本发明涉及反电渗析，特别是涉及一种利用微纳米气泡提升反电渗析产电功率密度的方法。
背景技术：
1、化石燃料的使用是造成温室效应的罪魁祸首，愈演愈烈的气候变化主要是由于碳排放量的不断增加而导致温室气体浓度升高。因此，为降低温室气体浓度，减少化石能源的使用，可再生能源的开发利用问题迫在眉睫。
2、盐差能作为一种容量相对丰富的新型可再生能源，为了将其利用起来，一些盐差能发电技术相继而生。盐差能发电技术是利用两种不同浓度溶液间的化学势差转化为电能。随着海水淡化工业的发展，浓缩海水的排放量增加，对水环境的影响很大。浓缩海水的盐浓度约为正常海水的两倍，这就提供了根据浓缩海水和低盐度水之间的化学电位差来发电的可能性。
3、盐差能发电的技术目前主要有三种：反向电渗析法、渗透压能法、蒸汽压能法，其中反电渗析法(reverse electrodialysis,red)是获取sgp的主流技术。red发电原理是阴离子交换膜(aem)与阳离子交换膜(cem)交替排列分离了淡水(河水)和浓水(海水)，继而在red内部形成浓室与淡室，浓室中的阳离子和阴离子在电化学电位梯度的进料液之间的浓度差作用下，各自通过cem和aem传输到稀室，最终通过电极氧化还原反应形成内电流，外部接入负载时形成外电流进而发电。使用red系统捕获能量的优点是电力直接由盐度梯度产生，海水和河水被直接引入膜堆中产生电化学电位，而且red装置具有高能源效率和低膜污染敏感性，因此常被认为是有效的替代化石能源的新型可再生能源技术。
4、目前，在反电渗析产能发电领域，大部分研究方向都是对red装置的浓淡盐水进料方向、料液循环、进料流速以及膜种类等工艺参数对功率密度的影响进行研究，以盐水溶液作为进料液为主，研发提高反电渗析产电功率密度的新型技术手段对于推动反电渗析技术发展具有重要的现实意义。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种利用微纳米气泡提升反电渗析产电功率密度的方法，以解决上述现有技术存在的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
3、本发明提供一种微纳米气泡在提升反电渗析产电功率密度中的应用。
4、作为本发明的进一步优选，反电渗析装置中的低浓度进料液中含有微纳米气泡。
5、本发明还提供一种利用微纳米气泡提升反电渗析产电功率密度的方法，包括以下步骤：
6、将含有微纳米气泡的盐溶液作为反电渗析装置中的低浓度进料液。
7、作为本发明的进一步优选，所述低浓度进料液为微纳米气泡饱和的盐溶液。
8、作为本发明的进一步优选，所述盐溶液中的溶质为氯化钠、氯化镁、氯化钙或硫酸钠中的一种或几种。
9、作为本发明的进一步优选，所述反电渗析装置中的高浓度进料液浓度为低浓度进料液浓度的10倍。更优选的，高浓度进料液和低浓度进料液采用的盐溶液溶质种类相同；同种溶质在高浓度进料液中的浓度为低浓度进料液中浓度的10倍。
10、作为本发明的进一步优选，所述微纳米气泡尺寸范围在100nm-30μm。
11、作为本发明的进一步优选，所述盐溶液中的溶质为氯化钠和氯化钙；所述盐溶液中，氯化钠的浓度为0.04890m，氯化钙的浓度为0.00110m。
12、作为本发明的进一步优选，所述反电渗析装置的进水流速变化范围为50-200ml/min。
13、本发明利用微纳米气泡发生器制备微纳米气泡通入低盐水溶液中，微纳米气泡发生器材质选择耐腐蚀型，例如316l不锈钢，采用加压溶气原理，出口末端安装特定微纳米气泡发生器，通入溶液，该特定微纳米气泡发生器可连接陶瓷纳米管以获得尺寸均匀可控微纳米气泡。
14、更优选的，微纳米气泡发生器的气源选择为空气时，气体流量范围在200-400ml/min，以其他气体例如氮气、纯氧、氢气或组合气体为气源时，气体流量要达到400-500ml/min。
15、更优选的，微纳米气泡发生过程中，保持0-20℃的液体温度。
16、更优选的，微纳米气泡通入低盐水溶液中的通入时间在10-30min。
17、与普通气泡相比，微纳米气泡稳定性较高，能够稳定在水中维持120-360min，稳定提高red装置的发电效率。
18、本发明提供一种利用微纳米气泡(mnbs)提升反电渗析产电功率密度的方法，利用mnbs微纳米尺度、高传质、高稳定性、比表面积大等特点，促进溶液更好流动混合，进而改善水室中的离子混合，提升离子交换的数量及通过离子交换膜的速率，增大装置发电电压，并使参与电导率变化的离子数增多，溶液电导率增加，进而降低非欧姆电阻，有效增大离子传导的活性膜面积，使离子输运更快速，从而降低red装置欧姆电阻，降低泵能损失功率。同时，本发明还利用mnbs高界面zeta电位高内压塌缩空化过程中产生的冲击波和微区域高温，实现多价离子与离子交换膜内固定基团的结合减少，有效减缓离子交换膜和隔板上污染现象的发生，保持red良好的电化学性能。
19、本发明进一步研究发现，微纳米气泡在反电渗析装置高浓度进料液中的加入，对于提升反电渗析产电功率密度并无显著影响，而微纳米气泡在低浓度进料液中的加入，对提升反电渗析产电功率密度具有显著的影响。
20、本发明还发现，在特定氯化钙配比(0.04890m氯化钠+0.00110m氯化钙)低盐水溶液为进料盐溶液时，相较于未添加mnbs时功率密度提高达到最大为40.05％。
21、多价离子的添加会使装置产电电压下降，离子价态越高，red产电电压越低；同时由于多价离子之间的扩散系数不同，在反应中迁移时，多价离子会与膜内基团进行结合，降低膜基质传输离子的能力及膜内固定电荷密度，导致离子的传导能力和传输速率下降、膜电阻增大；功率密度是由red装置产电电压和总电阻共同决定的。本发明最优溶液配比(0.04890m氯化钠+0.00110m氯化钙)相对于其他溶液配比综合对产电电压和电阻的影响，达到了最大的功率密度。
22、本发明公开了以下技术效果：
23、本发明将mnbs与red耦合，利用mnbs独特稳定的高传质效率、高界面活性及抗污染特性协同red良好的高能源效率性，形成mnbs-red工艺体系，进而提升反电渗析技术的功率密度。
24、本发明方法简单、效果优异，对于推动反电渗析技术发展具有重要的现实意义。
1.微纳米气泡在提升反电渗析产电功率密度中的应用。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，反电渗析装置中的低浓度进料液中含有微纳米气泡。
3.一种利用微纳米气泡提升反电渗析产电功率密度的方法，其特征在于，包括以下步骤：将含有微纳米气泡的盐溶液作为反电渗析装置中的低浓度进料液。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述低浓度进料液为微纳米气泡饱和的盐溶液。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述盐溶液中的溶质为氯化钠、氯化镁、氯化钙或硫酸钠中的一种或几种。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反电渗析装置中的高浓度进料液浓度为低浓度进料液浓度的10倍。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述微纳米气泡尺寸范围在100nm-30μm。
8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述盐溶液中的溶质为氯化钠和氯化钙；所述盐溶液中，氯化钠的浓度为0.04890m，氯化钙的浓度为0.00110m。
9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述反电渗析装置的进水流速变化范围为50-200ml/min。
