[發(fā)明專(zhuān)利]物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法和裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110361695.2
• 申請(qǐng)日: 2011-11-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102432129A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-05-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 湯艷萍;黃金秋;石峰;丁亮;范同祥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C02F9/08
• 分類(lèi)號(hào): C02F9/08;A45F3/16;C02F1/28;C02F1/32;C02F1/461;C02F1/44
• 代理公司: 上海一平知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31266
• 代理人: 祝蓮君;任永武

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法和裝置。

背景技術(shù)

水是生命之源，一般從大自然中直接獲取的水源可能含有細(xì)菌、有毒有害金屬離子等雜質(zhì)，直接飲用會(huì)對(duì)人體造成危險(xiǎn)，在野外行軍、野外施工、震后重建等場(chǎng)合都需對(duì)原水進(jìn)行處理，目前處理方式主要是煮沸、加藥凈化或過(guò)濾器處理。

燒水需要器具、浪費(fèi)燃料，而且耗時(shí)間。凈水藥品的缺點(diǎn)是有藥物殘留、異味異色、容易引起過(guò)敏，同時(shí)會(huì)和某些食物或是用具起化學(xué)反應(yīng)?，F(xiàn)有的過(guò)濾器在局限是價(jià)格貴，體積大，重量大，使用時(shí)也需要經(jīng)常維護(hù)，很難運(yùn)用到野外行軍等應(yīng)急場(chǎng)合。

經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有的便攜技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)有的便攜凈水器有擠壓式，這種設(shè)計(jì)外部加的壓力有限，限制了活性炭濾芯的大小，過(guò)濾效果不理想，另外出水中沒(méi)有去除細(xì)菌病毒。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮椋篫L200620063423.9只采用了一級(jí)濾膜過(guò)濾，沒(méi)有經(jīng)過(guò)活性炭等吸附濾材的預(yù)處理，濾膜易污染、使用壽命短，特別是對(duì)細(xì)菌病毒的去除不能保證。中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)枮椋?00610032761.0的吸管式便攜凈水器，該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了人將原水直接吸取經(jīng)過(guò)過(guò)濾層的技術(shù)，但是需要使用人不斷吸取，消耗體力，濾出水量也受到了體力的限制，采用了一級(jí)活性炭過(guò)濾，濾程短過(guò)濾效果不能得到保障。

電化學(xué)氧化法是一種具有廣泛應(yīng)用前景的綠色污染控制技術(shù)，可以使非生化降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為可生化降解的有機(jī)物，或使非生化降解的有機(jī)物燃燒而生成CO₂和H₂O；電化學(xué)方法還能陽(yáng)極氧化和陰極還原無(wú)機(jī)重金屬離子，使之產(chǎn)生沉淀或變價(jià)來(lái)降低毒性。這種高級(jí)氧化方法具有無(wú)需化學(xué)藥品、裝置占地面積小、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被稱(chēng)為“環(huán)境友好”技術(shù)。但是這種方法的缺點(diǎn)是電能是最高品位的能量；適合中低濃度廢水，極低濃度造成的傳質(zhì)問(wèn)題將阻礙電催化降解效果。

光催化自1972年Fujishima和Honda發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體單晶電極光分解水的反應(yīng)后，作為一種半導(dǎo)體多相光催化技術(shù)，在廢水處理、空氣凈化及新能源開(kāi)發(fā)等眾多領(lǐng)域得到廣泛利用。當(dāng)入射光的能量大于半導(dǎo)體(TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃和WO₃)本身的帶隙能量(Bandgap)時(shí)，在光的照射下半導(dǎo)體價(jià)帶(Valence?band)上的電子吸收光能而被激發(fā)到導(dǎo)帶(Conduction?band)上，即在導(dǎo)帶上產(chǎn)生帶有很強(qiáng)負(fù)電性的高活性電子(e-)，同時(shí)在價(jià)帶上產(chǎn)生帶正電的空穴(h+)，從而產(chǎn)生具有很強(qiáng)活性的電子/空穴對(duì)，形成氧化還原體系，此時(shí)，如果在電子和空穴(氧化電位2.0)的附近存在合適的電子受主或電子施主，將發(fā)生氧化還原反應(yīng)，光生空穴可以在水中產(chǎn)生氧化能力極強(qiáng)的·OH自由基(氧化電位2.8eV)，可在常溫常壓下幾乎無(wú)選擇地對(duì)水中難于降解的有機(jī)污染物完全礦化。但是在實(shí)際反應(yīng)過(guò)程中，主要問(wèn)題是光生空穴和電子容易復(fù)合，壽命短，限制了光催化的效率。

因此，迫切需要開(kāi)發(fā)一種利用高效光催化與電催化反應(yīng)的凈水方法，以及基于這種凈水方法達(dá)到凈化效果好、環(huán)境友好的、簡(jiǎn)易便攜的凈水裝置。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法。

本發(fā)明并以常用杯形為原形，提供了一種便攜凈水裝置。最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了濾材吸附、懸浮式光電催化和膜過(guò)濾方法的協(xié)同結(jié)合，分級(jí)處理大體積雜物、腐殖質(zhì)、重金屬離子、細(xì)菌、病毒等污染物、氣密性好、加壓方式可靠方便、取水方便、可反復(fù)取水、出水安全、方便攜帶以及機(jī)構(gòu)單元可拆卸、過(guò)濾材料回收替換功能的一體化結(jié)合，可廣泛運(yùn)用于行軍、野外勘探、探險(xiǎn)旅行、震后重建等場(chǎng)合。

本發(fā)明第一方面提供了一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水裝置，包括：杯蓋、杯體、前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)、懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)、和后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)，

其中，杯體的頂端設(shè)有入水口，杯體的底端設(shè)有出水口，杯體與杯蓋活動(dòng)連接，前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)設(shè)置于杯體中部，懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)位于杯體下部，后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)位于杯體下部且正對(duì)出水口。

在另一優(yōu)選例中，所述的懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)包括：陽(yáng)極板、陰極板、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒、紫外LED、導(dǎo)線、和電池。

在另一優(yōu)選例中，所述陽(yáng)極板、陰極板、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒、和紫外LED位于杯體內(nèi)壁和后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)之間；電池位于杯體外底部，與電極板用導(dǎo)線連接。

在另一優(yōu)選例中，所述電池采用3-5V。