一种基于树木仿生的海水淡化系统的制作方法

本发明涉及一种基于树木仿生的海水淡化系统，涉及一种亲水纤维对水分的输运和界面蒸发的装置，属于清洁能源应用领域。

背景技术：

海洋中水分储备充足，但是由于海水中还有多样盐，使得海水不能直接使用。海水淡化技术可以解决海水无法直接使用的问题，缓解我国淡水资源短缺的问题。从海水中取得淡水的过程为海水淡化。传统方式法有海水冻结法、电渗析法、蒸馏法、反渗透法、以及碳酸铵离子交换法。但这些方法都会对能源、人力进行消耗，且成本较高。目前有一种提出海水淡化装置(专利号：cn110407271a)利用挤压结构、加热支架、循环结构对海水进行流动循环，在管道内快速蒸发，但这样会使能源消耗加大；还有一种海水淡化装置(专利号：cn110143633a)利用太阳能电池将太阳能转化成电能，但存在结构复杂、成本较高、能量转化效率低的问题；也有一种风能海水淡化系统(专利号：cn108675402a)是将风能转化成电能进行海水淡化，也存在结构复杂、能量转化效率低。

基于大自然的启发，本专利提出一种基于树木仿生的海水淡化系统。采用纳米长纤维束作为类似于植物根系及导管的水分自然输运系统，然后将水分输送到各分支纤维束末端，在各分支纤维末端连接具有高亲水和高吸热能力的中华墨改性亲水纤维，在仿生树系统顶部覆盖具有收集装置，并用水管连接淡水储槽。可最大限度实现光热吸收体与被处理水体的间接接触，即减少单位光吸收体面积的热容量，最终提高了高效光热转化率和加速光热驱动的蒸腾作用。

本专利通过亲水纤维的毛细作用对水分实现反重力运输到蒸发材料界面，使海水在仿生叶片表面进行“蒸腾作用”，从而实现了海水淡化，这种方法整体结构简单、操作方便、节约能源、以及可长时间工作。

技术实现要素：

本发明提出一种基于树木仿生的海水淡化系统，利用纤维的亲水性，将海水纵向运输至叶面，通过水分的蒸发凝结，变成淡水。本发明的系统整体结构简单、操作简单、节约能源以及可长时间连续进行海水淡化。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，主要包括淡水储槽、半球壳收集装置、仿生叶片、仿生树干、支撑杆和仿生树根，半球壳收集装置由半球壳、半圆环体壳、淡水导管组成，半球壳底与环形凹槽通过内外螺纹连接，凹槽底部低于仿生叶片，半球壳收集装置通过支撑杆与仿生树跟顶板外伸端连接固定，半球壳收集装置整体倾斜；仿生叶片由叶片顶盖、仿生叶片亲水纤维膜、支撑板、仿生树干内亲水纤维和底盖组成，仿生叶片亲水纤维膜包裹在支撑板外侧，仿生树干上端亲水纤维伸出一段长度，仿生树干亲水纤维与仿生叶片亲水纤维接触.叶片顶盖与底盖将内部纤维夹住，在周围孔通过塑料螺栓螺母固定；仿生树干上端外伸出的纤维膜与仿生叶片的纤维膜接触通过夹紧片夹紧，使得仿生叶片与仿生树干连接，仿生叶片互不遮挡；仿生树干由纤维膜和塑料管组成，仿生树干塑料管下端螺纹与仿生树根顶板螺纹孔配合连接。仿生树根由树根周板、顶板、底板、泡沫浮板、吸水海绵组成，树根周板、顶板、底板互相嵌入组装，通过仿生树根的顶板外伸端将泡沫浮板下压固定使整体漂在水面上。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，其中仿生叶片内纤维膜可以是由熔体微分静电纺丝制成的人造纤维、天然纤维与光热转换效率高的纳米颗粒制成，如聚乳酸、聚乙二醇、纳米级中华墨颗粒制成的纤维膜，或由聚乳酸制成的纤维膜进行亲水改性处理并在其表面负载中华墨颗粒。仿生树干内的纤维膜可以是高取向度的合成纤维或天然纤维，或者二者复合组成，如聚乳酸、聚乙二醇、硅藻土制成，或者由聚乳酸制成的纤维进行亲水改性处理。且叶片和树干内的纤维膜水接触角小于90°。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，仿生叶片的叶片顶盖为田字状；叶片底盖也为田字状，空白处有网格对仿生树杆上端伸出的亲水纤维进行支撑，中心接有一段空心圆柱，方便叶片与树干的固定。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，其中仿生树干内部是由多根纤维膜卷成的纤维束组成，树干内的纤维均伸出仿生树杆两端。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，其中仿生树干外侧的塑料管可由聚丙烯、聚氯乙烯、聚四氟乙烯制成，塑料管加工成底部带螺纹、顶部为光滑的圆管、中间部分为可弯曲吸管的形状。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，其中仿生树根周围开孔，仿生树根顶板开内螺纹孔。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，其海水淡化流程为：

(1)仿生树根部的海绵将海水吸入，并将固体颗粒隔离在海面外部。

(2)仿生树干底端伸出的纤维与海绵接触对海水进行反重力方向的运输到达仿生叶片。

(3)仿生叶片纤维具有较大的比表面积和优异的力学性能，大的比表面积导致膜表面与空气之间存在较大的饱和蒸汽压，使蒸发过程连续有效进行，并且优异的力学性能会使叶片更加耐用。由于光照，叶片中光热转换效率高的中华墨纳米颗粒产生更多的热量，使叶片处的海水蒸发速率加快形成蒸汽。

(4)蒸汽汇集在半球壳收集装置凝结形成液滴，沿着装置内表面滑落在环形凹槽内。

(5)凹槽的淡水通过收集装置整体的倾斜，使淡水流向导管，淡水通过导管到达淡水储罐。

本发明相比于现有的海水淡化装置，降低成本、提高能量转化效率、装置结构简单、操作方便、可持续工作，为海水淡化提供了一种全新的方式。

附图说明

图1是本发明专利一种基于树木仿生的海水淡化系统的结构总体示意图。

图2是本发明专利一种基于树木仿生的海水淡化系统的叶片结构示意图。

图3是本发明专利一种基于树木仿生的海水淡化系统的叶片顶盖与底盖图，其中图a为顶盖，b图为底盖。

图4是本发明专利一种基于树木仿生的海水淡化系统的仿生树根的部件图，其中a图为树根顶板，b图为泡沫浮板，c图为树根周板，d图为树根底板，e图为吸水海绵。

图中：1-仿生树根；2-支撑杆；3-仿生树杆；4-半球壳收集装置；5-仿生叶片；6-淡水储罐；7-仿生叶片顶盖；8-仿生叶片亲水纤维膜；9-支撑板；10-仿生树杆内亲水纤维；11-仿生叶片底盖；12树根顶板；13-泡沫浮板；14-树根周板；15-树根底板；16-吸水海绵。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步说明本发明的构造。参见图1、图2、图3和图4。

本发明一种基于树木仿生的海水淡化系统，由仿生树根1、支撑杆2、仿生树杆3、半球壳收集装置4、仿生叶片5和淡水储罐6。

仿生叶片5由叶片顶盖7、仿生叶片亲水纤维膜8、支撑板9、仿生树干内亲水纤维10和底盖11组成，见图2和图3所示。仿生叶片亲水纤维膜8包裹在支撑板9外侧，仿生树干4上端亲水纤维伸出30mm，仿生树干亲水纤维10与仿生叶片亲水纤维8接触.叶片顶盖7(a图)与底盖11(b图)将内部纤维夹住，在周围孔通过塑料螺栓螺母固定。

仿生叶片5单片面积200cm2，由4个叶片组成，仿生叶片内的纤维膜厚度5mm。蒸汽汇集在半球壳收集装置4凝集形成液滴，沿着装置内表面滑落在环形凹槽内。

仿生树根1整体为长方体，由树根顶板12(a图)、泡沫浮板13(b图)、树根周板14(c图)、树根底板15(d图)和吸水海绵16(e图)组成，见图4所示。长600mm、宽600mm、高100mm。内部的海绵16将海水吸入，并将固体颗粒隔离在海绵外部。树根顶板12将泡沫浮板13下压，从而使得仿生树漂浮在海面上。

仿生树干3内部是由4根纤维膜卷成的纤维束组成纤维膜厚度5mm，树干内的纤维下端伸出20mm，上端伸出30mm。仿生树杆底端伸出的纤维与海绵接触对海水进行反重力方向的运输到达仿生叶片。

仿生树干3伸入仿生叶片底盖11处的孔内使树干和叶片固定。

凹槽的淡水通过收集装置整体的倾斜5-10°，使淡水流向导管，淡水通过导管到达淡水储罐6。