水淡化方法

技术领域

本揭露是有关于一种水处理技术，且特别是有关于一种水淡化方法。

背景技术

目前的水淡化技术常常利用蒸馏方式或逆渗透方式进行。这两种方式须使用大量的能量才能完成，不仅相当耗能，且在无法取得大量电力或缺电的环境下难以完成水的淡化。此外，这两种水淡化技术都需要大型设备才符合经济效益，且营运成本高。

举例而言，在以蒸馏方式的水淡化技术中，是利用高低温度造成水蒸气压差异，来进行水回收。首先，需提高盐水温度，以从盐水中蒸发出水分。随后，降低蒸发水气的温度，使其达过饱和状态，即可得到冷凝析出的淡水。将盐水控制在高温下，会加快盐水所接触的设备的腐蚀速率，而导致营运成本的增加。

发明内容

因此，本揭露的一目的就是在提供一种水淡化方法，其可使待淡化的水体的水蒸气带电，并利用电湿润装置而透过库伦力来吸引水蒸气，随后透过停止供电的方式释放凝结在电湿润装置上的淡水。借此，可在低耗能的情况下，顺利完成水的淡化，故可大幅降低水淡化成本。

本揭露的另一目的是在提供一种水淡化方法，其电湿润装置的表面可设有许多微结构，以产生莲花效应。结合电湿润技术与微结构所产生的莲花效应，可显著提升淡水吸引效果，并可大幅增加电湿润装置所吸附的淡水量，因此可有效提升水淡化效率，并可进一步降低水淡化成本。

根据本揭露的上述目的，提出一种水淡化方法。在此方法中，提供电湿润装置于待淡化水上方，其中此电湿润装置包含导电基底、以及绝缘层覆盖在导电基底的表面上。电湿润装置将待淡化水的水蒸气吸附于绝缘层的一表面上方。利用放电装置朝绝缘层的表面进行放电处理，以使水蒸气带电。于进行放电处理时，对导电基底施加电力，以使导电基底与带电的水蒸气具有不同电性，借此能够将带电的水蒸气吸引于绝缘层的表面上并在绝缘层的表面上凝结成水。于绝缘层的表面上的水累积到一预设量时，将电湿润装置转移到淡水收集槽上方，并停止施加电力。

依据本揭露的一实施例，上述的电湿润装置的一表面包含多个微结构，带电的水蒸气吸附在电湿润装置的表面上且凝结成水填充于这些微结构之间。

依据本揭露的一实施例，上述的导电基底的表面包含多个第一微结构，绝缘层共形(conformal)覆盖导电基底的表面。

依据本揭露的一实施例，上述的导电基底的表面为一平面，且电湿润装置的表面为绝缘层的一表面。

依据本揭露的一实施例，上述的电湿润装置还包含成核层设于绝缘层的表面上。

依据本揭露的一实施例，上述进行放电处理包含利用极化方式。

依据本揭露的一实施例，上述的放电装置包含电晕放电装置或直流电放电装置。

依据本揭露的一实施例，上述的导电基底包含导体材料、半导体材料、或其组合。

依据本揭露的一实施例，上述的放电装置具有多个贯穿孔，水蒸气能够通过这些贯穿孔而带电。

依据本揭露的一实施例，上述对导电基底施加电力包含对导电基底施加高压直流电。

附图说明

为让本揭露的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是绘示依照本揭露的一实施方式的一种水淡化设备的装置示意图；

图2是绘示依照本揭露的一实施方式的一种电湿润装置的示意图；

图3是绘示依照本揭露的一实施方式的另一种电湿润装置的示意图；

图4是绘示依照本揭露的一实施方式的又一种电湿润装置的示意图；以及

图5是绘示依照本揭露的一实施方式的一种水淡化方法的流程图。

【符号说明】

100:水淡化设备

200:电湿润装置

200a:电湿润装置

200b:电湿润装置

202a:表面

202b:表面

204a:微结构

204b:微结构

210:导电基底

210a:导电基底

210b:导电基底

212:表面

212a:表面

212b:表面

214a:第一微结构

220:绝缘层

220a:绝缘层

220b:绝缘层

222:表面

222a:表面

222b:表面

230:成核层

300:放电装置

310:放电电极

320:电网

400:电力供应源

500:淡水收集槽

600:腔体

610:流体入口

620:流体出口

700:待淡化水

710:液面

800:承载机构

900:步骤

910:步骤

920:步骤

930:步骤

具体实施方式

有鉴于传统水淡化技术过于耗能，且营运成本高，本揭露在此提出一种省能且营运成本低的水淡化方法。本揭露的水淡化方法利用放电装置朝电湿润装置的绝缘层表面进行放电处理，以使附着在绝缘层的表面上方的待淡化水的水蒸气带电，并使电湿润装置的导电基底具有与水蒸气不同的电性。借此，可利用库伦力将带电的水蒸气吸引在导电基底上的绝缘层的表面上。待电湿润装置的表面所凝结的水量达预设程度时，透过停止对导电基底施加电力的方式，即可释放电湿润装置的绝缘层上所吸引与聚积的淡化水。因此，应用本揭露的方法，淡化水所需的能源相当低，而可大幅降低成本。

此外，在本揭露的水淡化方法中，电湿润装置的吸引水蒸气的表面可设有许多微结构，这些微结构可产生莲花效应。电湿润技术与莲花效应的结合可提升对水蒸气的吸引效率与凝结水的吸引量，因此可进一步提升水淡化效率，降低营运成本。

本揭露的水淡化方法可透过水淡化设备进行。请参照图1，其是绘示依照本揭露的一实施方式的一种水淡化设备的装置示意图。水淡化设备100主要可包含电湿润装置200、放电装置300、电力供应源400、与淡水收集槽500。选择性地，水淡化设备100可进一步包含腔体600，以容纳待淡化水700。待淡化水700可为海水等盐水，或者可为废水。在一些例子中，腔体600具有流体入口610与流体出口620，待淡化水700可从流体入口610流入腔体600内，而于腔体600内进行淡化处理。淡化后留下的浓缩盐水或废水可从流体出口620排出，以利收集来对其做进一步处理。

在一些例子中，腔体600的内部环境可处于大气压下，且温度为室温。在另一些例子中，腔体600的内部环境可具有特定压力或温度。可通过控制腔体600的内部环境的压力及/或温度，来促使待淡化水700的水气蒸发。举例而言，可将腔体600的内部环境控制在压力小于1atm，且温度高于室温但小于此压力下水的沸点。

在一些例子中，电湿润装置200可位于腔体600内。电湿润装置200位于腔体600内的待淡化水700的液面710上方。在另一些例子中，电湿润装置200可非位于腔体600内，而是位于腔体600上方。在这样的例子中，腔体600可具有开放式的容置空间，即不具有上盖而使得腔体600内的待淡化水700的液面710暴露出。

请一并参照图2，其是绘示依照本揭露的一实施方式的一种电湿润装置的示意图。电湿润装置200主要可包含导电基底210与绝缘层220。导电基底210可包含导体材料、半导体材料、或导体材料与半导体材料的组合。举例而言，导电基底210的材料可为金属。导电基底210具有表面212。在图2的实施例中，导电基底210的表面212为平面。绝缘层220覆盖在导电基底210的表面212上。在此实施例中，绝缘层220亦可具有平坦的表面222。绝缘层220可具有疏水性，或者可具有弱亲水性，以利释放凝结于其上的水。

在一些特定例子中，电湿润装置200可选择性地包含成核层230。成核层230设于绝缘层220的表面222上。成核层230可为一连续层，而覆盖在绝缘层220的整个表面222上。成核层230亦可为非连续层，而局部设于绝缘层220的表面222上。成核层230具有亲水与凝水性质，水蒸气可在成核层230上成核，有利于收集水蒸气。成核层230的厚度薄，以利释放凝结在其上的水。举例而言，热敏材料在某临界温度下具有亲水特性，因此成核层230的材料可采用热敏材料。成核层230亦可由非热敏材料的其他适合材料所构成。

本实施方式的电湿润装置亦可有不同设计。请参照图3，其是绘示依照本揭露的一实施方式的另一种电湿润装置的示意图。电湿润装置200a的架构大致上与图2的电湿润装置200的架构类似。电湿润装置200a与200之间的差异在于电湿润装置200a的表面202a包含许多微结构204a。此外，电湿润装置200a包含导电基底210a与绝缘层220a，但不包含成核层。然，在一些例子中，电湿润装置200a亦可额外包含如图2所示成核层230覆盖在绝缘层220a上。

在电湿润装置200a中，绝缘层220a覆盖在导电基底210a的表面212a上。在此例子中，导电基底210a的表面212a包含数个第一微结构214a。绝缘层220a可例如以共形方式覆盖在导电基底210a的表面212a上，如此可使所构成的电湿润装置200a的表面202a包含许多微结构204a。在图3的例子中，电湿润装置200a的表面202a即为绝缘层220a的表面222a。

举例而言，这些微结构204a可包含纳米结构、微米结构、及/或毫米结构。这些微结构204a的形状可根据制造等实际需求而设计。举例而言，微结构204a可为圆弧状、圆锥状、角锥状、或其他适合的形状。这些微结构204a可产生莲花效应。借此，可使得在导电基底210a通电时吸附在电湿润装置200a的表面202a上的凝结水与表面202a之间的接触角变小，提升电湿润装置200a的表面202a的亲水性，进而可增加附着在表面202a的淡水量。另外，可使得导电基底210a在未通电时吸附在湿润装置200a的表面202a上的凝结水与表面202a之间的接触角变大，而可提升电湿润装置200a的表面202a的疏水性，进而使得水更容易脱离电湿润装置200a的表面202a。

请参照图4，其是绘示依照本揭露的一实施方式的又一种电湿润装置的示意图。电湿润装置200b的架构大致上与图3的电湿润装置200a的架构类似。电湿润装置200b与200a之间的差异在于电湿润装置200b的导电基底210b的表面212b为平面，而作为电湿润装置200b的表面202b的绝缘层220b的表面222b包含许多微结构204b。换言之，电湿润装置200b的表面202b的微结构204b是由绝缘层220b的结构所定义出。类似地，这些微结构204b可包含纳米结构、微米结构、及/或毫米结构。举例而言，这些微结构204b可为圆弧状、圆锥状、角锥状、或其他适合的形状。

在图4的例子中，电湿润装置200b仅包含导电基底210b与绝缘层220b，但不包含成核层。同样地，在一些例子中，电湿润装置200b亦可额外包含如图2所示成核层230覆盖在绝缘层220b上。

请再次参照图1，在一些例子中，放电装置300可设于腔体600内。放电装置300可位于腔体600内的待淡化水700的液面710上方，且与待淡化水700的液面710相隔一段距离。放电装置300可位于电湿润装置200的下方，并与电湿润装置200相隔开。换言之，放电装置300介于待淡化水700的液面710与电湿润装置200之间。在电湿润装置200位于腔体600上方而非位于腔体600内的例子中，放电装置300可位于腔体600内，或者可位于腔体600外。

放电装置300可朝电湿润装置200的绝缘层220进行放电处理，以朝电湿润装置200的绝缘层220的表面222发射电荷，例如负电荷的电子、正电荷气体等，借以使附着在绝缘层220的表面222上方的水蒸气带电。放电装置300可例如但不限于电晕放电装置或直流电放电装置。放电装置300可透气，而可让待淡化水700的水蒸气通过。也就是说，放电装置300具有数个贯穿孔，待淡化水700的水蒸气可通过这些贯穿孔而进入放电装置300并带电。

在一些例子中，如图1所示，放电装置300可包含放电电极310与电网320。透过对放电电极310、电网320、与导电基底210施加不同电位，可极化绝缘层220的表面222或成核层230，借此可使绝缘层220的表面222或成核层230上方的水蒸气带电。举例而言，可对导电基底210施加正电位，对放电电极310施加负电位，并对电网320施加低于放电电极310的负电位。

电力供应源400可与电湿润装置200的导电基底210电性连接，并可对导电基底210施加电力。借此使导电基底210与通过放电装置300而带电的水蒸气具有不同电性。因此，带电的水蒸气通过放电装置300后，可因库伦力作用而为电湿润装置200所吸引，进而吸附在绝缘层220或成核层230上。在一些例子中，电力供应源400可为高压直流电供应源，而对导电基底210施加高压直流电。

淡水收集槽500可例如邻设于腔体600。淡水收集槽500可用以收集电湿润装置200上所凝结积聚的淡水。在电湿润装置200的绝缘层220的表面222上方的水累积到一预设量时，即可将电湿润装置200转移到淡水收集槽500上方，并停止对导电基底210施加电力。此时，绝缘层220的表面222转变成疏水性质，绝缘层220的表面222上方的水即可顺利脱离而落入下方的淡水收集槽500。

请继续参照图1，水淡化设备100可选择性地包含承载机构800。电湿润装置200可设置在承载机构800上，而由承载机构800所固持。承载机构800可为可转动机构，或者可为可移动机构。当电湿润装置200所吸附的淡水量达预设值，即可利用承载机构800的转动或移动而将电湿润装置200载送至淡水收集槽500上方，来进行电湿润装置200上的淡水的脱附与收集。在一些例子中，水淡化设备100可包含二个或更多电湿润装置200，以同时进行待淡化水的水气的吸附与淡化水的脱附收集。

请同时参照图1与图5，其中图5是绘示依照本揭露的一实施方式的一种水淡化方法的流程图。对盐水或废水进行淡化处理时，可先进行步骤900，以提供电湿润装置200，并将此电湿润装置200设置在待淡化水700的液面710的上方。电湿润装置200的绝缘层220的表面222与待淡化水700的液面710相面对。电湿润装置200可将待淡化水700的水蒸气吸附于绝缘层220的表面222上。电湿润装置200亦可以图3的电湿润装置200a或图4的电湿润装置200b取代。电湿润装置200、200a、与200b的架构与特性已描述于上，于此不再赘述。

同时，可进行步骤910，以提供放电装置300。在一些示范例子中，可将放电装置300设置在待淡化水700的液面710的上方，以及电湿润装置200的绝缘层220的表面222的下方。接下来，利用放电装置300朝绝缘层220的表面222进行放电处理，以朝绝缘层220的表面222发射电荷，例如负电荷的电子、正电荷气体等，借此使附着在绝缘层220的表面222上方的水蒸气带电。在一些例子中，放电装置300可产生电浆，而利用极化方式使水蒸气带电。放电装置300可产生离子风，可促使待淡化水700的水蒸气移动到电湿润装置200。此外，待淡化水700的水蒸气通过放电装置300时也会带电。

此时，可进行步骤920，以于放电装置300进行放电处理时，对电湿润装置200的导电基底210施加电力，例如对导电基底210施加高压直流电，借此使导电基底210与绝缘层220上的带电水蒸气具有不同电性。如此一来，可将带电的水蒸气吸引于绝缘层220的表面222上方并在绝缘层220的表面222或成核层230上凝结成水。电湿润装置200可促进绝缘层220的表面222或成核层230的亲水性，因此可加速水蒸气的凝结速度，并大幅增加电湿润装置200所能吸附的水容量。

在采用电湿润装置200a或200b的例子中，微结构204a或204b所产生的莲花效应，搭配电湿润效应，可加强绝缘层220的表面222或成核层230的亲水性。因此，可进一步加速水蒸气的凝结速度，且凝结的水可填充在这些微结构204a或204b之间，电湿润装置200a或200b所能吸纳的水容量可获得显著增加。

请再次参照图5，可进行步骤930，以在绝缘层220的表面222上方的水累积到一预设量时，可先利用承载机构800将电湿润装置200转移到淡水收集槽500上方。接着，关闭电力供应源400，而停止对导电基底210施加电力。此时，绝缘层220的表面222从亲水性转变成疏水性，吸附在绝缘层220的表面222上方的水即可顺利脱离，而透过自身的重力落入下方的淡水收集槽500。

透过对电湿润装置200施加电力与对电湿润装置200的表面放电，即可加速水蒸气的凝结与增加所吸纳的水容量。而透过停止对电湿润装置施加电力，即可使电湿润装置200所吸附的淡水脱离。因此，本实施方式的水淡化方法无需大量能源来进行盐水或废水的淡化，相当节省能源，可大幅降低水淡化成本。

在成核层230采用热敏材料的例子中，可通过将温度提高到超过热敏材料的临界温度，使成核层230转变成疏水性。借此，吸附在成核层230上方的水可顺利脱离，而因自身的重力落入淡水收集槽500。

可由上述的实施方式可知，本揭露的一优点就是因为本揭露的水淡化方法可使待淡化的水体的水蒸气带电，并利用电湿润装置而透过库伦力来吸引水蒸气，随后透过停止供电的方式释放凝结在电湿润装置上的淡水。借此，可在低耗能的情况下，顺利完成水的淡化，故可大幅降低水淡化成本。

本揭露的另一优点就是因为本揭露的水淡化方法的电湿润装置的表面可设有许多微结构，以产生莲花效应。结合电湿润技术与微结构所产生的莲花效应，可显著提升淡水吸引效果，并可大幅增加电湿润装置所吸附的淡水量，因此可有效提升水淡化效率，并可进一步降低水淡化成本。

虽然本揭露已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本揭露，任何在此技术领域中具有通常知识者，在不脱离本揭露的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本揭露的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。