一種基于散射點(diǎn)摻雜的高效液體蒸發(fā)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種蒸發(fā)方法，尤其是涉及一種基于散射點(diǎn)摻雜的高效液體蒸發(fā)方法，屬于納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]蒸汽，作為一種自十八世紀(jì)開始便為人類提供強(qiáng)大動(dòng)力的原始能源，時(shí)至今日依然在工業(yè)生產(chǎn)中扮演著十分重要的角色。而在生產(chǎn)環(huán)節(jié)以及后續(xù)的處理過程中，如何提高能量轉(zhuǎn)換效率，高效產(chǎn)生蒸汽，有著非常重要的意義。在火力發(fā)電中，高效的蒸發(fā)過程可以有效地提高發(fā)電效率；在海水淡化的過程中，蒸發(fā)速率的提升可以大大提高蒸發(fā)效率，降低生產(chǎn)成本；在巴氏滅菌的過程中，提高揮發(fā)速度可以大大降低細(xì)菌存活的可能性，同時(shí)也大大降低了被細(xì)菌二次侵入的風(fēng)險(xiǎn)。
[0003]在現(xiàn)有的蒸發(fā)技術(shù)中，蒸發(fā)效率的提升主要是借助于熱源功率的提升，而隨之而來的是在熱量與外界空氣的對流與交換的過程中，更多的能量在此過程中的損失。換而言之，熱源功率的提升僅僅是提升了蒸發(fā)效率，而并非從實(shí)質(zhì)上提升了能量轉(zhuǎn)換效率，其熱量的利用率依然較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于散射點(diǎn)摻雜的高效液體蒸發(fā)方法，通過對溶液進(jìn)行散射點(diǎn)的摻雜，使能量聚集到一定的區(qū)域，同時(shí)利用納米顆粒的吸收效應(yīng)產(chǎn)生局部加熱，高效率產(chǎn)生蒸汽。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0006]一種基于散射點(diǎn)摻雜的高效液體蒸發(fā)方法，包括以下步驟:
[0007](I)散射點(diǎn)的混合:將具有散射效應(yīng)的金屬、無機(jī)非金屬、金屬氧化物、合金或有機(jī)物制備成微納米結(jié)構(gòu)的散射顆粒，并與具有電磁波吸收特性的金屬、合金或非金屬無機(jī)物的電磁波吸收顆粒進(jìn)行混合；
[0008](2)利用摻雜點(diǎn)的散射效應(yīng)進(jìn)行高效溶液蒸發(fā):將散射顆粒與電磁波吸收顆粒按照一定的比例摻入溶液體系中并且混合均勻，得到電磁波吸收溶液，當(dāng)電磁波照射到該吸收溶液時(shí)，散射顆粒通過無方向散射，使電磁波向各個(gè)方向散射，減少其自由程，從而使能量集中在液體表面，電磁波吸收顆粒吸收電磁波，并將其轉(zhuǎn)化為熱能，液體在加熱的體積之中汽化成氣泡。氣泡由于浮力作用達(dá)到表面，爆裂后釋放其中的蒸汽。由于電磁波被集中于表面，因此所產(chǎn)生的熱量主要集中在有蒸汽產(chǎn)生的表面部分，而不是用來加熱液體。同時(shí)，由于液體上層溫度較高，對流比較弱，這也很大程度上減少了熱能的浪費(fèi)。綜上所述，該技術(shù)熱能利用率高，提高了蒸汽的制備效率。加熱區(qū)域會(huì)隨著液面下降而下降，從而保證液體汽化的持續(xù)性。
[0009]優(yōu)選地，步驟(I)中具有散射效應(yīng)的金屬包括金、銀、銅、鋁等，具有散射效應(yīng)的無機(jī)非金屬物包括二氧化硅顆粒等，具有散射效應(yīng)的金屬氧化物包括氧化鐵顆粒等，具有散射效應(yīng)的有機(jī)物包括聚苯乙烯等；步驟(I)中具有電磁波吸收特性的金屬包括銅，鋁，金，銀，鎢等，具有電磁波吸收特性的非金屬無機(jī)物包括碳、氧化鋁或氮化硅等。
[0010]優(yōu)選地，所述的電磁波吸收顆粒在溶液中的質(zhì)量濃度為0.1% -20%，吸收顆粒粒子尺寸為lnm-200um，在溶液中穩(wěn)定存在，形狀包括球形，星狀，棒狀等。所述的散射顆粒在溶液中的質(zhì)量濃度為0.1% -20%，散射顆粒粒子尺寸為lnm-200um，在溶液中穩(wěn)定存在，形狀包括球形，星狀，棒狀等。
[0011 ] 本發(fā)明中，通過表面基團(tuán)的調(diào)節(jié)使散射顆粒與電磁波吸收顆粒在對應(yīng)溶液體系中穩(wěn)定存在。
[0012]優(yōu)選地，所述的表面基團(tuán)可以是在制備散射顆粒或電磁波吸收顆粒過程中獲得，例如顆粒還原過程中直接加入表面活性劑，或是在顆粒制備后通過置換反應(yīng)在顆粒表面獲得保護(hù)基團(tuán)。所述的保護(hù)基團(tuán)包括較長的保護(hù)鏈，如碳鏈，碳氧鏈等，通過基團(tuán)保護(hù)層使其穩(wěn)定，基團(tuán)也可以為帶電荷的基團(tuán)，如氨基，檸檬酸根等，通過電荷之間的斥力互相穩(wěn)定。
[0013]所述的溶液體系為有機(jī)溶劑或無機(jī)溶劑，所述的有機(jī)溶劑包括乙醇、甲苯或丙酮等，所述的無機(jī)溶劑包括水、銅氨溶液或液氨等；所述的電磁波為激光波、可見光波、太陽光、紅外光波或微波。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0015](I)采用微納米結(jié)構(gòu)的電磁波吸收效應(yīng)將光能轉(zhuǎn)化為熱能，轉(zhuǎn)化效率極高，可接近100%。
[0016](2)本方法由于電磁波吸收通過散射點(diǎn)被集中在液體蒸發(fā)區(qū)域，而不是用來加熱液體或容器，因而熱量的利用效率可大為提高。
[0017](3)加熱區(qū)域隨著液面的變化而變化，可保證蒸發(fā)過程的持續(xù)有效地進(jìn)行。
【附圖說明】
[0018]圖1 (a)為未加入散射顆粒與電磁波吸收顆粒的溶液體系光學(xué)照片，(b)為加入了散射顆粒與電磁波吸收顆粒的溶液體系光學(xué)照片；
[0019]圖2為納米顆粒TEM照片，a為金納米顆粒，b為聚苯乙稀納米顆粒；
[0020]圖3為未摻雜1nm金納米溶液、1nm金納米顆粒與200nm聚苯乙稀納米顆粒摻雜溶液蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0021]圖4為未摻雜50nm金納米溶液、50nm金納米顆粒與200nm聚苯乙稀納米顆粒摻雜溶液蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0022]圖5為未摻雜10nm金納米溶液、10nm金納米顆粒與200nm聚苯乙稀納米顆粒摻雜溶液蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖；
[0023]圖6為未摻雜1nm金納米溶液、1nm金納米顆粒與500nm聚苯乙稀納米顆粒摻雜溶液蒸發(fā)量隨時(shí)間的變化關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0025]實(shí)施例1
[0026](I)電磁波吸收顆粒-金納米顆粒的制備
[0027]按配方要求將氯金酸溶液加入至沸騰的去離子水中，攪拌I分鐘后再加入檸檬酸三鈉溶液，然后持續(xù)攪拌20分鐘后便得到粒徑為10?10nm的納米金顆粒，如圖2中(a)所示，本實(shí)例中使用的金納米顆粒的粒徑為11.50± 1.04nm。
[0028](2)散射顆粒的制備
[0029]按照配方要求將苯乙烯、甲基丙烯酸、碳酸氫鈉，與水混合氮?dú)猸h(huán)境下，室溫混合一小時(shí)，接著在78°C，加入過硫酸銨同時(shí)攪拌反應(yīng)10小時(shí)，可得到200nm的聚苯乙烯納米顆粒，如圖2中(b)所示，聚苯乙烯納米顆粒呈現(xiàn)出完美的球形。
[0030](3)將電磁波吸收顆粒-金納米顆粒與聚苯乙烯納米顆?；旌系饺芤褐校鐖D1(b)所示，未加入散射顆粒與電磁波吸收顆粒的溶液體系如圖1(a)所示。本試驗(yàn)中金納米顆粒的濃度為0.359 X 11Vml，聚苯乙烯納米顆粒的濃度為6.07 X 1icVml。
[00