率的五倍，平均每平方米太陽(yáng)能集熱器日產(chǎn)水量12公斤以上，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。所生產(chǎn)的淡水水質(zhì)完全達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)（＜500ppm）。該裝置可以視用戶情況專門設(shè)計(jì)，而且規(guī)模越大效率越高。 項(xiàng)目來(lái)源

碳?xì)饽z因在同類氣凝膠材料中具有良好的導(dǎo)電性（5～40s/cm），以及高比表面積 而使其成為一種新型的理想電極材料．目前國(guó)外的研究集中在將碳?xì)饽z應(yīng)用于超級(jí)電 容器（雙電層電容器）電極、氣體擴(kuò)散電極，燃料電化學(xué)電池的電極、可充電電池電極 等，同濟(jì)大學(xué)在這方面的研究工作也已開(kāi)展了近十年，取得了一定的成果。 研究的目標(biāo)是用碳?xì)饽z作電極，試制海水淡化原理型裝置，進(jìn)行各項(xiàng)參數(shù)的優(yōu)化 研究。本材料是典型的環(huán)保與能源材料，所以有利于保護(hù)環(huán)境與資源綜合利用。研究成 果應(yīng)用于海水淡化、新能源器件等領(lǐng)域。

氣凝膠（Aerogel）是一種具有超高孔隙率的三維納米多孔材料，是目前世界上質(zhì)量最輕、保溫隔熱性能最好、孔隙率最高、比表面積最高的固體材料。其密度極低，在3~500 mg/cm3之間可調(diào)，孔隙率高達(dá)80 %~99.8 %，比表面積可達(dá)1000 m2/g，常溫下的熱導(dǎo)率低至0.015 W/m·K，典型的孔徑尺寸在1~100 nm之間。獨(dú)特的納米多孔結(jié)構(gòu)使氣凝膠具有許多特殊的物理性能，例如低熱導(dǎo)率、低折射率、低聲阻抗、低介電常數(shù)、強(qiáng)吸附性、高催化活性等等。這些優(yōu)異的物理性能使氣凝膠在航空航天、保溫隔熱、高效吸附、隔音、催化和儲(chǔ)能等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 氣凝膠比表面積高、孔隙率高、孔洞又與外界相通，性能穩(wěn)定，因此它是很好的吸附材料，可以用來(lái)吸附有害氣體和過(guò)濾有機(jī)物，有利于保護(hù)環(huán)境。碳?xì)饽z結(jié)合了碳材料本身的導(dǎo)電特性與氣凝膠材料多孔的結(jié)構(gòu)特性，可以應(yīng)用在海水淡化等領(lǐng)域。 目前技術(shù)采用高比表面積的多孔碳?xì)饽z制成電極，制成海水淡化原理型裝置。通過(guò)正反接電壓實(shí)現(xiàn)裝置的連續(xù)脫鹽，提高裝置的脫鹽效率。

高校科技成果盡在科轉(zhuǎn)云

近日，能源領(lǐng)域期刊Energy & Environmental Science（IF=33.250）發(fā)表了有關(guān)超高效太陽(yáng)能海水淡化研究成果Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still，該論文由上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)的徐震原副教授和王如竹教授與麻省理工學(xué)院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大學(xué)為第一完成單位。全被動(dòng)式的太陽(yáng)能海水淡化是解決海水淡化技術(shù)適應(yīng)性的完美方案，且適用于缺乏基建和偏遠(yuǎn)地區(qū)，然而其效率一直偏低（約35%）。近年來(lái)，太陽(yáng)能界面蒸發(fā)為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學(xué)、材料科學(xué)和熱科學(xué)的交叉領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，但在其效率仍然十分有限（約100%）。本研究提出的“界面局部加熱型多級(jí)太陽(yáng)能蒸餾架構(gòu)”結(jié)合了太陽(yáng)能界面局部加熱和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，顯著提升了被動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化的效率。 在該論文中研究團(tuán)隊(duì)指出系統(tǒng)性的能量傳遞優(yōu)化，而非高性能材料，是達(dá)到超高效太陽(yáng)能海水淡化的關(guān)鍵。通過(guò)采用商用和低成本材料搭建的實(shí)驗(yàn)裝置，研究團(tuán)隊(duì)在一個(gè)太陽(yáng)輻照條件下創(chuàng)紀(jì)錄地實(shí)現(xiàn)了385%的效率和5.78 L m-2 h-1的海水淡化產(chǎn)水率。除此之外，該裝置可以通過(guò)毛細(xì)作用進(jìn)行被動(dòng)補(bǔ)水，同時(shí)通過(guò)鹽分在夜間的反向擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)被動(dòng)排鹽，保證長(zhǎng)效穩(wěn)定的被動(dòng)式工作。該研究所達(dá)到效率比2018年12月發(fā)表于Nature Sustainability和2019年7月發(fā)表于Nature Communications的被動(dòng)式太陽(yáng)能海水淡化效率記錄分別高出約2.8倍和2倍，成為該領(lǐng)域的效率新記錄。該工作為解決偏遠(yuǎn)或離網(wǎng)地區(qū)淡水短缺問(wèn)題提供了實(shí)際解決方案，也為界面太陽(yáng)能蒸發(fā)走向?qū)嵱没透咝Щ峁┝巳滤悸泛屠碚摽蚣堋?該研究工作獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51976123）和創(chuàng)新研究群體項(xiàng)目（51521004）的資助。王如竹教授領(lǐng)銜的ITEWA創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣交叉領(lǐng)域的前沿基礎(chǔ)性科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵技術(shù)，旨在通過(guò)學(xué)科交叉實(shí)現(xiàn)材料-器件-系統(tǒng)層面的整體解決方案，推動(dòng)相關(guān)領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，近兩年來(lái)已經(jīng)在Joule上發(fā)表論文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上發(fā)表論文各1篇。論文鏈接：Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar stillMIT News：Simple, solar-powered water desalination

成果與項(xiàng)目的背景及主要用途： 近年來(lái)海水淡化技術(shù)的快速發(fā)展及其成本的大幅降低，使越來(lái)越多的國(guó)家和 地區(qū)開(kāi)始考慮利用淡化水作為第二水源，以緩解日益嚴(yán)峻的淡水危機(jī)。目前可用 于工業(yè)規(guī)模的海水淡化方法反滲透技術(shù)的發(fā)展速度最快，成本的降幅也最大。其 原因主要在于膜性能的不斷提高和高效能量回收裝置的廣泛使用。 能量回收裝置作為反滲透海水淡化系統(tǒng)的必備設(shè)備之一，對(duì)大幅降低淡化系 統(tǒng)的運(yùn)行能耗，進(jìn)而降低產(chǎn)水成本至關(guān)重要。正位移式能量回收裝置近年來(lái)備受 市場(chǎng)青睞，其產(chǎn)品市場(chǎng)占有率也呈逐年快速增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，淡化系統(tǒng)本體噸水 電耗也由 80 年代的 8.0 kWh 降低到約 2.0kWh。 技術(shù)原理與工藝流程簡(jiǎn)介： 按照工作原理的不同，能量回收裝置可分為水力透平式（或離心式）和正位 移式兩種類型。水力透平式運(yùn)行時(shí)通常需要經(jīng)過(guò)“壓力能-軸功-壓力能”兩步轉(zhuǎn)化 過(guò)程，能量回收效率相對(duì)較低，為 50-75%。而正位移式則利用濃鹽水直接增壓 進(jìn)料海水的方式回收壓力能，效率高達(dá) 90%-96%。此外，正位移式能量回收裝 置使用過(guò)程中還具有根據(jù)運(yùn)行需要靈活調(diào)節(jié)淡化系統(tǒng)的產(chǎn)水回收率的特點(diǎn)。“閥 控余壓能量回收裝置”采用正位移式工作原理，集成式水壓缸和閥組相結(jié)合來(lái)實(shí) 現(xiàn)反滲透海水淡化系統(tǒng)排放濃鹽水余壓能的回收利用。能量回收裝置采用 PLC 控制，易于與上位系統(tǒng)相耦合，控制精度和可調(diào)性都很好。 技術(shù)水平及專利與獲獎(jiǎng)情況： 該項(xiàng)目經(jīng)國(guó)家海洋局鑒定驗(yàn)收（國(guó)海鑒字[2004]003 號(hào)），認(rèn)為該成果達(dá)到 國(guó)際先進(jìn)水平。該技術(shù)已于 2004 年 7 月 7 日獲準(zhǔn)國(guó)家發(fā)明專利（授權(quán)公告號(hào) CN 1156334C）。 應(yīng)用前景分析及效益預(yù)測(cè)： 能量回收裝置由于具有較高的能量回收效率，已經(jīng)逐漸成為海水淡化行業(yè)中 研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，其產(chǎn)品市場(chǎng)占有率也呈逐年快速增長(zhǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，近年來(lái)國(guó) 內(nèi)海水淡化工程大多采用美國(guó) ERI 公司的 PX 能量回收裝置。我國(guó)在 SWRO 能 量回收技術(shù)方面的研發(fā)起步較晚，發(fā)展比較遲緩，裝置形式較單一，大都局限于 雙液壓缸功交換式，整體水平同國(guó)際先進(jìn)技術(shù)還有很大的差距，但工業(yè)化發(fā)展及 應(yīng)用前景較好。隨著我國(guó)淡水資源的日益缺乏，反滲透海水淡化工程必將大力發(fā) 展，因而研究開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的能量回收裝置具有深遠(yuǎn)的意義。 閥控余壓能量回收裝置具有與國(guó)外同類產(chǎn)品相當(dāng)?shù)男阅苤笜?biāo)，其生產(chǎn)成本可 比國(guó)外產(chǎn)品降低 1/3~1/2，是反滲透海水（或苦咸水）淡化系統(tǒng)必備的關(guān)鍵設(shè)備 之一，市場(chǎng)前景廣闊，經(jīng)濟(jì)效益巨大。 應(yīng)用領(lǐng)域： 該裝置可廣泛應(yīng)用于反滲透海水（或苦咸水）淡化系統(tǒng)和工業(yè)反滲透系統(tǒng)等 水處理領(lǐng)域和有關(guān)化工工業(yè)（如合成氨工業(yè)）中需要回收液體壓力能的場(chǎng)合。 合作方式及條件： 以技術(shù)合作的方式開(kāi)發(fā)新型反滲透海水淡化能量回收裝置系列產(chǎn)品。 34 海洋島礁供水系統(tǒng)

1 成果簡(jiǎn)介本系統(tǒng)采用了一種多翅片降膜蒸發(fā)方式，通過(guò)高效降膜蒸發(fā)、膜態(tài)冷凝等強(qiáng)化傳熱傳質(zhì)技術(shù)，有效提高了單位體積裝置淡水產(chǎn)率。其產(chǎn)淡水效率比目前市場(chǎng)上其他蒸發(fā)式產(chǎn)品更高， 70℃時(shí)單位體積產(chǎn)淡水率即可達(dá)到 135kg/(m3·h)，溫度更高時(shí)產(chǎn)淡水率將進(jìn)一步提高。在產(chǎn)淡水量相同的情況下，本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)更緊湊、反應(yīng)更迅速。系統(tǒng)樣機(jī)見(jiàn)圖 1。 本系統(tǒng)采用多種創(chuàng)新性設(shè)計(jì)，降低了系統(tǒng)能耗，更加節(jié)能環(huán)保。本系統(tǒng)可利用的熱源形式和溫度范圍更廣，熱源溫度在 50℃左右時(shí)系統(tǒng)即可產(chǎn)出淡水，可利用蒸汽、熱水、太陽(yáng)能、地?zé)崴蛷U熱氣等熱源，應(yīng)用前景廣闊。 本系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，使結(jié)構(gòu)更為緊湊，外界環(huán)境一定震動(dòng)時(shí)仍能正常工作，方便搬運(yùn)、攜帶，可靠性好。圖 1 多翅片降膜蒸發(fā)緊湊式海水淡化系統(tǒng)樣機(jī) 圖 2 多翅片降膜蒸發(fā)緊湊式海水淡化系統(tǒng)淡水產(chǎn)量隨熱源溫度變化曲線2 應(yīng)用說(shuō)明此系統(tǒng)可充分利用低品位熱能，如地?zé)帷⒐I(yè)廢熱、交通工具廢氣余熱等低溫?zé)嵩矗?50~100℃），適用范圍較廣。大規(guī)模的海水淡化設(shè)備可以與大型火電廠、化工廠等相結(jié)合。小規(guī)模的海水淡化設(shè)備可以利用太陽(yáng)能加熱設(shè)備等，淡化后的水可直接飲用。3 效益分析此系統(tǒng)設(shè)計(jì)上的創(chuàng)新與優(yōu)化使得投資成本大為降低。運(yùn)營(yíng)成本非常低，每天僅需 2 度電。目前市場(chǎng)上常見(jiàn)的反滲透膜式海水淡化設(shè)備的單位產(chǎn)淡水量所需成本是此系統(tǒng)的 10~30 倍，預(yù)計(jì)此系統(tǒng)一年半即可收回成本。

本發(fā)明涉及一種植入風(fēng)電桿塔的海水淡化裝置，屬于海水淡化領(lǐng)域。包括蒸發(fā)器，多孔隔板將蒸發(fā) 器分隔成上部的蒸汽腔和下部的海水腔，所述多孔隔板是親水性隔熱多孔介質(zhì)，其內(nèi)部孔徑為微米孔， 且多孔隔板上側(cè)涂有吸熱涂層;蒸汽腔依次與冷凝器、冷凝罐和淡水罐通過(guò)管路相連，海水腔一端與海 水管線相連進(jìn)水，另一端與鹽水管線相連出水，海水管線和鹽水管線經(jīng)過(guò)熱交換器換熱，鹽水管線出口 連接活塞式抽水機(jī)抽出鹽水;其中多孔隔板和冷凝罐中心距離海平面高度為 10 米。本發(fā)明不依靠外部 動(dòng)力和電力的輸入便可實(shí)現(xiàn)

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于壓力延滯滲透與反滲透的海水淡化裝置，包括濃度差動(dòng)力單元、海水淡化單元以及位于兩個(gè)單元間的壓力傳遞元件。濃度差動(dòng)力單元包括中空的一號(hào)海水腔和與之相鄰的中空的濃海水腔以及位于兩腔室間的滲透膜，該單元用于將不同濃度的海水間的鹽差能轉(zhuǎn)化為靜壓力。海水淡化單元包括中空的二號(hào)海水腔和與之·686·相鄰的中空的淡水腔以及位于兩腔室間只允許水分子透過(guò)的反滲透膜，在靜壓力下反滲透膜只允許水分子透過(guò)，從