海水淡化系統(tǒng)概述目錄TOC\o"1-3"\h\u1132海水淡化系統(tǒng)概述 142431.1海水淡化系統(tǒng) 1295021.1.1海水淡化技術(shù) 1251641.1.2吸附式脫鹽技術(shù) 127231.2吸附劑選擇 41.1海水淡化系統(tǒng)1.1.1海水淡化技術(shù)電力供應有限的許多發(fā)展中國家對淡水的需求日漸增長[1]，如下圖1-1，許多國家存在著不同程度的淡水資源短缺，并且這種狀況還在不斷加重。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的報道，8.84億人無法獲得淡水，超過24億人獲得淡水的機會有限[2]。但其實，超過70%的地球表面被水覆蓋，97%的水是咸的，因此采用海水淡化技術(shù)生產(chǎn)淡水不失為一種解決問題的手段。那么什么是海水淡化呢——淡化通常被定義為自溶解懸浮固體含量高的海水或咸水(>35000ppm)中生產(chǎn)飲用水的過程。圖1-1世界各國或地區(qū)淡水需求百分比[3]1.1.2吸附式脫鹽技術(shù)在分離機理方面，脫鹽技術(shù)主要包括熱脫鹽和非高溫脫鹽兩種主流技術(shù)。其中熱脫鹽包括蒸發(fā)法、蒸餾法以及結(jié)晶法。蒸發(fā)法可以是吸附式、多級閃蒸，也可以是多效精餾和蒸汽壓縮[4-7]。蒸餾法即膜法——利用水加熱蒸發(fā)后遇冷在膜上液化這一過程，結(jié)晶法即水合法或凍結(jié)法。而非高溫脫鹽技術(shù)主要包括電滲析法、反滲透法、離子交換法以及提煉法[8-10]。目前，廣泛應用的脫鹽方法主要是有多效蒸餾法、多級閃蒸法、電滲析法[11-13]以及反滲透法[14][15]等，具體分類如圖2所示。圖1-2海水淡化技術(shù)分類[16-19]傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)存在一些局限性，比如：(1)高品位的能源消耗過大；(2)污染物的排放難以控制；(3)膜和質(zhì)交換器的腐蝕和堵塞嚴重；(4)由于管腐蝕、鹽或換熱器外表面結(jié)垢或積灰而造成的維護費用越來越高[20-24]。為了解決這些問題，吸附脫鹽引起了大家的注意[25-27]。表1-1各海水淡化技術(shù)數(shù)據(jù)對比電滲析法多級閃蒸反滲透法吸附式脫鹽成本鹽水鹽度二氧化碳排放較高低于6000ppm高于400ppm較高2USD/M3低于145000ppm較高2USD/M3低于145000ppm較高0.2USD/M3低于67000ppm0.6kg/M3吸附脫鹽系統(tǒng)主要由蒸發(fā)器和冷凝器以及最核心的吸附/解吸床組成。海水在蒸發(fā)器內(nèi)蒸發(fā)濃縮后，蒸發(fā)出的水蒸氣于吸附床中被吸附。在改變相應溫度后，水蒸氣從吸附床中脫附，并在脫附過程后于冷凝器中冷凝[28]，原理如下圖3[29]。圖1-3雙床吸附脫鹽系統(tǒng)系統(tǒng)圖1.2吸附劑選擇表1-2具有工作流體交換可能的吸附材料概述[48]Materialdesorplion/adsorptiontemperature/condenser(°C)pressures(kPa)realizedworkingfluiduptake(g/kg)Qm(kJ/mol)Hads(kJ/mol)SilicaGelNa-ALi-LSXNi-YLi-YLaNa-YSAPO-34AIPO-18APO-TricHKUST-1MIL-101(Cr)MIL-100(Fe)95/4095/4095/4095/4095/4095/4095/4095/4095/4095/4090/4090/405.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/1.25.6/5.6**5.6/1.25.6/5.6**5.6/5.6**411824144383200253314106939400—66.166.972.667.063.565.86260.648.1*46.1-47.2——56.75858.451.051.955.555.153.650.7*45.1343.3-44.4上表列出來一些吸附材料工質(zhì)（工質(zhì)對）在傳熱傳質(zhì)過程中的相關(guān)參數(shù)，我們可以看到以MIL系列為代表的有機金屬骨架（MOFs）在儲水量方面有著極大的優(yōu)勢。與此同時，MOFs具有積分熱和吸附熱的最低值。這對于我們的研究方向來說是一個良好的結(jié)果——由于更高的工作流體吸收量，流體-流體相互作用比流體骨架相互作用更占優(yōu)勢