[發(fā)明專利]一種高可靠性的污水過濾系統(tǒng)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610067049.8
• 申請日: 2016-01-29
• 公開（公告）號: CN105502583A
• 公開（公告）日: 2016-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蔡權(quán)
• 申請（專利權(quán)）人: 蔡權(quán)
• 主分類號: C02F1/44
• 分類號: C02F1/44;B01D71/68;B01D69/12;B01D69/08;B01D67/00;G01N27/12
• 代理公司: 北京高航知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11530
• 代理人: 李浩

1.一種高可靠性的污水過濾系統(tǒng)，其特征在于：所述污水過濾系統(tǒng)(1)安裝有ZnO基 濕敏傳感器模塊(2)；所述ZnO基濕敏傳感器模塊(2)主要由濕敏敏感元件和數(shù)據(jù)讀取元 件組成，所述濕敏敏感元件為叉指電極型，包括硅片襯底(10)、Si‐NPA(20)、氧化鋅納米 線(30)和石墨烯層(40)；所述過濾系統(tǒng)(1)上還設(shè)置有微處理器、LED顯示燈條和無線 通信模塊；所述微處理器的輸入端與所述ZnO濕敏傳感器模塊(2)的輸出端連接，所述ZnO 濕敏傳感器模塊(2)檢測值達(dá)到預(yù)設(shè)值，所述微處理器控制LED顯示燈條發(fā)出閃光，所述 LED顯示燈條連接有一個(gè)蜂鳴器，LED顯示燈條閃爍的同時(shí)觸動蜂鳴器發(fā)出警報(bào)；所述無線通 信模塊為CC2420無線通信模塊，所述ZnO濕敏傳感器模塊(2)可通過所述CC2420無線通 信模塊發(fā)送檢測數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)基站，移動用戶終端可通過互聯(lián)網(wǎng)查看檢測結(jié)果或?qū)z測數(shù)據(jù)上 傳至云存儲中心，形成檢測和監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；所述污水過濾系統(tǒng)(1)的輸出電線側(cè)壁上設(shè)置有一 個(gè)用于脫濕的聚乙烯醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纖維復(fù)合膜組件，該膜組件將聚乙烯 醇‐乙二胺四甲叉磷酸‐聚砜基膜中空纖維復(fù)合膜固定在玻璃電極上，玻璃電極與濕敏傳感器連 接；所述氧化鋅納米線(30)長度約36μm。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水過濾系統(tǒng)，其特征在于，所述濕敏敏感元件的制備方法如 下：

步驟一，制備Si‐NPA襯底：對3cm×3cm的硅片襯底(10)進(jìn)行包括清洗去污、水熱法 腐蝕制備Si‐NPA襯底；①取3cm×3cm的硅片，將硅片置于硫酸和雙氧水體積比4：1的混 合溶液中，超聲處理20min，取出用去離子水清洗，以去除硅片表面的有機(jī)雜質(zhì)；將硅片放 置于體積比為H₂O：H₂O₂：NH₄OH＝5：2：1的混合溶液中，超聲清洗20min，隨后取出用去 離子水清洗，以去除硅片表面的有機(jī)物和金屬絡(luò)合物；②利用水熱法腐蝕制備Si‐NPA：稱取 1.0g的Fe(NO₃)·9H₂O倒入聚四氟乙烯中，隨后向其中加入20ml去離子水和30ml40％的 HF溶液；將上步清洗的硅片放入溶液中，加蓋放入水熱釜中，隨后將水熱釜放入干燥箱中， 180℃恒溫保持30min，自然冷卻后，取出硅片清洗即得Si‐NPA襯底；

步驟二，生長氧化鋅納米線：采用磁控濺射結(jié)合熱氧化法制備氧化鋅納米線；將硅納米 孔柱襯底放入磁控濺射儀中，在濺射電壓220V、濺射電流0.8A條件下，磁控濺射Zn膜，厚 度為50nm，隨后將其放入箱式爐中，在400℃下熱氧化法處理4h，得到直徑約30nm的 氧化鋅納米線；

步驟三，生長石墨烯層：采用化學(xué)氣相沉積法制備石墨烯；首先在上步得到的襯底上磁 控濺射一層金屬Ni膜，厚度約為5nm；其次，將該襯底放入管式爐中，升溫至900℃，按 一定速率通入氫氣作為保護(hù)還原氣體，穩(wěn)定30min，然后，按照一定比例同時(shí)通入甲烷2h， 停止通入甲烷后開始自然降溫；在Ni催化劑作用下，甲烷分子在高溫下會裂解成碳原子和氫 原子，在降溫過程并且在氫氣的保護(hù)下，碳原子會沉積形成一層石墨烯薄膜；

步驟四，蒸鍍叉指電極：得到生長有氧化鋅納米線和石墨烯的硅納米孔柱襯底后，在襯 底表面覆蓋叉指電極掩模版，利用磁控濺射法在其表面蒸鍍一層500nm厚的Au薄膜作為電 極；

步驟五，組裝敏感元件與讀取數(shù)據(jù)元件：讀取數(shù)據(jù)元件的正負(fù)極導(dǎo)線連接到叉指電極上， 兩部分組成氧化鋅基濕敏傳感器器件；

所述的聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜基膜中空纖維復(fù)合膜組件的制備方法如下：

步驟一，聚砜中空纖維基膜預(yù)處理：聚砜中空纖維基膜在涂覆之前要進(jìn)行預(yù)處理，用去 離子水浸泡12h后，用1.0mol/l的鹽酸浸泡60min，去除膜表面的甘油層和其他有機(jī)溶劑； 然后用1.0mol/l的氫氧化鈉溶液中和過量的鹽酸，最后用去離子水反復(fù)沖洗，使膜表面呈中 性，陰干備用；

步驟二，制備聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纖維復(fù)合膜：將一定質(zhì)量的平均聚 合度為1750±50的聚乙烯醇加入去離子水中，在50℃水浴中攪拌約3h至聚乙烯醇完全溶 解，得到5wt％聚乙烯醇均相水溶液；將溶液冷卻至室溫后加入一定量的乙二胺四甲叉磷酸， 并在室溫下攪拌1.5h，靜置脫泡即得鑄膜液；將經(jīng)過預(yù)處理的聚砜基膜(截留分子量30000) 在鑄膜液浸泡20min后取出，垂直固定在晾絲架上陰干；將經(jīng)過一次涂覆的膜在鑄膜液中再 浸泡20min后，反向固定在晾絲架上，室溫下干燥過夜，制得所需的PVA-EDTMPA/PS中空 纖維復(fù)合膜。

步驟三，固定：將聚乙烯醇-乙二胺四甲叉磷酸-聚砜中空纖維復(fù)合膜固定在玻璃電極上。