專利名稱:一種基于離子濃差極化原理的3d打印海水淡化芯片器件的制作方法
【專利摘要】一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外殼，所述底座上形成凸設的緩沖溶液通道，在底座上還形成微納米膜通道、淡化水通道、濃縮鹽水通道和出水口；外殼與底座組合后形成鹽水通道。采用3D打印材料組合后緊密貼合，無縫隙，具有極好的密閉性；底座與外殼通過3D打印圍邊卡接固定，固定位置精準，無需使用膠或釘子，可以保證整體性，不被膠或釘子破壞；制作成本低、具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛能且可循環(huán)利用；由于器件是由3D打印支撐，所以其尺寸和形狀的精度均不收工人技術嫻熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度較好；利用離子濃差極化原理進行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，對環(huán)境不造成危害。
【專利說明】
一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，屬于海水淡化技術領域。
【背景技術】
[0002]截止至1990年，全世界已安裝的海水淡化裝置的產(chǎn)水能力約為13，000，000立方米/天，而到了 2000年，這個產(chǎn)能的數(shù)值已經(jīng)翻了一倍。能源消耗的問題隨著淡化水產(chǎn)能的增加而日益突顯出來。據(jù)計算，每天生產(chǎn)13，000，000立方米的淡化水，一年內(nèi)就需要消耗原油1.3億噸。燃料的費用并不是主要的問題，地球的空氣污染和溫室效應等才是人們必須謹慎對待的問題。
[0003]在已知的二十幾種海水淡化方法中被廣泛應用和具有產(chǎn)業(yè)化優(yōu)勢的主要為蒸餾法和膜分離法。蒸餾法所使用的設備簡單，受原水濃度限制較小，所得的水質純凈度較高，但存在設備費用及耗能較高、設備管路結垢與腐蝕等問題。膜分離法在淡化過程中能量消耗小，最具代表性及應用最為廣泛的是滲透法(RO)和電滲析法(ED)，膜分離法所使用的高分子膜的使用壽命短和抗污染能力弱等問題嚴重影響了其進一步的應用。所以，開發(fā)低成本、高效率的海水淡化技術是未來的發(fā)展方向。
[0004]2009年，Sung Jae Kim [5]等人提出了基于離子濃差極化原理的微流控海水淡化器件為海水淡化的發(fā)展提供了一個新的發(fā)展方向，但Sung Jae Kim等人只討論了離子濃差極化原理在海水淡化方向應用的可能性，并未切實提出可以大規(guī)模生產(chǎn)的器件模型。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是克服蒸餾法和膜分離法的不足，而提供一種工藝簡單、成本較低、可以批量生產(chǎn)且具有優(yōu)秀淡化率的基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的解決方案是:
[0007]一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外殼，所述底座上形成有凸設的緩沖溶液通道，在底座上還形成有微納米膜通道、淡化水通道、濃縮鹽水通道和出水口；外殼與底座組合后形成鹽水通道。
[0008]所述底座中部形成有凸設的緩沖溶液通道，在底座的緩沖溶液通道的兩側還分別形成有微納米膜通道、淡化水通道和濃縮鹽水通道，另在底座的下部側邊形成有出水口；所述外殼套配于底座上，二者組合后緩沖溶液通道的外壁與外殼之間形成鹽水通道。
[0009 ]所述微納米膜通道由Naf i on溶液制成。
[0010]采用上述方案后，本實用新型的海水淡化芯片器件由于是采用3D打印材料，組合后緊密貼合，無縫隙，具有極好的密閉性;底座與外殼通過3D打印圍邊卡接固定，固定位置精準，無需使用膠或釘子，可以保證整體性，不被膠或釘子破壞;制作成本低、具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛能且可循環(huán)利用；由于器件是由3D打印支撐，所以其尺寸和形狀的精度均不收工人技術嫻熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度較好;利用離子濃差極化原理進行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，對環(huán)境不造成危害。
【附圖說明】

[0011]圖1為本實用新型3D打印海水淡化器件結構示意圖；
[0012]圖2為本實用新型3D打印海水淡化器件原理圖；
[0013]圖3為本實用新型3D打印海水淡化器件的外觀示意圖；
[0014]圖4為本實用新型3D打印海水淡化器件淡化率曲線圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型作進一步詳述。
[0016]如圖1至圖3所示，本實用新型揭示了一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其包括采用3D打印的底座I和采用3D打印的外殼2，所述底座I中部形成有凸設的緩沖溶液通道3，在底座I的緩沖溶液通道3的兩側還分別形成有微納米膜通道5、淡化水通道6和濃縮鹽水通道7，另在底座I的下部側邊形成有出水口 8;而所述外殼2是套配于底座I上，二者組合后緩沖溶液通道3的外壁與外殼2之間形成鹽水通道4。
[00?7]所述的微納米膜通道5由Naf 1n溶液制成。
[0018]實施時，通過三維軟件建立海水淡化器件模型，轉化成STL文件，然后利用3D打印機配套軟件，生成G碼，將G碼輸入3D打印機，即可打印出本實用新型的海水淡化芯片器件。
[0019]配合圖2所示，海水進入鹽水通道4后，由于外加電壓作用下于微納米膜通道5附近離子濃差極化所形成耗盡區(qū)9的作用分流成淡化水流和濃縮鹽水流，并分別通過淡化水通道6和濃縮鹽水通道7從出水口 8流出進入收集容器。
[0020]如圖4所示，在一較佳實例中以0.1mM的熒光素鈉溶液為鹽溶液，0.0lM的磷酸鹽溶液為緩沖溶液，將Naf1n溶液(5% wt)涂抹于微納米膜通道上制作微納米膜。從圖中可以看出，隨著電壓的增加，器件的淡化效率也在隨之增加，在電壓為45V時，淡化率可達99%。
[0021]綜上所述，本實用新型的海水淡化芯片器件是由3D打印材料組合后緊密貼合，無縫隙，具有極好的密閉性;底座I與外殼2通過3D打印圍邊卡接固定，固定位置精準，無需使用膠或釘子，可以保證整體性，不被膠或釘子破壞；制作成本低、具備大規(guī)模生產(chǎn)的潛能且可循環(huán)利用；由于器件是由3D打印支撐，所以其尺寸和形狀的精度均不收工人技術嫻熟程度限制，制成的成品的尺寸和精度較好;利用離子濃差極化原理進行海水淡化，能源消耗低，淡化效率高，對環(huán)境不造成危害。
[0022]以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型的技術范圍作任何限制，故但凡依本實用新型的權利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應屬于本實用新型專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其特征在于:包括采用3D打印的底座和采用3D打印的外殼，所述底座上形成有凸設的緩沖溶液通道，在底座上還形成有微納米膜通道、淡化水通道、濃縮鹽水通道和出水口；外殼與底座組合后形成鹽水通道。2.如權利要求1所述的一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其特征在于:所述底座中部形成有凸設的緩沖溶液通道，在底座的緩沖溶液通道的兩側還分別形成有微納米膜通道、淡化水通道和濃縮鹽水通道，另在底座的下部側邊形成有出水口；所述外殼套配于底座上，二者組合后緩沖溶液通道的外壁與外殼之間形成鹽水通道。3.如權利要求1或2所述的一種基于離子濃差極化原理的3D打印海水淡化芯片器件，其特征在于:所述微納米膜通道由Naf 1n溶液制成。
【文檔編號】C02F103/08GK205709934SQ201620376990
【公開日】2016年11月23日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】黃海寧, 高少斌, 李鑫, 李明波, 林輝, 霍云龍, 董旭
【申請人】國家海洋局第三海洋研究所