海水淡化電化學(xué)法

海水淡化電化學(xué)法海水淡化電化學(xué)法V1-1t-1代入數(shù)據(jù)得v=9。50×10-5mol/（L·s)（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)外接電源的電壓為U=10.5V，電極反應(yīng)面積為S1,溶液中NaCl質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3。5%時(shí)，反應(yīng)速率為v=QUOTE\＊MERGEFORMATV1—1t-1=4.952mol/（L·s)每平方米4。實(shí)驗(yàn)3—1NaCl濃差電池可行性檢測(cè)實(shí)驗(yàn)原理：圖6(1)本實(shí)驗(yàn)實(shí)際上是一濃度差電池的充電過(guò)程，原理如圖6所示.圖6總反應(yīng)式NaCl=NaCl在外部電壓作用下，在左側(cè)反應(yīng)部分,Na2Mn5O10電極與AgCl電極釋放出Na+與Cl-，在右側(cè)反應(yīng)部分，MnO2電極與Ag電極吸收Na+與Cl-，整個(gè)反應(yīng)電路電流處處相等,保證了四個(gè)電極反應(yīng)轉(zhuǎn)移的電荷總量相等.因此，左端每釋放1molNa+，右端就要相應(yīng)吸收1molCl-.在這個(gè)過(guò)程中,沒(méi)有焓變產(chǎn)生，系統(tǒng)的能量變化只包括系統(tǒng)的吉布斯自由能變及電流的熱效應(yīng)。設(shè)充電過(guò)程的消耗總電能為W，電路發(fā)熱總量為Q，有W=T△S+Q能效η=T△S/（T△S+Q）(2）為了得到更加廣泛而精確的數(shù)據(jù),我們使用分壓電路，并利用了電流，電壓傳感器和數(shù)據(jù)采集器來(lái)記錄并計(jì)算實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).（3）為了增大反應(yīng)面積，提高銀的利用率，我們使用鍍銀銅板代替銀棒。實(shí)驗(yàn)方法：（1）稱(chēng)量鍍銀銅板質(zhì)量m1a；（2）如圖所示連接電路，斷開(kāi)開(kāi)關(guān)；（3）在淡化室，富集室中各加入等量模擬海水V體積;（4)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，設(shè)置好電壓值U;（5)閉合開(kāi)關(guān),開(kāi)始實(shí)驗(yàn);（6)觀察到有任一電極上有明顯氣泡產(chǎn)生即斷開(kāi)開(kāi)關(guān)。記錄下此時(shí)的電能數(shù)據(jù)E1,及時(shí)間t1；（7）取出鍍銀銅板,小心的用濾紙擦拭干凈并風(fēng)干,測(cè)量一個(gè)鍍銀銅板質(zhì)量m1b；（8）計(jì)算Δm1=m1a—m1bΔn1=Δm1/M（Cl）（9）利用數(shù)據(jù)采集器計(jì)算出能耗值E1；（10）計(jì)算淡化一噸海水所需能耗E2=E1（1m3/V）；（11）用電化學(xué)法將銅板重新鍍上銀；（12）重復(fù)（1）—（8)，重復(fù)九次分別記錄并計(jì)算數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果：（1）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)次數(shù)12345678U/V0。51。01.52。02。53.03。54。0ma/g49.549。449。849。649.349.949.249.6mb/g40.040。040.540。040.3Δm9。59。39。79。49。39。49。29。3V0。45L0。45L0.45L0。45L0。45L0。45L0。45L0。45LE1/103J8。917。427。235.243.652.960。369.7E2/kw·h5。4910.7416。7921。7326.9132。6537。2243。02（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果通過(guò)觀察我們可以發(fā)現(xiàn),本法海水淡化能耗值與電壓值成正比.并且,本法在外接電壓為0。5V時(shí)，海水淡化能耗為5。49kw·h，達(dá)到了較為理想的水平。但是與此同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，隨著電壓值的降低,雖然能耗也在不斷減少,但是海水淡化能耗不可能為零.我們可以從兩個(gè)方面解釋這個(gè)原因：第一，根據(jù)熱力學(xué)計(jì)算，海水淡化存在一個(gè)最低能耗，這個(gè)能耗值約為0.52kw·h（詳見(jiàn)本文“海水淡化方案設(shè)計(jì)")，不可能存在更低的海水淡化能耗值。第二，根據(jù)電化學(xué)計(jì)算，本濃差電池的最大電動(dòng)勢(shì)為0.501V,由此不難理解電壓值低于0.501V的電壓不能完成整個(gè)海水淡化的過(guò)程，所以本法亦存在一個(gè)最低電壓值,這個(gè)值為0。501V.四、結(jié)論與分析(一）研究成果1.研究成果一：海水淡化最低能耗我們通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：海水淡化至少需要外界提供下式所計(jì)算出的能量的絕對(duì)值，ΔG=—TnRln（C2/C1）其中n表示這種氣體/離子的物質(zhì)的量，R為氣體常數(shù),C2、C1表示反應(yīng)后前海水濃度之比。我們把這個(gè)能量值稱(chēng)為海水淡化最低能耗,或稱(chēng)海水淡化理想能耗。由該式計(jì)算得到的淡化一噸海水（同時(shí)生產(chǎn)兩倍于海水濃度的濃鹽水）的能耗為0.52kwh，按照目前工業(yè)電價(jià)得每淡化一噸海水需人民幣0。2元。2.研究成果二：半電池MnO2+Na+—e-|Na2Mn5O10的電極電勢(shì)通過(guò)粗略的測(cè)量，我們所得的半電池MnO2+Na+-e—|Na2Mn5O10的電極電勢(shì)為+0.71V。海水淡化可行性綜合評(píng)估1.本法淡化的成本需要的非消耗性材料有大面積的鍍銀銅板，及大量的二氧化錳，前期投資雖然不低，但大大低于美國(guó)反滲透膜技術(shù)的前期投資。2。本法每淡化一頓海水需要的能耗值與實(shí)際相關(guān)，欲達(dá)到較低的淡化成本和較快的淡化速率，需要盡量減少電極間距離即增大電極面積，以減少海水的等效電阻。（三)對(duì)實(shí)際工業(yè)海水淡化設(shè)施的初步構(gòu)想在可能的情況下，本法可以將許多小型濃差電池組合成為大型海水淡化設(shè)施，這時(shí)需要在外接電壓為0。5V，電流達(dá)到102數(shù)量級(jí)(設(shè)每個(gè)小濃差電池中的被淡化海水體積為1L），則每個(gè)小型濃差電池淡化能耗為5。66kw·h，淡化時(shí)間約為6.8min,此時(shí)本法淡化才具有較高的應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)［1］國(guó)家海洋局。關(guān)于促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見(jiàn),2012.[2］張福錄、李雪民。反滲透法海水淡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。一重技術(shù)，2005（5)。[3]趙丹青.電滲析法海水淡化重現(xiàn)活力。膜科學(xué)與技術(shù),2011（5）.[4］\t"_blank”鄭宏飛，HYPERLINK”http：///writer/何開(kāi)巖_1。html"\t”_blank”何開(kāi)巖，陳子乾.太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)。北京：北京理工大學(xué)出版社，2005.附件研究感悟坦白說(shuō)，海水淡化這個(gè)項(xiàng)目，其工程性已經(jīng)超過(guò)了目前高中生的設(shè)計(jì)制造水平；理論的繁復(fù)性，也形成了一個(gè)幾乎完整的體系。整個(gè)項(xiàng)目包含了一個(gè)核心的理論和許許多多的具體創(chuàng)新之處，更凝結(jié)了我和其他參與者的心血和汗水,能在這樣一個(gè)項(xiàng)目中主事，真的很快樂(lè),而這其中的幸酸卻亦是外人所不能體會(huì)的從我們開(kāi)始萌發(fā)此念,到做到現(xiàn)在已經(jīng)半載有余，當(dāng)初對(duì)創(chuàng)造的激情，對(duì)未來(lái)的憧憬,而今還歷歷在目,