一种自驱动海水淡化和海水电解的装置及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及海水淡化及摩擦纳米发电机技术领域，具体地，涉及自驱动海水淡化和海水电解的装置及方法。
【背景技术】
[0002]随着环境污染及人口膨胀的加剧，水资源危机已成为仅次于全球变暖的世界第二大环境问题。而淡水资源作为人类生存不可或缺的元素，仅占全球水资源总量的2.53%。世界范围内的普遍缺水使得海水淡化技术从中东的沙漠地区扩展到全球的主要沿海国家。经过半个世纪的发展，海水淡化技术已经为解决水资源匮乏问题发挥了重要的作用。
[0003]现有的海水淡化技术较常用的有多级闪蒸、低温多效蒸馏和反渗透法等，其中多级闪蒸和低温多效蒸馏法均会消耗大量的热能，而反渗透法则需要利用电能驱动高压栗将海水送入膜组件内，这些技术的实现都要以消耗传统能源为代价。随着能源短缺的加剧，越来越需要开发新颖、高效的技术，可以从周围环境中获取能量来淡化海水。近年来出现的微生物脱盐电池通过微生物的活动使得污水基底中的物质发生氧化还原反应产生电流，为电渗析装置提供电能，实现了不依靠传统能源来淡化盐水的目标，但是工作24小时后，该系统产出的淡水远没有达到饮用水的盐度标准值。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种自驱动海水淡化和海水电解的装置及方法，用于解决现有海水淡化技术中能源消耗大、新型能源效果不佳等技术问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明提供了一种自驱动海水淡化装置，包括:摩擦纳米发电机；分别连接所述摩擦纳米发电机的正、负信号输出端的两个电极板；以及交替放置在所述两个电极板之间的若干阳离子交换膜和阴离子交换膜。
[0006]优选地，还包括夹紧装置，其用于将所述电极板、阳离子交换膜和阴离子交换膜连成整体。
[0007]优选地，所述摩擦纳米发电机依次连接变压器和整流桥后，再连接至所述电极板。
[0008]优选地，所述摩擦纳米发电机包括从下至上依次接触设置在同一根转轴上的缓冲层、第一摩擦层、第二摩擦层和第一导电元件，所述转轴与驱动装置连接，所述驱动装置在水流运动的推动下带动所述转轴转动，使所述第二摩擦层的下表面材料和所述第一摩擦层的上表面材料发生相对滑动摩擦，以产生电信号，并通过所述第一导电元件向所述电极板输出电信号。
[0009]优选地，所述第一导电元件的电极A和电极B交替排列，且电极A和电极B间留有间隙。
[0010]优选地，在所述第一导电元件的上表面和/或缓冲层的下表面接触设置支撑层。
[0011]优选地，所述第一摩擦层厚度范围为50nm-5mm，所述第二摩擦层厚度范围为1nm-1mm0
[0012]优选地，所述摩擦纳米发电机包括从下至上依次设置的第三摩擦层、第四摩擦层和第二导电元件，所述第三摩擦层同时作为第三导电元件，且所述第四摩擦层和第二导电元件均呈拱形放置，拱形的边缘与所述第三摩擦层和所述第三导电元件紧贴，在水流运动的拍打下，所述第四摩擦层的下表面材料和所述第三摩擦层的上表面材料发生接触，以产生电信号，并通过所述第二导电元件和所述第三导电元件向所述电极板输出电信号。
[0013]优选地，在所述第二导电元件的上表面和/或所述第三导电元件的下表面接触设置支撑层。
[0014]优选地，所述第三摩擦层和第四摩擦层的厚度范围为50nm-5mm。
[0015]优选地，设置在所述第二导电元件的上表面的支撑层为拱形。
[0016]本发明的技术方案还包括一种自驱动海水淡化方法，其采用上述任一海水淡化装置，包括:摩擦纳米发电机依靠水流运动的推动和/或拍打产生电信号，并利用该电信号使两个电极板间产生电场；在电场的作用下，通过阳离子交换膜和阴离子交换膜的选择透过性，使海水中的离子产生选择性迀移，实现海水淡化。
[0017]优选地，对摩擦纳米发电机产生的电信号进行变压和整流，再输出给所述电极板。
[0018]本发明的技术方案还包括一种自驱动海水电解装置，包括:摩擦纳米发电机；分别连接在所述摩擦纳米发电机的正、负信号输出端的两个电极；插入有所述两个电极的电解容器；以及所述电解容器中的电解液。
[0019]优选地，所述电解液为海水或者上述任一所述的海水淡化装置中排出的浓盐水。
[0020]优选地，所述摩擦纳米发电机采用上述任一的摩擦纳米发电机。
[0021]优选地，所述电解容器为U形管，所述两个电极各插入U形管的一端。
[0022]优选地，还包括一端密封、且带刻度的透明管，用于盛放电解液，再将装满电解液的透明管倒扣在所述U形管中。
[0023]优选地，所述电解容器的气体排出口连接有用于盛放碱性溶液的容器，以通过碱性溶液处理电解过程中溢出的有毒气体。
[0024]本发明的技术方案还包括一种自驱动海水电解方法，采用上述自驱动海水电解装置，包括:利用摩擦纳米发电机向插入所述电解容器中的两个电极提供电信号；所述两个电极在电信号作用下产生电场，在所述电场内对电解液进行电解。
[0025]通过上述技术方案，本发明的有益效果是:
[0026]1、本发明将自驱动摩擦纳米发电机与海水淡化和电解装置相结合，给海水淡化及电解技术领域提供了一个全新的设计思路，也使摩擦纳米发电机能够应用在更为广阔的领域。
[0027]2、本发明的自驱动海水淡化和海水电解技术无需大规模、高强度的能量输入，仅靠水流的带动或海浪的拍打就可以使摩擦纳米发电机产生电能，从而驱动电渗析和电解装置工作，实现了完全的“自供能技术”，其高效利用自然界能源且不带来额外的环境负担，使得本发明十分节能环保。
[0028]3、结构简单，用途广泛。本发明的摩擦纳米发电机无需磁铁、线圈、转子等部件，结构简单，体积很小，制作方便，成本低廉，无需特殊的工作环境，具有很高的兼容性。而且本发明的自驱动海水淡化装置在工作十几个小时后，淡化后的海水可以达到饮用水的盐度值。此外，在电解过程中，产生的H2是现代社会急迫需要的绿色能源，副产物HClO则是一种很好的消毒剂和杀菌剂。
[0029]本发明的其它特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细说明。
【附图说明】
[0030]附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的【具体实施方式】一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中:
[0031]图1为本发明所述的自驱动海水淡化装置原理示意图；
[0032]图2为本发明实施例一中自驱动盘式摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0033]图3(a)是图2中的自驱动盘式摩擦纳米发电机的定子剖面示意图；
[0034]图3(b)是图2中的自驱动盘式摩擦纳米发电机的转子剖面示意图；
[0035]图4为本发明实施例二中自驱动拱式摩擦纳米发电机的结构示意图；
[0036]图5为本发明所述的自驱动海水电解装置原理示意图。
【具体实施方式】
[0037]以下结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的【