一种低成本的可持续的尿液资源化装置

摘要

本发明公开了一种低成本的可持续尿液资源化装置的制备方法，包括如下步骤：(1)将活性炭分散在乙醇和水的混合溶液中，溶液超声处理后得到活性炭墨水；(2)通过真空抽滤将活性炭附着在无灰滤纸上，烘干，得到光热层；(3)准备与光热层同样大小的聚乙烯泡沫，用大头针将棉线从光热层和中心穿过；(4)将(3)中组装好的装置置于密封透光的玻璃箱中，由此得到了一种低成本的可持续尿液资源化的装置。本发明的方法生产工艺简单、生产效率高、所需设备少、成本低。

说明书

技术领域

本发明属于尿液资源化技术领域，具体涉及到一种利用太阳能和纳米结构的光热材料实现可持续尿液资源化的装置。

背景技术

人体的排泄物——尿液富含林、农作物等生长所必需的氮、磷、钾等多种言养元素，一直被认为是一种可替代传统工业肥料的优质液体肥料，并且在我国农村地区的应用已有上千年历史。但是，随着乡村城市化的步伐逐渐加快，水冲厕所已成为当前人们普遍采用的排水模式，尿液作为生活污水的一部分，由自来水运输至城市污水处理厂进行集中处理。尿液中所含的氮、磷、钾分别占生活污水的87％、50％、54％，而其体积却不到污水的1％。这种处理方式不仅消耗了大量的清洁自来水资源，增加了水厂的脱氮除磷负荷，也增添了氮、磷等营养元素(其中磷矿资源在地球上呈逐渐减少趋势)回收的困难，其弊端显而易见。因此，在大力倡导构建“资源节约与环境友好型社会”的今天，如何将尿液中的营养元素和能源物质分别进行回收再利用成为一个国际热点议题。

作为一种低成本的绿色技术，在太阳光的条件下，使用纳米结构的光热材料产生的蒸汽已在各种应用中引起了越来越多的关注，例如海水淡化，工业废水零排放。然而，在实际应用中实现太阳能蒸汽产生的概念在很大程度上取决于首先是有效使用合适的光热材料，其次是蒸发设备的长期稳定运行。尽管在材料开发方面取得了重大进展，但蒸发过程仍然阻碍了太阳能蒸汽产盐性能的进一步提高。其背后的原因是，随着水的不断蒸发，盐的浓度不断增加，最终导致盐在光热材料的活性蒸发表面上结晶。在表面上累积的盐晶体严重损害了光热材料的光吸收，从而减缓了蒸汽的产生并最终使系统停止运转。解决该问题的最新尝试包括机械地将盐从材料表面刮下，防止盐粘附并增加盐的反向扩散。然而，由于快速对流产生的热量损失，这些方法导致操作不连续或蒸汽产生性能下降。此外，高度浓缩的盐会扩散回散装溶液中，而不是被收获，从而浪费了获得宝贵矿产资源的机会。因此，迫切需要在太阳能蒸发过程中对盐结晶进行适当管理，以连续产生蒸汽并同时收获盐。

尿液中95％是水，1.8％是尿素，1.1％是无机盐(富含P、K)，很自然的可以想到利用太阳能和纳米结构的光热材料实现尿液的可持续资源化。

在此，通过一种新颖的设计克服了这一挑战，该设计涉及可控的水传输，边缘优先结晶和重力辅助盐收集。盐的结晶部位与水的蒸发表面在空间上隔离，可实现连续的蒸汽产生以及尿素和无机盐的收集。该方法为太阳能蒸汽发生器的设计提供了新的见解，并推动了它们在可持续尿液资源化中的应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种低成本的可持续尿液资源化的装置。

本发明的第二个目的是提供一种低成本的可持续尿液资源化装置的制备方法。

本发明的第三个目的是提供一种低成本的可持续尿液资源化装置的应用。

本发明的技术方案概述如下：

一种低成本的可持续尿液资源化装置的制备方法，其特征是包括如下步骤：

(1)将10～100mg的活性炭分散10ml的乙醇∶水＝1∶1～1∶5(v∶v)的混合溶液中，将溶液超声处理1小时，得到活性炭墨水；

(2)通过真空抽滤将活性炭附着在无灰滤纸(半径：1～10cm，厚度：0.01～0.2mm)上，并在50～120℃的烘箱中干燥60～120min；

(3)用大头针将棉线(直径约1～5mm)，由直径约1～100μm的双绞棉纤维组成，被用作垂直水路。缠绕的棉线充当毛细管“泵”，通过其丰富的毛细管将盐水从本体溶液传输到光热层；

(4)将(3)中组装好的装置置于密封透光的玻璃箱中，由此得到了一种低成本的可持续尿液资源化的装置(见图1)。

本发明的优点：

1.本发明制备方法简单易行，工艺可控，不需要其他大型设备；

2.本发明能通过简单的棉绳材料，将其作为“水泵”，实现了尿液资源化装置的连续供水；

3.本发明能通过简单的活性炭，棉布和棉绳等材料制备出一种低成本的可持续尿液资源化的装置，还可以同时实现产盐，为高效绿色利用海水提供了新的思路。

附图说明

图1是本发明设计装置的示意图；

具体实施方式

下面通过具体的实施例对本发明进行进一步的描述。

以下实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限制本发明。

实施例1

这种低成本的可持续尿液资源化的装置在处理模拟尿液上的应用，包括如下步骤：

(1)使用发明内容中闸述的方法制备出的尺寸为(半径＝3cm，厚度＝0.1mm)可持续尿液资源化装置；

(2)配置100ml模拟尿液(质量分数2％的尿素，1％的硝酸钾)；

(3)制备与光热层同样半径，厚1cm的聚苯乙烯泡沫，用大头针将棉绳与光热层和泡沫连结在一起，将棉绳另一端浸入模拟尿液中；

(4)打开模拟太阳光装置，照射光热层，盐花会在光热层边缘出现；

(5)将整个设备置于透光的密封设备中，收集淡水。

实施例2

这种低成本的可持续尿液资源化的装置在矩阵化放大规模后可以在缺水干旱的地区应用，包括如下步骤：

(1)使用发明内容中阐述的方法制备出尺寸为半径＝3cm，厚度＝0.1mm的可持续尿液资源化装置；

(2)将100个该装置进行矩阵化排列，最大效率的利用太阳光，放入密封玻璃室中；

(3)将装置置于当地的厕所配套的尿液收集池中，将该装置放入其中，使棉绳端浸入尿液中，在阳光的照射下，盐花会在光热层边缘处出现；

(4)收集的淡水可供居民的日常生活使用，收集的尿素和盐分可以用于农业生产。