1.本发明属于光电化学除盐的技术领域，具体涉及一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法。
背景技术：
2.根据国际能源署的预测，未来二十年，我们的地球正面临能源水危机，人们对能源和水的需求不断增长，但其低产量不足以满足消费需求。海洋是巨大的水源，淡水可以通过海水中的除盐工艺获得，这可以通过两种主要的商业技术进行：热蒸馏和膜工艺。
3.基于热蒸馏的脱盐包括多级蒸馏、多效蒸馏和蒸气压缩等，其中需要巨大的热能，例如，多级闪蒸工艺的总能耗在50～100kwh/m3的范围内，以实现高质量的水生产，仅适用于热源丰富的特定区域。反渗透和电渗析过程在基于膜的脱盐工艺下进行，相反，在输出水质低于500ppm的情况下，能耗可以降至10kwh/m3以下，目前的海水淡化技术均是通过与可再生能源结合在最大程度上减少能耗，但仍然避免不了能量的消耗，因此，开发一种除盐能力强，成本低，能耗低，环境友好的新型海水淡化技术来满足不断增长的用水需求和节能需求亟不可待。
4.目前，电化学脱盐已成为有前途且用途广泛的方法之一，其具有同时处理脱盐和能量存储的双重作用，它通过物理吸附(电容去离子)或化学反应过程(电池脱盐)通过基于电极的反应除去盐离子，为了实现无能耗的除盐过程，近来在光电化学脱盐方面的技术研究备受关注。
技术实现要素：
5.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，通过采用光电海水淡化技术，利用光能转化成电能，为除盐电池进行供电。
6.本发明的技术内容如下：
7.本发明提供了一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，所述方法包括采用太阳能装置驱动的氧化还原流动电解技术为除盐装置供电，驱动电化学氧化还原过程进行除盐，获取高质量淡水，即利用光能转化成电能，将其产生的电流加载到电化学除盐装置中，驱动除盐反应的进行；
8.所述太阳能装置包括染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、硅基板太阳能电池的一种；
9.所述太阳能装置中的电池包括水系太阳能电池、有机体系太阳能电池、离子溶剂体系太阳能电池(包括卤化1-烷基3-甲基咪唑盐)的一种；所述电池溶剂包括水、无水乙腈、丁腈类溶剂、卤化1-烷基3-甲基咪唑盐的一种。
10.所述太阳能装置与除盐装置的电池的组合包括两个或以上的电池并联、串联或者
混联，实现可控电流、电压、或能量输出的脱盐过程。
11.所述太阳能装置与除盐装置通过短路、恒压或者恒流的形式驱动脱盐工作。
12.所述太阳能装置与除盐装置的组合包括单独整合或者将脱盐装置整合在太阳能电池器件的内部，使用离子交换膜将腔室分隔，所述腔室中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
13.所述太阳能装置的电解质包括i-/i
3-溶液、tempo溶液、k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液、fecl3/fecl2溶液、vcl3/vcl2、溶液btmap-fc溶液、fcncl或fcn2br2的一种；
[0014]
所述除盐装置中采用的光电转换半导体材料包括n719、leg4、z907、mk2、硅、锗和三-五族化合物的一种，所述利用太阳能氧化还原流动电解技术除盐，仅需一种光电转换半导体材料即可驱动除盐电池连续电化学除盐的进行；
[0015]
所述除盐装置中脱盐电池的电解质包括k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液、fecl3/fecl2溶液、zncl2溶液、tempo溶液、vcl3/vcl2溶液、i-/i
3-溶液、btmap-fc溶液、fcncl或fcn2br2溶液的一种；
[0016]
所述脱盐电池的电解质还包括导电添加剂nacl、naf、naso4、kcl等的一种或以上，用于提高溶液的导电性；
[0017]
所述除盐装置的待处理盐溶液包括nacl溶液、naf溶液、生活污水、工业废水、海水或者含有重金属离子的溶液；待处理盐溶液可放置于单盐腔室、双盐腔室或者多盐腔室，所述腔室中的各腔室使用阴阳离子交换膜交替隔开；
[0018]
所述离子交换膜包括阴离子交换膜、阳离子交换膜，离子交换膜置于电解质溶液和待处理盐溶液之间，用于隔离作用；
[0019]
所述阴离子交换膜包括含有-nh2的阴离子交换膜、含有-n(ch3)3oh的阴离子交换膜、氯离子交换膜、硫酸根离子交换膜、硝酸根离子交换膜的一种，优选含有-n(ch3)3oh的离子交换膜；
[0020]
所述阳离子交换膜包括含有-cooh的阴离子交换膜、含有-so3h的阳离子交换膜、钠离子交换膜、锂离子交换膜、钾离子交换膜、钙离子交换膜、镁离子交换膜的一种，优选含有-so3h的阳离子交换膜。
[0021]
所述除盐电池装置的制备包括如下步骤：将待处理盐溶液、正负极活性电解质溶液、正负集电流电极材料、阴离子交换膜以及阳离子交换膜组装成除盐电池装置，采用极片作为太阳能电池正极用来接收光能，再将太阳能电池串联、并联或者混联接入脱盐电池装置，即可实现将光能转化为电能，为除盐电池供电，驱动除盐反应的进行；
[0022]
所述待处理盐溶液优选氯化钠，优选纯度为99％的氯化钠；
[0023]
待处理盐溶液的浓度为1mg/l～50g/l，优选500mg/l～25g/l，更优选为4～15g/l；
[0024]
所述正负极活性电解质溶液的制备为，将正负极活性电解质材料分别溶解在溶剂中，搅拌，超声得到，在40～100khz下超声0.5～8h。
[0025]
本发明除盐装置的工作原理：通过光照，染料分子在光电阳极被激发，光生电子短路到氧化还原流动脱盐电池的对电极，光能转换成电能以电流形式加在到电化学除盐电池装置中，使得电池阴极得到电子，发生还原反应，与穿过阳离子交换膜的阳离子发生化学反应，生成化合物，待处理盐溶液的浓度变小；同时使得阳极失去电子，发生氧化反应，与穿过阴离子交换膜的阴离子发生化学反应，生成化合物，待处理盐溶液的浓度变小，驱动除盐过
程的进行。
[0026]
本发明提供的一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法在海水淡化、移除负离子或有毒离子方面的应用，所述海水淡化包括海水除盐、所述有毒离子包括重金属离子。
[0027]
本发明的有益效果如下：
[0028]
本发明的利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，通过太阳能装置驱动氧化还原流动装置技术将光能转化为电能，驱动除盐反应的进行，解决除盐过程的能量消耗问题，所用原料易得，使用要求低，且对环境友好，具有可持续性利用的优势；
[0029]
所采用的除盐方法操作过程简单方便，对于海水除盐方面具有实际的应用价值，有助于人类获得可利用的淡水资源，该方法适于工厂的规模生产使用，在工业废水的处理、生活用水净化方面、在光电能量转换和存储及其它需要用到电能的领域均可以得到应用。
附图说明
[0030]
图1为短路连接的太阳能氧化还原流动电池装置3d示意图；
[0031]
图2为实施例1光电阳极与对电极之间发生短路时，放电光电流及相应浓度变化，测得的除盐电池电流-时间、盐浓度-时间曲线图；
[0032]
图3为实施例1当施加1.5ma放电电流时，光电压和相应的浓度发生变化，测得的除盐电池电压-时间、盐浓度-时间曲线图；
[0033]
图4为实施例1当施加1.0、1.5、2、1.5ma的放电电流时，光电压和相应的浓度会发生变化，测得的除盐电池电压-时间、盐浓度-时间曲线图；
[0034]
图5为并联的太阳能氧化还原流动电池装置3d示意图；
[0035]
图6为实施例1并联电池连接中的光电流曲线和相应的浓度变化，测得的除盐电池电流-时间、盐浓度-时间曲线图；
[0036]
图7为串联的太阳能氧化还原流动电池装置3d示意图；
[0037]
图8为实施例1当施加1.5ma放电电流时，光电压和相应的浓度发生变化，测得的除盐电池电压-时间、盐浓度-时间曲线图。
具体实施方式
[0038]
以下通过具体的实施案例以及附图说明对本发明作进一步详细的描述，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定。
[0039]
若无特殊说明，本发明的所有原料和试剂均为常规市场的原料、试剂。
[0040]
实施例1
[0041]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0042]
(i)光电阳极材料的制备
[0043]
1)将尺寸为2.5
×
5cm2的fto玻璃在洗涤剂溶液，蒸馏水，丙酮和乙醇中的超声波浴中清洗；
[0044]
2)通过在酸性介质中旋涂异丙醇钛(iv)来沉积tio2缓冲层，并在450℃下烧结30分钟；
[0045]
3)使用以下制备的糊剂将tio2致密膜涂覆到缓冲层上：0.5g tio2(degussa，p25)、0.15g分子量为35000的聚乙二醇、0.10g分子量为100000的聚环氧乙烷、两滴triton-x-100和3.5ml的0.1m冰醋酸一小时，将全部内容物搅拌24小时；
[0046]
4)通过刮刀技术将获得的糊剂涂布并进行如下逐步退火：150℃15分钟，350℃10分钟，450℃15分钟和500℃30分钟；
[0047]
5)通过在70℃的40mm ticl4水性介质中浸泡30分钟来沉积tio2散射层；
[0048]
6)最后，将其在500℃退火60分钟，冷却至70℃，然后将其浸入0.3mm n719的乙腈溶液中过夜，用无水乙醇洗涤涂有染料的膜以除去未吸附的染料分子；
[0049]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0050]
称取0.02g碘化锂、0.0228g碘、0.479g 1-己基-3-甲基咪唑鎓碘化物、0.0354g硫氰酸胍和0.2028g 4-叔丁基吡啶，混合溶入5ml乙腈中并搅拌5小时，得到i-/i
3-电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0051]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0052]
称取1.053g铁氰化钾、1.457g亚铁氰化钾、0.2g氯化钠混合，溶入20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]混合溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0053]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0054]
(iv)待处理盐溶液nacl溶液的制备
[0055]
将纯度为99％的nacl配置成20ml、10g/l的盐溶液，放入25ml烧杯中，从烧杯中连续两次取1ml nacl溶液分别放入两个量程为4ml的离心管中，在脱盐离心管中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
[0056]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0057]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池i-/i
3-电解液和脱盐电池电解液k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜(2cm
×
2cm)、两片阳离子交换膜(2cm
×
2cm)、两块亚克力外板(4cm
×
4cm
×
0.5cm)、四块薄硅胶板(有效面积为1.5cm
×
1.5cm)组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动。
[0058]
太阳能与脱盐装置组装方式一：
[0059]
将光电阳极与对电极之间发生短路，然后接入脱盐电池中，如图1所示为太阳能氧化还原流动电池装置3d示意图，除盐电池装置组装完成后，启动xq350可调型光催化仪，将输出电流设置为8a，进行电化学性能测试，观察nacl的去除效果，如图2所示为将太阳能电池器件的光电阳极和脱盐装置的阴极相连以短路形式驱动脱盐器件工作，放电光电流及相应浓度变化，测得的除盐电池电流-时间、盐浓度-时间曲线图，盐溶液为脱盐过程，体现双盐腔室中的除盐变化以及较好的除盐效率；
[0060]
如图3是当施加1.5ma放电电流时，光电压和相应的浓度发生变化，测得的除盐电池电压，在此时间内其电流的变化率表明其良好的除盐效率；
[0061]
如图4所示，当施加1.0、1.5、2、1.5ma的放电电流时，光电压和相应的浓度会发生
变化，测得的除盐电池电压-时间、盐浓度-时间曲线图，由图可见，随着电流的增大，电池电压减小了，即表明电流越大，除盐效率较高。
[0062]
太阳能与脱盐装置组装方式二：
[0063]
将太阳能电池与氧化还原脱盐电池并联，如图5为并联的太阳能氧化还原流动电池装置的3d示意图，检测观察其中的光电流曲线和相应的浓度变化；
[0064]
除盐电池组装完成之后，启动xq350可调型光催化仪，将输出电流设置8a，行电化学性能测试，用电导率仪测试溶液的电导率，进而得到nacl的去除效果，如图6所示，将太阳能电池器件的光电阳极和脱盐装置的阳极相连、光电阴极和脱盐装置的阴极相连，以并联形式驱动脱盐器件工作。其为光电流曲线和相应的浓度变化，测得的除盐电池电流-时间、盐浓度-时间曲线图；
[0065]
太阳能与脱盐装置组装方式三：
[0066]
将太阳能电池与氧化还原脱盐电池串联，如图7为串联的太阳能氧化还原流动电池装置，检测观察其中的光电流曲线和相应的浓度变化。
[0067]
如图8，将光电阴极和脱盐装置的阳极相连形成串联实现能量输出的脱盐过程，当施加1.5ma放电电流时，光电压和相应的浓度发生变化，测得的除盐电池电压，在此时间内其电流的变化率表明其良好的除盐效率。
[0068]
实施例2
[0069]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0070]
(i)光电阳极材料的制备
[0071]
同实施例1；
[0072]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0073]
称取fecl3/fecl2溶入5ml去离子水中并搅拌5小时，得到0.6m fecl3/fecl2电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0074]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0075]
同实施例1；
[0076]
(iv)待处理盐溶液nacl溶液的制备
[0077]
同实施例1；
[0078]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0079]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池fecl
3/
fecl2电解液和脱盐电池电解液k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜(2cm
×
2cm)、两片阳离子交换膜(2cm
×
2cm)、两块亚克力外板(4cm
×
4cm
×
0.5cm)、四块薄硅胶板(有效面积为1.5cm
×
1.5cm)组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0080]
将太阳能电池和氧化还原脱盐电池，分别并联、串联连接中的光电流曲线和相应的浓度变化，除盐电池装置组装完成后，启动xq350可调型光催化仪，将输出电流设置为8a，进行电化学性能测试，用电导率仪测试溶液的电导率，进而得到nacl的去除效果。
[0081]
实施例3
[0082]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐
腔室连续透析除盐的电池装置：
[0083]
(i)光电阳极材料的制备
[0084]
1)将尺寸为2.5
×
5cm2的fto玻璃在洗涤剂溶液，蒸馏水，丙酮和乙醇中的超声波浴中清洗；
[0085]
2)通过在酸性介质中旋涂异丙醇钛(iv)来沉积tio2缓冲层，并在450℃下烧结30分钟；
[0086]
3)使用以下制备的糊剂将tio2致密膜涂覆到缓冲层上：0.5g tio2(degussa，p25)、0.15g分子量为35000的聚乙二醇、0.10g分子量为100000的聚环氧乙烷、两滴triton-x-100和3.5ml的0.1m冰醋酸一小时，将全部内容物搅拌24小时；
[0087]
4)通过刮刀技术将获得的糊剂涂布并进行如下逐步退火：150℃15分钟，350℃10分钟，450℃15分钟和500℃30分钟；
[0088]
5)通过在70℃的40mm ticl4水性介质中浸泡30分钟来沉积tio2散射层；
[0089]
6)最后，将其在500℃退火60分钟，冷却至70℃，然后将其浸入0.3mm leg4的乙腈溶液中过夜，用无水乙醇洗涤涂有染料的膜以除去未吸附的染料分子；
[0090]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0091]
称取0.4687gtempo溶入5ml乙腈中并搅拌5小时，得到tempo电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0092]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0093]
取20.0mmol btmap-fc或fcncl(或fcn2br2)溶解在60ml水中，加入10.0ml 1.0m的盐酸和512μl 30wt％h2o2溶液，随后搅拌三天直到溶液颜色变为墨绿色为止；
[0094]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml btmap-fc/btmap-fc
+
或fcn
+
/fcn
2+
混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0095]
(iv)待处理盐溶液nacl溶液的制备
[0096]
将纯度为99％的nacl配置成20ml、10g/l的盐溶液，放入25ml烧杯中，从烧杯中连续两次取1ml nacl溶液分别放入两个量程为4ml的离心管中，在脱盐离心管中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
[0097]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0098]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池tempo电解液和脱盐电池电解液btmap-fc/btmap-fc
+
或fcn
+
/fcn
2+
混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜(2cm
×
2cm)、两片阳离子交换膜(2cm
×
2cm)、两块亚克力外板(4cm
×
4cm
×
0.5cm)、四块薄硅胶板(有效面积为1.5cm
×
1.5cm)组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0099]
将光电阳极与和脱盐装置的阴极相连以短路形式驱动脱盐器件工作。
[0100]
实施例4
[0101]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0102]
(i)光电阳极材料的制备
[0103]
1)将尺寸为2.5
×
5cm2的fto玻璃在洗涤剂溶液，蒸馏水，丙酮和乙醇中的超声波浴中清洗；
[0104]
2)通过在酸性介质中旋涂异丙醇钛(iv)来沉积tio2缓冲层，并在450℃下烧结30分钟；
[0105]
3)使用以下制备的糊剂将tio2致密膜涂覆到缓冲层上：0.5g tio2(degussa，p25)、0.15g分子量为35000的聚乙二醇、0.10g分子量为100000的聚环氧乙烷、两滴triton-x-100和3.5ml的0.1m冰醋酸一小时，将全部内容物搅拌24小时；
[0106]
4)通过刮刀技术将获得的糊剂涂布并进行如下逐步退火：150℃15分钟，350℃10分钟，450℃15分钟和500℃30分钟；
[0107]
5)通过在70℃的40mm ticl4水性介质中浸泡30分钟来沉积tio2散射层；
[0108]
6)最后，将其在500℃退火60分钟，冷却至70℃，然后将其浸入0.3mm z907的乙腈溶液中过夜，用无水乙醇洗涤涂有染料的膜以除去未吸附的染料分子；
[0109]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0110]
称取k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶入5ml去离子水并搅拌5小时，得到0.6m k3[fe(cn)
6]
/k4[fe(cn)6]电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0111]
(iii)脱盐电池电解液的制备：
[0112]
称取tempo、氟化钠混合，溶入20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的tempo混合溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0113]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml tempo混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0114]
(iv)待处理盐溶液naf溶液的制备
[0115]
将纯度为99％的naf配置成20ml、10g/l的盐溶液，放入25ml烧杯中，从烧杯中连续两次取1ml naf溶液分别放入两个量程为4ml的离心管中，在脱盐离心管中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
[0116]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0117]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]电解液和脱盐电池电解液tempo混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜(2cm
×
2cm)、两片阳离子交换膜(2cm
×
2cm)、两块亚克力外板(4cm
×
4cm
×
0.5cm)、四块薄硅胶板(有效面积为1.5cm
×
1.5cm)组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0118]
上述太阳能器件与脱盐电池的组装方式一：将太阳能电池器件的光电阳极和脱盐装置的阴极相连以短路形式驱动脱盐器件工作。
[0119]
方式二：将太阳能电池器件的光电阳极和脱盐装置的阳极相连、光电阴极和脱盐装置的阴极相连，以并联形式驱动脱盐器件工作。
[0120]
方式三：脱盐装置整合在太阳能电池器件的内部，然后两个或以上装置并联实现能量输出的脱盐过程，太阳能电池器件以恒压形式驱动脱盐器件工作。
[0121]
方式四：将光电阴极和脱盐装置的阳极相连形成串联实现能量输出的脱盐过程。
[0122]
方式五：脱盐装置整合在太阳能电池器件的内部然后两个或以上串联实现能量输出的脱盐过程，太阳能电池器件以恒流形式驱动脱盐器件工作。
[0123]
方式六：将太阳能电池器件的光阳极和脱盐装置的阳极相连、光阴极和脱盐装置的阴极相连形成的并联及光阴极和脱盐装置的阳极相连形成的串联并将两个部分混联实
现能量输出的脱盐过程。
[0124]
实施例5
[0125]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0126]
(i)光电阳极材料的制备
[0127]
1)将尺寸为2.5
×
5cm2的fto玻璃在洗涤剂溶液，蒸馏水，丙酮和乙醇中的超声波浴中清洗；
[0128]
2)通过在酸性介质中旋涂异丙醇钛(iv)来沉积tio2缓冲层，并在450℃下烧结30分钟；
[0129]
3)使用以下制备的糊剂将tio2致密膜涂覆到缓冲层上：0.5g tio2(degussa，p25)、0.15g分子量为35000的聚乙二醇、0.10g分子量为100000的聚环氧乙烷、两滴triton-x-100和3.5ml的0.1m冰醋酸一小时，将全部内容物搅拌24小时；
[0130]
4)通过刮刀技术将获得的糊剂涂布并进行如下逐步退火：150℃15分钟，350℃10分钟，450℃15分钟和500℃30分钟；
[0131]
5)通过在70℃的40mm ticl4水性介质中浸泡30分钟来沉积tio2散射层；
[0132]
6)最后，将其在500℃退火60分钟，冷却至70℃，然后将其浸入0.3mm mk2的乙腈溶液中过夜，用无水乙醇洗涤涂有染料的膜以除去未吸附的染料分子；
[0133]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0134]
称取fecl3/fecl2混合溶入5ml去离子水并搅拌5小时，得到0.6m fecl3/fecl2电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0135]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0136]
称取vcl3/vcl2、氟化钠混合，溶入20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的vcl3/vcl2电解液，超声后放入25ml烧杯中；
[0137]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml vcl3/vcl2混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0138]
(iv)待处理盐溶液naf溶液的制备
[0139]
同实施例4；
[0140]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0141]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池fecl3/fecl2电解液和脱盐电池电解液vcl3/vcl2混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜、两片阳离子交换膜、两块亚克力外板、四块薄硅胶板组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0142]
将光电阳极与和脱盐装置的阳极相连、光电阴极和脱盐装置的阴极相连，以恒压形式驱动脱盐器件工作。
[0143]
实施例6
[0144]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0145]
(i)光电阳极材料的制备
[0146]
1)将尺寸为2.5
×
5cm2的fto玻璃在洗涤剂溶液，蒸馏水，丙酮和乙醇中的超声波
浴中清洗；
[0147]
2)通过在酸性介质中旋涂异丙醇钛(iv)来沉积tio2缓冲层，并在450℃下烧结30分钟；
[0148]
3)使用以下制备的糊剂将tio2致密膜涂覆到缓冲层上：0.5g tio2(degussa，p25)、0.15g分子量为35000的聚乙二醇、0.10g分子量为100000的聚环氧乙烷、两滴triton-x-100和3.5ml的0.1m冰醋酸一小时，将全部内容物搅拌24小时；
[0149]
4)通过刮刀技术将获得的糊剂涂布并进行如下逐步退火：150℃15分钟，350℃10分钟，450℃15分钟和500℃30分钟；
[0150]
5)通过在70℃的40mm ticl4水性介质中浸泡30分钟来沉积tio2散射层；
[0151]
6)最后，将其在500℃退火60分钟，冷却至70℃，然后将其浸入0.3mm z907的乙腈溶液中过夜，用无水乙醇洗涤涂有染料的膜以除去未吸附的染料分子；
[0152]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0153]
称取vcl3/vcl2溶入5ml去离子水并搅拌5小时，得到0.6m vcl3/vcl2电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0154]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0155]
称取fecl3/fecl2、氟化钠混合，溶入20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的fecl3/fecl2混合溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0156]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml fecl3/fecl2混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0157]
(iv)待处理盐溶液naf溶液的制备
[0158]
同实施例4；
[0159]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0160]
将步骤(i)得到的fto玻璃作为光电阳极材料，与太阳能电池vcl3/vcl2电解液和脱盐电池电解液fecl3/fecl2混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜、两片阳离子交换膜、两块亚克力外板、四块薄硅胶板组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0161]
将光电阳极阴极和脱盐装置的阳极相连以恒流形式驱动脱盐器件工作。
[0162]
实施例7
[0163]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0164]
(i)光电阳极材料的制备
[0165]
用硅、锗光电转换半导体材料制备钙钛矿太阳能电池阳极；
[0166]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0167]
称取0.02g碘化锂、0.0228g碘、0.479g 1-己基-3-甲基咪唑鎓碘化物、0.0354g硫氰酸胍和0.2028g 4-叔丁基吡啶，混合溶入5ml丁腈中并搅拌5小时，得到i-/i
3-电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0168]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0169]
取0.436g氯化锌溶解在20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的氯化锌溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0170]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml氯化锌混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0171]
(iv)待处理盐溶液kcl溶液的制备
[0172]
同时实例4；
[0173]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0174]
将步骤(i)得到的钙钛矿太阳能电池阳极，与太阳能电池i-/i
3-电解液和脱盐电池电解液氯化锌混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜、两片阳离子交换膜、两块亚克力外板、四块薄硅胶板组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0175]
将光电阳极与对电极之间发生短路，然后接入脱盐电池上。
[0176]
实施例8
[0177]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0178]
(i)光电阳极材料的制备
[0179]
用三-五族化合物光电转换半导体材料制备硅基板太阳能电池阳极；
[0180]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0181]
称取0.02g碘化锂、0.0228g碘、0.479g 1-己基-3-甲基咪唑鎓碘化物、0.0354g硫氰酸胍和0.2028g 4-叔丁基吡啶，混合溶入5ml卤化1-烷基3-甲基咪唑盐中并搅拌5小时，得到i-/i
3-电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0182]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0183]
取0.436g氯化锌溶解在20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的氯化锌溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0184]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml氯化锌混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0185]
(iv)待处理盐溶液kcl溶液的制备
[0186]
将纯度为99％的kcl配置成20ml、10g/l的盐溶液，放入25ml烧杯中，从烧杯中连续两次取1ml kcl溶液分别放入两个量程为4ml的离心管中，在脱盐离心管中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
[0187]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0188]
将步骤(i)得到的硅基板太阳能电池阳极，与太阳能电池i-/i
3-电解液和脱盐电池电解液氯化锌混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜、两片阳离子交换膜、两块亚克力外板、四块薄硅胶板组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0189]
将光电阳极与对电极之间发生短路，然后接入脱盐电池上。
[0190]
实施例9
[0191]
一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，采用双盐腔室连续透析除盐的电池装置：
[0192]
(i)光电阳极材料的制备
[0193]
用硅、锗光电转换半导体材料制备钙钛矿太阳能电池阳极；
[0194]
(ii)太阳能电池电解质的制备
[0195]
称取0.02g碘化锂、0.0228g碘、0.479g 1-己基-3-甲基咪唑鎓碘化物、0.0354g硫氰酸胍和0.2028g 4-叔丁基吡啶，混合溶入5ml丁腈中并搅拌5小时，得到i-/i
3-电解液，搅拌后放入10ml离心管中；
[0196]
(iii)脱盐电池电解液的制备
[0197]
取0.436g氯化锌溶解在20ml去离子水中，配置成浓度为160mm的氯化锌溶液，超声后放入25ml烧杯中；
[0198]
从离心管中取3ml太阳能电池电解液放入量程为5ml的离心管中，从烧杯中取2ml氯化锌混合溶液放入量程为4ml的离心管中；
[0199]
(iv)待处理盐溶液na2so4溶液的制备
[0200]
将纯度为99％的na2so4配置成20ml、10g/l的盐溶液，放入25ml烧杯中，从烧杯中连续两次取1ml na2so4溶液分别放入两个量程为4ml的离心管中，在脱盐离心管中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备；
[0201]
(v)太阳能氧化还原流动除盐装置制备
[0202]
将步骤(i)得到的钙钛矿太阳能电池阳极，与太阳能电池i-/i3-电解液和脱盐电池电解液氯化锌混合溶液、两份10g/l的盐溶液a、b、一片阴离子交换膜、两片阳离子交换膜、两块亚克力外板、四块薄硅胶板组装成双盐腔室除盐电池装置，用螺柱和螺帽固定好装置，电解液盐溶液a、b分别利用一个小型蠕动泵循环流动；
[0203]
将光电阳极与对电极之间发生短路，然后接入脱盐电池上。
技术特征：
1.一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述方法包括采用太阳能装置驱动的氧化还原流动电解技术为除盐装置供电，驱动电化学氧化还原过程进行除盐，获取高质量淡水；所述太阳能装置包括染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、硅基板太阳能电池的一种。2.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置包括水系太阳能电池、有机体系太阳能电池、离子溶剂体系太阳能电池的一种。3.由权利要求2所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置中的电池溶剂包括水、无水乙腈、丁腈类溶剂、卤化1-烷基3-甲基咪唑盐的一种。4.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置与除盐装置的电池的组合包括两个或以上的电池并联、串联或者混联，实现可控电流、电压、或能量输出的脱盐过程。5.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置与除盐装置通过短路、恒压或者恒流的形式驱动脱盐工作。6.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置的电池电解质包括i-/i
3-溶液、tempo溶液、k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液、fecl3/fecl2溶液、vcl3/vcl2、溶液btmap-fc溶液、fcncl或fcn2br2的一种。7.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置与除盐装置之间采用的光电转换半导体材料包括n719、leg4、z907、mk2、硅、锗和三-五族化合物的一种。8.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述除盐装置中脱盐电池的电解质包括k3[fe(cn)6]/k4[fe(cn)6]溶液、fecl3/fecl2溶液、zncl2溶液、tempo溶液、vcl3/vcl2溶液、i-/i
3-溶液、btmap-fc溶液、fcncl或fcn2br2溶液的一种。9.由权利要求1所述的实现高质量淡水的方法，其特征在于，所述太阳能装置与除盐装置的组合包括单独整合或者将脱盐装置整合在太阳能电池器件的内部，使用离子交换膜将腔室分隔；所述腔室中填充离子交换树脂，用于去离子水的制备。10.权利要求1～9任一项所述的利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法在海水淡化、去离子水制备、移除氟离子或有毒离子领域中的应用。
技术总结
本发明属于光电化学除盐的技术领域，具体涉及一种利用太阳能驱动的氧化还原流动电解技术实现高质量淡水的方法。所述方法包括采用太阳能装置驱动氧化还原流动电解技术为除盐装置供电，驱动电化学氧化还原过程进行除盐，所述太阳能装置包括染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池、硅基板太阳能电池的一种；利用光能转化成电能，将其产生的电流加载到电化学除盐装置中，驱动除盐反应的进行，解决除盐过程的能量消耗问题，所用原料易得，使用要求低，且对环境友好，具有可持续性利用的优势；所采用的除盐方法适于工厂的规模生产使用，在工业废水的处理、生活用水净化方面、在光电能量转换和存储及其它需要用到电能的领域均可以得到应用。到应用。到应用。
技术开发人、权利持有人：陈福明 卡西克
