扰流板太阳能空气集热器的流道优化

通过改变常规的蛇形流道的扰流板式太阳能空气集热器的扰流板布置，开发出一种涡旋形流道太阳能空气集热器，并对其进行实验与模拟研究。研究发现在平均太阳辐照度819.7W/m²、温度7.33℃、流量0.025kg/s的条件下，涡旋形太阳能空气集热器的集热效率可达59.14%，比蛇形太阳能空气集热器高2.18%；而其压力损失仅为蛇形太阳能空气集热器的37.26%，且随着流量的增加，压损降低更加明显；同时得到在出口温度为30～90℃范围内，涡旋形太阳能空气集热器的热损系数在4.6～5.6W/(m²·K)之间，热迁移因子在0.64～0.72之间，二者的平均值各自较蛇形太阳能空气集热器高0.06W/(m²·K)与0.019。与蛇形太阳能空气集热器相比，涡旋形的太阳能空气集热器增加了太阳能空气集热器的集热效率，同时大幅降低压力损失。     

改性PU海绵三维多孔界面蒸发器的制备及性能

采用聚乙烯醇(PVA)对商用疏水聚氨酯海绵(简称PU海绵)进行亲水改性,并在其上面喷涂多壁碳纳米管/聚二甲基硅氧烷(MWCNTs/PDMS)复合分散液,获得一侧超疏水另一侧亲水的三维多孔界面蒸发器。采用SEM、红外热像仪及紫外-可见-近红外分光光度计对涂层表面形貌、光热响应能力及反射率和透过率进行了测试,并对构建的三维多孔界面蒸发器的性能进行了评价。结果表明,由MWCNTs含量(以PDMS预聚物质量分数为0.55%的四氢呋喃溶液的质量计,下同)为0.5%的MWCNTs/PDMS复合分散液喷涂亲水改性的PU海绵制得的三维多孔界面蒸发器表面温度为81℃,吸收率为98.57%,具有良好的透水汽性、光热性能、蒸发性能、拒盐性能、脱盐性能、自清洁性能。该三维多孔界面蒸发器在盐水中进行蒸发作用时,其在1个太阳光强(1.0 kW/m²)下的表面温度为61.3℃,光热转换效率达96.75%,在模拟海水(质量分数为3.5%的NaCl溶液)蒸发过程中,蒸发速率可达1.80 kg/(m²·h),而PU海绵的蒸发速率较低,仅为0.44 kg/(m²     

基于界面蒸发的太阳能蒸馏器海水淡化性能研究

应用界面蒸发技术对传统太阳能蒸馏器结构尤其是侧壁进行优化,研究了界面蒸发结构与蒸馏器海水淡化性能之间的构效关系。蒸馏器系统中的界面蒸发结构可以有效地避免底面和侧壁的界面蒸发层向海水层的漏热,减少海水层的热量存储,从而减小系统热量损失,还能更高效地利用低入射角的阳光。改进后的太阳能蒸馏器最高日淡水收集量为5.7 kg/m²,能量利用效率约为50%,比传统太阳能蒸馏器性能平均提升了近28%。     

基于水凝胶界面光蒸发的压裂返排液脱盐降污处理

压裂返排液的无害化处理是页岩气绿色开发中亟待解决的问题之一，也是实现“双碳”目标的重要组成部分。本文以天然高分子材料假酸浆胶(NPG)、聚乙烯醇(PVA)为原料，聚吡咯(Ppy)为光吸收剂，制备了具有双网络套孔结构的超亲水性水凝胶(SH)。以太阳能为驱动力，将基于该水凝胶的界面光蒸发技术用于压裂返排液的核心脱盐降污处理，实现了压裂返排液的低能耗达标外排处理。实验结果表明：在1个标准太阳光强度下(1kW/m²),SH处理压裂返排液的界面光蒸发速率最高为3.59kg/(m²·h)，平均光蒸发效率高达96%以上。经脱盐降污处理后的返排液总溶解固体量低于150mg/L，各类盐离子浓度显著降低3～4个数量级，TOC含量去除率高达87.1%。同时水凝胶具有良好的抗盐性和自洁功能，能确保其长期、持续使用。     

基于海水淡化中试的超滤膜清洗工艺及机理

为了对海水淡化过程中的超滤膜进行清洗,利用超滤中试设备研究了反洗水和清洗药剂对超滤膜清洗的效果。分别研究了不同的反洗用水对于跨膜压差的影响,结果表明,清洗效果：淡水（自来水）>超滤产水>反渗透浓水。另选用不同的酸性清洗剂与碱性清洗剂进行清洗,结果表明,清洗效果：柠檬酸>草酸>盐酸>次氯酸钠>氢氧化钠,柠檬酸清洗效果最好,纯水透过速率可从283.24 L/(m²·h)恢复至571.56 L/(m²·h)。此外,实验证明碱洗+酸洗效果优于单独清洗效果,先用氢氧化钠清洗,再用柠檬酸清洗,纯水透过速率可从283.24 L/(m²·h)恢复至818.81 L/(m²·h)。本研究成果对于海水淡化过程中超滤膜的维护具有较好的应用前景。     

正渗透策略和化学清洗海水淡化反渗透膜

为解决海水淡化过程中反渗透膜的污染问题,研究了基于正渗透策略的反渗透产水、模拟反渗透浓水、模拟海水不同的组合清洗和清洗时间对膜通量和截留率的影响。针对不可逆污染,研究了不同化学清洗药剂、浸泡时间、浓度对膜通量和截留率的影响。结果表明,正渗透策略清洗方式中,淡水/模拟反渗透浓水的组合清洗方式效果最佳,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至13.6 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至92.80%。此外,经质量分数为2%的柠檬酸溶液浸泡2 h后,再使用质量分数为1%的乙二胺四乙酸四钠盐和0.3%的三聚磷酸钠溶液浸泡1.5 h,其归一化通量从9.48 L/(m²·h·MPa)提升至14.3 L/(m²·h·MPa),截留率从80.59%提升至96.27%。从SEM和AFM图可以看出,正渗透清洗策略并未对膜表面选择层造成损坏,且可以清洗膜表面的有机污染物和无机污染物,因此,应用这种方法对污染的反渗透膜进行清洗,可延长化学清洗周期,减少化学清洗剂用量,具有一定的工业应用前景。     

环丁砜对乙醇胺溶液吸收和解吸CO2的影响

利用物理溶剂环丁砜替代部分水,采用气液搅拌实验装置和真实热流量热法测定了环丁砜对乙醇胺（MEA）溶液吸收和解吸二氧化碳（CO₂）过程的影响,考察了CO₂循环负载、吸收速率、吸收热和解吸热等性质变化。研究表明：环丁砜对MEA溶液负载CO₂的吸收热影响较小,但对吸收速率、循环吸收容量和解吸过程影响较大。环丁砜可降低MEA溶液对CO₂的表观吸收速率,且随CO₂负载量的增大,降幅也逐渐变大。环丁砜有利于富液解吸过程,加快解吸速率,增大CO₂解吸程度,同时单位热流负荷、单位冷流负荷和单位能耗均有不同程度的降低。在燃煤电厂烟气条件下,20% MEA+20% sulfolane体系相对20% MEA体系,其表观吸收速率平均降低约10%,CO₂循环吸收容量增加24%,单位CO₂解吸能耗降低18%。     

膜法在某核电站海水淡化系统中的设计应用

海水淡化技术是解决核电站淡水资源缺乏的一个重要途径。针对某核电站10 000 m³/d海水淡化系统的要求,采用“原水预处理(混凝沉淀+V型滤池)+反渗透预处理(超滤)+脱盐(两级反渗透)+后处理(矿化处理)”的处理工艺。其中混凝沉淀池总处理水量为1 800 m³/h;V型滤池滤速为9 m/h;超滤系统平均膜通量为72.9 L/(m²·h),回收率≥92%;一级反渗透系统平均膜通量为13.79 L/(m²·h),回收率45%,脱盐率≥99.3%;二级反渗透系统A平均膜通量为29.31 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;二级反渗透系统B平均膜通量为27.18 L/(m²·h),回收率85%,脱盐率≥97%;反渗透产水经过矿化设备,产水水质稳定能满足《生活饮用水卫生标准》(GB 5749-2006)的要求。该系统其运行成本为4.57元/m³。     

基于响应面法光热-光电膜蒸馏系统优化研究

设计并搭建了太阳能光热-光电方腔型膜蒸馏系统,为研究该系统机理与优化问题,首先以料液进口温度、流量、太阳辐照度为影响因子,膜通量、能耗为响应值,采用响应面法分析各影响因子与响应值间的关系;其次结合中心复合设计法设计实验工况,建立响应值与影响因子的二次多项式回归模型,通过方差分析、实验验证对所建立的模型进行可靠性分析;最后对响应值进行响应面分析与系统优化,获得了系统最佳运行工况和最优膜通量、能耗值,并进行了实验验证。结果表明,系统最佳工况为：料液进口温度为63℃,料液进口流量为232 L/h,太阳辐照度为700 W/m²,在此工况下实际膜通量达到7.28 L/(m²·h),高于预测值6.39 L/(m²·h),两者误差为12.23%,对应的能耗值为10.40 L/(kW·h)。     

蒸发冷却条件下管内LiCl和CaCl2溶液降膜除湿性能对比

介绍了一种基于蒸发冷却的外冷型溶液除湿装置设计原理及实验样机结构。分别以LiCl和CaCl₂溶液为除湿剂,以除湿率和除湿空气出口温度为评价指标,通过实验对比分析了LiCl和CaCl₂在蒸发冷却条件下的除湿性能差异。结果表明：在所有实验条件下,浓度为0.35的LiCl溶液与浓度为0.45的CaCl₂溶液除湿性能相似,其除湿率与对应空气出口温度均高于浓度为0.35的CaCl₂溶液;浓度为0.35的LiCl溶液比浓度为0.35的CaCl₂溶液的除湿率要约提高73%,并且空气流量越大其绝对提高值越大。另外,蒸发冷却空气流量增加除使除湿率增加外还会降低空气出口温度,约1.4℃;改变喷淋水温度对CaCl₂溶液除湿性能的影响比对LiCl溶液更为明显。研究结果为该种外冷型溶液除湿器的实际应用提供参考。     

Ultrafiltration membrane cleaning technology and mechanism based on seawater desalination pilot equipment

In order to clean the ultrafiltration membrane in the process of seawater desalination, this paper studied the cleaning effects of backwash water and chemical agents on the ultrafiltration membrane by using the ultrafiltration pilot equipment. Effects of different backwash water on the transmembrane pressure difference were studied. The results showed that the cleaning effect was in the order of fresh water (tap water) > ultrafiltration water > reverse osmosis concentrated water. In addition, cleaning effect was as follows: citric acid > oxalate > hydrochloric acid > sodium hypochlorite > sodium hydroxide. Citric acid had the best cleaning effect, and the pure water penetration rate could be restored from 283.24 L/(m²·h) to 571.56 L/(m²·h). Moreover, the effect of alkali washing and acid washing together is better than that of cleaning alone. After cleaning with sodium hydroxide and then citric acid, the pure water transmission rate can recover from 283.24 L/(m²·h) to 818.81 L/(m²·h). The results of this study have a good application prospect for the maintenance of ultrafiltration membrane in seawater desalination.     

含甲基纤维素的NaA沸石膜的制备和表征

NaA沸石膜具有规则的孔道结构,利于分子传输,在有机物脱水领域有一定的应用。为使沸石膜生长更连续均匀,提高渗透汽化性能,本文以甲基纤维素作为空间限制剂加入合成液,探究碱度、晶化温度以及晶化时间对膜的影响,按最优条件制备合成液,并依据质量比m(MC)∶m(H₂O)=1∶100添加甲基纤维素,制备NaA沸石膜。表征方法采用XRD、SEM和渗透汽化3种方式,结果表明添加甲基纤维素的沸石膜表面结构完整,生长致密且性能优良,在75℃下对0.6mol/L的NaCl水溶液做渗透汽化测试时,通量达8.33kg/(m²·h),盐离子截留率为99.95%。在0.6mol/L的NaCl的水溶液中测试72h,结果表明添加甲基纤维素的NaA沸石膜时间依存性更好,通量保持在8.30kg/(m²·h)左右,离子截留率稳定在99.90%。渗透汽化分离ω(C₂H₆O)=90%乙醇的水溶液,随着温度从60℃升高到75℃,沸石膜的通量由1.55kg/(m²·h)升高到2.56kg/(m²·h),渗透侧水含量保持在99.90%左右。     

Forward-osmosis strategy and chemical cleaning of seawater desalination reverse osmosis membranes

In order to settle the membrane fouling of reverse osmosis membranes in seawater desalination process, this study reported a novel strategy based on forward-osmosis process and discussed the effects of different factors like different cleaning combination among reverse osmosis product, simulated reverse osmosis concentrate and simulated seawater, as well as cleaning time on the membrane permeate flux and salt rejection. For irreversible fouling, the effects of different chemical cleaning agents, immersion time and concentration were also investigated in this study. The results exhibited that the cleaning combination between diluted water and simulated reverse osmosis concentrate possessed the best cleaning performance in the process of forward-osmosis cleaning. Such approach also enhanced normalized flux from 9.48 L/(m²·h·MPa) to 13.6 L/(m²·h·MPa) and enhanced NaCl rejection from 80.59% to 92.80%. Furthermore, the normalized flux was enhanced from 9.48 L/(m²·h·MPa) to 14.3 L/(m²·h·MPa) and NaCl rejection was also enhanced from 80.59% to 96.27% after soaking in 2%(mass) citric acid solution for 2h, soaking with 1%(mass) ethylenediamine tetra-acetic acid tetrasodium salt and 0.3%(mass) sodium tripolyphosphate solution for 1.5 h. According to the result of SEM images and AFM images, the forward-osmosis cleaning strategy could not cause the damage of selective layer of membrane surface and caused the drop of inorganic and organic fouling on the membrane surface. Hence, cleaning fouled RO membranes by such approach could prolong the chemical cleaning cycle and reduce the amount of chemical cleaning agent, which has certain industrial application perspectives.     

农村分散生活污水的AO滤池与人工湿地组合处理工艺及资源化再利用

为同步实现分散农村生活污水处理与资源化利用,构建了一套厌氧/好氧(AO)滤池-人工湿地组合系统.通过调控厌氧/好氧组合滤池运行参数,使其出水具有不同硝铵比;结合人工湿地供试植物对不同氮素的定量吸收偏好,优化人工湿地供试植物搭配与种植比.研究表明,生菜、水芹、韭菜、番茄为喜硝类植株,小叶茼蒿、空心菜、菠菜为喜铵类植物,油...     

具有三维聚酰胺脱盐网络结构的无纺布复合正渗透膜

利用间苯二胺（MPD）和均苯三甲酰氯（TMC）,直接在聚酯无纺布（NV）织物的多孔空间中进行界面聚合,形成大通量无纺布复合正渗透（NVC-FO）膜。NVC-FO膜在无纺布内部形成的多层次三维（3-D）聚酰胺结构,分布在30~50μm深的聚对苯二甲酸乙二醇酯支撑材料的内部。这种相对松散的有深度的3-D聚酰胺网络,不仅透水表面积大,而且可以避免薄层聚酰胺缺陷导致的高漏盐性,有较低的反向盐通量。进一步研究发现,在一定范围内降低单体质量分数（MPD 1%~0.01%,TMC 0.5%~0.005%）,可以形成更宽广的3-D聚酰胺网络结构,在保持较低的反向盐通量的同时得到更高的水通量。使用1mol/L NaCl作为汲取溶液,优化的NVC-FO膜水通量最高可以达到193.54L/(m²·h),反向盐通量为0.047mol/(m²·h)。采用加压正渗透实验,发现这些高通量NVC-FO膜的盐穿透破裂压力在200~1400Pa之间,而且证实了降低单体质量分数会导致膜的耐压性能显著降低。尽管NVC-FO膜的耐压性能有待提高,但是该研究有可能为构建高脱盐性能的FO膜提供一条新的思路。     

太阳能光热-光电中空纤维真空膜蒸馏系统理论与实验研究

自主设计并搭建了太阳能光热-光电中空纤维膜蒸馏系统,太阳能光热采用面积1.82 m²真空管集热系统,光伏发电采用面积1.63 m²多晶硅电池板。实验方面,研究了不同工况下,热料液在不同流动方式时膜通量的差异;研究了在不同跟踪方式下太阳辐照度对系统性能的影响。结果表明：料液在管程流动的膜通量大于壳程的膜通量,且进口料液温度取50~70℃之间为宜;自动跟踪下膜组件入口温度比非跟踪高2~3℃,可以延长膜蒸馏系统运行时间1~2 h,且在相同的自然环境下,自动跟踪方式最大膜通量8.89 kg/(m²·h)远高于非跟踪方式时4.26 kg/(m²·h)。理论方面,分析了以水为工质的中空纤维膜蒸馏的传热和传质过程,建立了传热传质理论计算数学模型;分析了辐照强度、膜表面温差、膜丝内表面传热系数、传热与传质通量的定量关系,计算了膜面温度与理论膜通量,对比了实验值与理论值。系统运行稳定,能量综合利用效率高,性能可靠,为工程应用奠定了理论和实验基础。