压力延滞渗透系统的传质及热力优化研究

盐差能作为一种清洁的、可再生的、量巨大的能源日益受到科学家们的关注；据统计，我国沿海盐差能源的蕴藏量为1.25+E11W，此等能源假如为我们所用，则其意义非常地深远。盐差能现在在国内外均处于理论与实验研究的阶段，国外对此能源研究利用较多，其着重关注于半透膜的性能，盐水浓度的选择，能流密度以及盐差能发电系统的效率问题。由于盐差能是两种不同浓度的溶解液之间自由能存在差别，使得其互相运动达到平衡而产生的能量，因此这个过程必然伴随有物质的传递。本项目通过分析压力延滞渗透系统膜的传质机理，建立理论模型。结合淡水的清洁处理内容，与渗流传质机理相结合，优化压力延滞渗透系统，使其保持各项性能高，使用寿命长的特点。此外，通过理论研究所得的理论模型，可通过购置商业膜搭台架进行实验验证，通过实验的辅助来修正已经研究出的理论。

在世界范围内节能减排的大背景下，盐差能作为一种新型的可再生海洋能源，受到各国特别是欧洲国家越来越多的关注。基于半透膜的压力延滞渗透系统（PRO）是目前提取盐差能的主要研究热点之一。本项目重点研究了PRO系统传统的Leob循环的热力学特性，提出多级压力循环方式，新的循环与Leob循环相比有更高的效率，可以从等量的盐差能提取为更多的有用功。基于不可逆热力学的渗透模型（以K-K方程为代表）主要适用于宏观尺度，而PRO系统需要使用的正渗透膜的膜孔为纳米和亚纳米级，接近细胞水通道蛋白（AQP）的孔径尺度. 将宏观渗透模型直接应用于微尺度时，会得到一些与实验相违背的结论。鉴于此，经过几次失败的尝试后，我们开发了新的可以应用于微尺度的渗透模型。该模型与相关的实验结果吻合得很好。新模型描述了纳米及亚纳米级别的传质特性，有助于设计具有更优性能的半透膜。此外，红细胞上原位AQP1和非洲角蟾卵母细胞异源的AQP1之间的渗透性能差异一直是困扰生物学家的谜题，而新模型成功揭示了产生两者性能差异的原因，并为进一步弄清AQP的调控的动力学机制提供了工具。