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成果簡介：本裝置主要采用了激淋式橫管降膜蒸發、多效閃蒸、多效回熱、強化冷凝、強化對流等多項先進的強化傳熱傳質措施，并有效地減少了裝置中海水的熱容量，使裝置升溫更迅速，運行五分鐘即有淡水產出。裝置中海水的蒸發與蒸汽的冷凝潛熱得到了多次重復利用，使系統產水率得到成倍的提高，是傳統盤式太陽能蒸餾器產水率的五倍，平均每平方米太陽能集熱器日產水量12公斤以上，達到國際先進水平。所生產的淡水水質完全達到國家飲用水標準（＜500ppm）。該裝置可以視用戶情況專門設計，而且規模越大效率越高。 項目來源

碳氣凝膠因在同類氣凝膠材料中具有良好的導電性（5～40s/cm），以及高比表面積 而使其成為一種新型的理想電極材料．目前國外的研究集中在將碳氣凝膠應用于超級電 容器（雙電層電容器）電極、氣體擴散電極，燃料電化學電池的電極、可充電電池電極 等，同濟大學在這方面的研究工作也已開展了近十年，取得了一定的成果。 研究的目標是用碳氣凝膠作電極，試制海水淡化原理型裝置，進行各項參數的優化 研究。本材料是典型的環保與能源材料，所以有利于保護環境與資源綜合利用。研究成 果應用于海水淡化、新能源器件等領域。

氣凝膠（Aerogel）是一種具有超高孔隙率的三維納米多孔材料，是目前世界上質量最輕、保溫隔熱性能最好、孔隙率最高、比表面積最高的固體材料。其密度極低，在3~500 mg/cm3之間可調，孔隙率高達80 %~99.8 %，比表面積可達1000 m2/g，常溫下的熱導率低至0.015 W/m·K，典型的孔徑尺寸在1~100 nm之間。獨特的納米多孔結構使氣凝膠具有許多特殊的物理性能，例如低熱導率、低折射率、低聲阻抗、低介電常數、強吸附性、高催化活性等等。這些優異的物理性能使氣凝膠在航空航天、保溫隔熱、高效吸附、隔音、催化和儲能等領域具有廣闊的應用前景。 氣凝膠比表面積高、孔隙率高、孔洞又與外界相通，性能穩定，因此它是很好的吸附材料，可以用來吸附有害氣體和過濾有機物，有利于保護環境。碳氣凝膠結合了碳材料本身的導電特性與氣凝膠材料多孔的結構特性，可以應用在海水淡化等領域。 目前技術采用高比表面積的多孔碳氣凝膠制成電極，制成海水淡化原理型裝置。通過正反接電壓實現裝置的連續脫鹽，提高裝置的脫鹽效率。

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近日，能源領域期刊Energy & Environmental Science（IF=33.250）發表了有關超高效太陽能海水淡化研究成果Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar still，該論文由上海交大制冷與低溫工程研究所ITEWA創新團隊的徐震原副教授和王如竹教授與麻省理工學院Lenan Zhang博士和Evelyn N. Wang教授等合作完成，上海交通大學為第一完成單位。全被動式的太陽能海水淡化是解決海水淡化技術適應性的完美方案，且適用于缺乏基建和偏遠地區，然而其效率一直偏低（約35%）。近年來，太陽能界面蒸發為高效便攜式海水淡化提供了新的思路，成為了能源科學、材料科學和熱科學的交叉領域研究熱點，但在其效率仍然十分有限（約100%）。本研究提出的“界面局部加熱型多級太陽能蒸餾架構”結合了太陽能界面局部加熱和蒸汽焓回收，突破了前述研究的局限，顯著提升了被動式太陽能海水淡化的效率。 在該論文中研究團隊指出系統性的能量傳遞優化，而非高性能材料，是達到超高效太陽能海水淡化的關鍵。通過采用商用和低成本材料搭建的實驗裝置，研究團隊在一個太陽輻照條件下創紀錄地實現了385%的效率和5.78 L m-2 h-1的海水淡化產水率。除此之外，該裝置可以通過毛細作用進行被動補水，同時通過鹽分在夜間的反向擴散實現被動排鹽，保證長效穩定的被動式工作。該研究所達到效率比2018年12月發表于Nature Sustainability和2019年7月發表于Nature Communications的被動式太陽能海水淡化效率記錄分別高出約2.8倍和2倍，成為該領域的效率新記錄。該工作為解決偏遠或離網地區淡水短缺問題提供了實際解決方案，也為界面太陽能蒸發走向實用化和高效化提供了全新思路和理論框架。 該研究工作獲得了國家自然科學基金面上項目（51976123）和創新研究群體項目（51521004）的資助。王如竹教授領銜的ITEWA創新團隊（Innovative Team for Energy, Water & Air）致力于解決能源、水、空氣交叉領域的前沿基礎性科學問題和關鍵技術，旨在通過學科交叉實現材料-器件-系統層面的整體解決方案，推動相關領域取得突破性進展，近兩年來已經在Joule上發表論文3篇，在Advanced Materials，Angewandte Chemie, iScience以及Energy Storage Materials上發表論文各1篇。論文鏈接：Ultrahigh-efficiency desalination via a thermally-localized multistage solar stillMIT News：Simple, solar-powered water desalination

成果與項目的背景及主要用途： 近年來海水淡化技術的快速發展及其成本的大幅降低，使越來越多的國家和 地區開始考慮利用淡化水作為第二水源，以緩解日益嚴峻的淡水危機。目前可用 于工業規模的海水淡化方法反滲透技術的發展速度最快，成本的降幅也最大。其 原因主要在于膜性能的不斷提高和高效能量回收裝置的廣泛使用。 能量回收裝置作為反滲透海水淡化系統的必備設備之一，對大幅降低淡化系 統的運行能耗，進而降低產水成本至關重要。正位移式能量回收裝置近年來備受 市場青睞，其產品市場占有率也呈逐年快速增長的發展趨勢，淡化系統本體噸水 電耗也由 80 年代的 8.0 kWh 降低到約 2.0kWh。 技術原理與工藝流程簡介： 按照工作原理的不同，能量回收裝置可分為水力透平式（或離心式）和正位 移式兩種類型。水力透平式運行時通常需要經過“壓力能-軸功-壓力能”兩步轉化 過程，能量回收效率相對較低，為 50-75%。而正位移式則利用濃鹽水直接增壓 進料海水的方式回收壓力能，效率高達 90%-96%。此外，正位移式能量回收裝 置使用過程中還具有根據運行需要靈活調節淡化系統的產水回收率的特點。“閥 控余壓能量回收裝置”采用正位移式工作原理，集成式水壓缸和閥組相結合來實 現反滲透海水淡化系統排放濃鹽水余壓能的回收利用。能量回收裝置采用 PLC 控制，易于與上位系統相耦合，控制精度和可調性都很好。 技術水平及專利與獲獎情況： 該項目經國家海洋局鑒定驗收（國海鑒字[2004]003 號），認為該成果達到 國際先進水平。該技術已于 2004 年 7 月 7 日獲準國家發明專利（授權公告號 CN 1156334C）。 應用前景分析及效益預測： 能量回收裝置由于具有較高的能量回收效率，已經逐漸成為海水淡化行業中 研究和開發的熱點，其產品市場占有率也呈逐年快速增長的發展趨勢，近年來國 內海水淡化工程大多采用美國 ERI 公司的 PX 能量回收裝置。我國在 SWRO 能 量回收技術方面的研發起步較晚，發展比較遲緩，裝置形式較單一，大都局限于 雙液壓缸功交換式，整體水平同國際先進技術還有很大的差距，但工業化發展及 應用前景較好。隨著我國淡水資源的日益缺乏，反滲透海水淡化工程必將大力發 展，因而研究開發具有自主知識產權的能量回收裝置具有深遠的意義。 閥控余壓能量回收裝置具有與國外同類產品相當的性能指標，其生產成本可 比國外產品降低 1/3~1/2，是反滲透海水（或苦咸水）淡化系統必備的關鍵設備 之一，市場前景廣闊，經濟效益巨大。 應用領域： 該裝置可廣泛應用于反滲透海水（或苦咸水）淡化系統和工業反滲透系統等 水處理領域和有關化工工業（如合成氨工業）中需要回收液體壓力能的場合。 合作方式及條件： 以技術合作的方式開發新型反滲透海水淡化能量回收裝置系列產品。 34 海洋島礁供水系統

1 成果簡介本系統采用了一種多翅片降膜蒸發方式，通過高效降膜蒸發、膜態冷凝等強化傳熱傳質技術，有效提高了單位體積裝置淡水產率。其產淡水效率比目前市場上其他蒸發式產品更高， 70℃時單位體積產淡水率即可達到 135kg/(m3·h)，溫度更高時產淡水率將進一步提高。在產淡水量相同的情況下，本系統的結構更緊湊、反應更迅速。系統樣機見圖 1。 本系統采用多種創新性設計，降低了系統能耗，更加節能環保。本系統可利用的熱源形式和溫度范圍更廣，熱源溫度在 50℃左右時系統即可產出淡水，可利用蒸汽、熱水、太陽能、地熱水和廢熱氣等熱源，應用前景廣闊。 本系統采用一體化設計，使結構更為緊湊，外界環境一定震動時仍能正常工作，方便搬運、攜帶，可靠性好。圖 1 多翅片降膜蒸發緊湊式海水淡化系統樣機 圖 2 多翅片降膜蒸發緊湊式海水淡化系統淡水產量隨熱源溫度變化曲線2 應用說明此系統可充分利用低品位熱能，如地熱、工業廢熱、交通工具廢氣余熱等低溫熱源（ 50~100℃），適用范圍較廣。大規模的海水淡化設備可以與大型火電廠、化工廠等相結合。小規模的海水淡化設備可以利用太陽能加熱設備等，淡化后的水可直接飲用。3 效益分析此系統設計上的創新與優化使得投資成本大為降低。運營成本非常低，每天僅需 2 度電。目前市場上常見的反滲透膜式海水淡化設備的單位產淡水量所需成本是此系統的 10~30 倍，預計此系統一年半即可收回成本。

本發明涉及一種植入風電桿塔的海水淡化裝置，屬于海水淡化領域。包括蒸發器，多孔隔板將蒸發 器分隔成上部的蒸汽腔和下部的海水腔，所述多孔隔板是親水性隔熱多孔介質，其內部孔徑為微米孔， 且多孔隔板上側涂有吸熱涂層;蒸汽腔依次與冷凝器、冷凝罐和淡水罐通過管路相連，海水腔一端與海 水管線相連進水，另一端與鹽水管線相連出水，海水管線和鹽水管線經過熱交換器換熱，鹽水管線出口 連接活塞式抽水機抽出鹽水;其中多孔隔板和冷凝罐中心距離海平面高度為 10 米。本發明不依靠外部 動力和電力的輸入便可實現

本發明公開了一種基于壓力延滯滲透與反滲透的海水淡化裝置，包括濃度差動力單元、海水淡化單元以及位于兩個單元間的壓力傳遞元件。濃度差動力單元包括中空的一號海水腔和與之相鄰的中空的濃海水腔以及位于兩腔室間的滲透膜，該單元用于將不同濃度的海水間的鹽差能轉化為靜壓力。海水淡化單元包括中空的二號海水腔和與之·686·相鄰的中空的淡水腔以及位于兩腔室間只允許水分子透過的反滲透膜，在靜壓力下反滲透膜只允許水分子透過，從

太陽能驅動的界面蒸發是一種綠色環保、可再生、有前途的用于海水淡化和廢水凈化的新方法，可以長期且有效的解決淡水資源短缺的問題。本科技創新成果為一種太陽能驅動的基于納米復合光熱膜的海水淡化 / 廢水凈化裝置。通過調整納米復合光熱膜的相比例等因素，實現光熱膜的選擇與滲透率的平衡。納米復合有利于形成多層微孔結構，促使光在膜內部發生多次內反射，并可以為蒸發提供足夠的水輸運通道。納米復合光熱膜具有協同效應，既可以實現高的水蒸發速率和蒸發率，又對有機染料、鹽離子以及重金屬離子等具有高的去除率。