專利名稱：物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法和裝置的制作方法
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)專利申請(qǐng)?zhí)枮閆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)專利申請(qǐng)?zhí)枮?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(X)2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(Ti02、ZnO, CdS、！^e2O3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。在另一優(yōu)選例中，所述的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒懸浮置于陰極板、陽(yáng)極板之間，所述顆粒選自下組植物模板多級(jí)孔TiO2、石墨烯負(fù)載半導(dǎo)體催化材料、P25Ti02、 普通銳鈦礦TiO2、摻氮TiO2、摻硼TiO2、摻銀Ti02、Ti02&C復(fù)合材料、Ti02&Si02復(fù)合材料、或其組合；所述顆粒粒徑為20nm至1mm。在另一優(yōu)選例中，所述懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒粒徑為20nm至ΙΟΟμπι，較佳地為 20nm 至 50 μ m。在另一優(yōu)選例中，所述懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒選自下組植物模板多級(jí)孔 TiO2(其粒徑為lOOnm-lmm)、石墨烯負(fù)載半導(dǎo)體催化材料(其粒徑為200nm 2 μ m)、 P25Ti02 (其粒徑為20nm-40nm)、普通銳鈦礦(其粒徑為20nm-100nm)、摻氮(其粒徑為 20nm-100nm)、摻硼 11 (其粒徑為 20nm_100nm)、摻銀 11 (其粒徑為 20nm_100nm)、 Ti02&C復(fù)合材料(其粒徑為500nm 3 μ m)、Ti02&Si02復(fù)合材料(其粒徑為5 μ m-lmm)或其組合。在另一優(yōu)選例中，所述植物模板多級(jí)孔TiA的粒徑為IOOnm-IOO μ m,較佳地為 IOOnm-IO μ m ； 在另一優(yōu)選例中，所述Ti02&Si02復(fù)合材料的粒徑為5 μ m-100 μ m，較佳地為 5 μ m-50 μ m。在另一優(yōu)選例中，所述的陽(yáng)極板、陰極板為圓筒型，其中，陰極板靠近并環(huán)繞杯體內(nèi)壁、陽(yáng)極板靠近并環(huán)繞于后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)；或者，所述的陽(yáng)極板、陰極板為長(zhǎng)方形，2-6組陰陽(yáng)極板，均勻排布于下部杯體與后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)之間的空間內(nèi)。
在另一優(yōu)選例中，當(dāng)陽(yáng)極板、陰極板為圓筒型時(shí)，陽(yáng)極板為多孔陽(yáng)極，保證水流暢
ο在另一優(yōu)選例中，所述陽(yáng)極板為石墨、不銹鋼、鈦板、鈦形穩(wěn)電極、鐵、或金剛石薄膜電極；所述陰極板為石墨、銅、或鐵電極。在另一優(yōu)選例中，所述的紫外LED設(shè)置于杯體內(nèi)壁，下層篩網(wǎng)周圍。在另一優(yōu)選例中，所述的紫外LED為2-6個(gè)，所用的波長(zhǎng)為350-410nm。在另一優(yōu)選例中，所述的后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)為卷式過(guò)濾膜，所述濾膜孔徑小于所選用的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒粒徑。在另一優(yōu)選例中，所述濾膜對(duì)懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒的截留率大于99%。在另一優(yōu)選例中，所述過(guò)濾膜孔徑大小為10nm-20nm。在另一優(yōu)選例中，所述卷式濾膜的濾芯與杯底可拆卸連接。在另一優(yōu)選例中，所述濾芯為中空柱形結(jié)構(gòu)，濾芯內(nèi)部為剛性網(wǎng)制成的筒狀支撐結(jié)構(gòu)，若干層納米過(guò)濾膜繞置于支撐筒外部。在另一優(yōu)選例中，所述裝置還包括加壓泄壓裝置，其中，所述的加壓裝置為活塞加壓或氣囊加壓，設(shè)置于上部杯蓋處；所述的泄壓裝置氣囊加壓時(shí)為氣囊上的放氣螺閥；或，活塞加壓時(shí)為下部杯體側(cè)部的放氣螺閥。在另一優(yōu)選例中，所述的前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)、下層篩網(wǎng)和過(guò)濾材料，其中，下層篩網(wǎng)固定在杯體內(nèi)壁，上層篩網(wǎng)放置于杯體內(nèi)壁可上下自由移動(dòng)，過(guò)濾材料位于上層篩網(wǎng)和下層篩網(wǎng)之間；所述的過(guò)濾材料選自下組活性炭顆粒、活性炭纖維、石墨烯、木屑、多碘樹(shù)脂、秸桿或果皮。本發(fā)明第二發(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，包括步驟(1)將待凈化處理的水，用前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾，從而得到經(jīng)過(guò)濾的水；其中，所述前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)、下層篩網(wǎng)和過(guò)濾材料，所述過(guò)濾材料位于上層篩網(wǎng)和下層篩網(wǎng)之間；(2)將步驟(1)得到的經(jīng)過(guò)濾的水，用懸浮式光電催化體系進(jìn)行凈化，從而得到經(jīng)光電催化處理的水，其中，所述懸浮式光電催化體系包括陽(yáng)極板、陰極板、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒、 和紫外LED ；在另一優(yōu)選例中，所述光電催化體系中，所述懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒懸浮置于陰極板、陽(yáng)極板之間。在另一優(yōu)選例中，所述光電催化體系用于催化降解步驟(1)得到的經(jīng)過(guò)濾的水中的細(xì)菌、病毒和其他有機(jī)質(zhì)。(3)將步驟(2)得到的經(jīng)光電催化處理的水，通過(guò)膜過(guò)濾去除雜質(zhì)和懸浮的半導(dǎo)體光催化顆粒，從而得到凈化的水。在另一優(yōu)選例中，所述可飲用水濁度不超過(guò)1個(gè)散射濁度單位(NTU)；無(wú)色度；銅離子含量不超過(guò)lmg/L ；檢測(cè)不到大腸桿菌；無(wú)肉眼可見(jiàn)物。在另一優(yōu)選例中，所述的凈化的水是符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的可飲用水。應(yīng)理解，在本發(fā)明范圍內(nèi)中，本發(fā)明的上述各技術(shù)特征和在下文(如實(shí)施例)中具體描述的各技術(shù)特征之間都可以互相組合，從而構(gòu)成新的或優(yōu)選的技術(shù)方案。限于篇幅，在此不再--累述。


圖1是本發(fā)明氣囊加壓-筒式電極的凈水裝置的剖面圖。圖2是本發(fā)明氣囊加壓-筒式電極的凈水裝置的下部截面圖。圖1、圖2中A加壓泄壓裝置，B前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)、C懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)、D后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)；1杯蓋、2杯體、3入水口、4氣囊、5放氣螺閥、6上篩網(wǎng)、7下篩網(wǎng)、8過(guò)濾材料、 9陽(yáng)極、10陰極、11懸浮式光催化半導(dǎo)體顆粒、12紫外LED、13電池和導(dǎo)線、14卷式濾膜、15 出水口。圖3是本發(fā)明活塞加壓-板式電極的凈水裝置的剖面圖。圖4是本發(fā)明活塞加壓-板式電極的凈水裝置的下部截面圖。圖3、圖4中A加壓泄壓裝置，B前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)、C懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)、D后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)；1杯蓋、2杯體、3入水口、4活塞、5放氣螺閥、6上篩網(wǎng)、7下篩網(wǎng)、8過(guò)濾材料、 9陽(yáng)極、10陰極、11懸浮式光催化半導(dǎo)體顆粒、12紫外LED、13電池和導(dǎo)線、14卷式濾膜、15 出水口。圖5是本發(fā)明實(shí)施例中的濁度過(guò)濾效果圖。圖6是本發(fā)明對(duì)比例中羅丹明B在光電催化和僅使用光催化或僅使用電催化降解效果圖。圖7是本發(fā)明實(shí)施例中銅離子凈化效果圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明人通過(guò)長(zhǎng)期而深入的研究，意外地發(fā)現(xiàn)了一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法(1)所述物理吸附預(yù)處理降低了光電催化和膜過(guò)濾的負(fù)荷、提高了效率、節(jié)省了能源、延長(zhǎng)了后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)中過(guò)濾膜的使用壽命。(2)所述光電催化體系中，發(fā)明人將半導(dǎo)體光催化顆粒懸浮于電極板之間，充分利用納米粉顆粒大的比表面積，增加了顆粒與水中污染物的接觸面積，最大程度地保留了催化劑的活性，提高了光催化的效率；在催化前階段污染物濃度高時(shí)電催化起主要作用，在催化后階段污染物濃度已較低時(shí)光催化起主要作用，兩者協(xié)同作用深化催化降解，降解了細(xì)菌、病毒、腐殖質(zhì)、有機(jī)色素等。(3)所述的膜過(guò)濾用于分離懸浮式半導(dǎo)體催化顆粒，克服了其在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了易于流失，難以回收的問(wèn)題，并且使得半導(dǎo)體催化顆粒不流入最終出水中，保證出水質(zhì)量；并將經(jīng)光電催化降解的水進(jìn)一步深化處理，攔截式去除了水中殘留的細(xì)菌、病毒以及水中含有的顆粒性雜物。并設(shè)計(jì)了一種便攜凈水裝置，所述裝置包括杯蓋、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)，優(yōu)選地還可以包括加壓泄壓裝置。所述裝置以最優(yōu)化的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了濾材物理吸附、懸浮式光電催化和膜過(guò)濾方法的協(xié)同組合，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。在此基礎(chǔ)上，發(fā)明人完成了本發(fā)明。凈水裝置下面對(duì)本發(fā)明的凈水裝置和凈水方法作詳細(xì)說(shuō)明，在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述。氣囊加壓-筒式電極的凈水裝置所述裝置，如圖1和圖2所示，包括杯蓋1、杯體2、加壓泄壓裝置A、前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)B、懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)C、后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)D。其中杯蓋1處即杯口處為入水口 3 ；杯體2與杯蓋1可活動(dòng)連接(如相扣的方式連接)；加壓泄壓裝置A設(shè)置于杯蓋1上；前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)B設(shè)置于杯體的中部，懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)C為位于下部杯體，后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)D 位于杯體下中部，同軸設(shè)置且正對(duì)杯殼底端的出水口 15。所述的杯蓋1、杯體2為絕緣體，優(yōu)選地為硬質(zhì)塑料。所述的加壓泄壓裝置A可為一氣囊4以及氣管上的放氣螺閥5。所述的前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)6、下層篩網(wǎng)7和過(guò)濾材料8，其中，下層篩網(wǎng) 7固定在杯體內(nèi)壁，上層篩網(wǎng)6放置于杯體內(nèi)壁可上下自由移動(dòng)，過(guò)濾材料8位于上層篩網(wǎng) 6和下層篩網(wǎng)7之間；所述的過(guò)濾材料選自下組活性炭顆粒、活性炭纖維、石墨烯、木屑、多碘樹(shù)脂、秸桿、果皮等吸附材料，可將濾材裝入棉包里組成濾材包。所述的懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)C包括陽(yáng)極板9、陰極板10、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒11、紫外LED12、導(dǎo)線和電池13。所述的陽(yáng)極板9靠近中心，為圓筒型多孔陽(yáng)極，為石墨、不銹鋼、鈦板、鈦形穩(wěn)電極、鐵、或金剛石薄膜電極材料，陽(yáng)極板9為多孔陽(yáng)極，保證水流暢通。所述的陰極板10靠近杯壁，為圓筒型，為石墨、銅、或鐵電極材料。所述的半導(dǎo)體光催化顆粒11懸浮置于下部杯體陰陽(yáng)極板間，可為植物模板多級(jí)孔TiO2、石墨烯負(fù)載半導(dǎo)體催化材料、P25Ti02、普通銳鈦礦TiO2、摻氮TiO2、摻硼TiO2、摻銀Ti02、Ti02&C復(fù)合材料、 TiA&SiA復(fù)合材料等，其粒徑通常在20nm-lmm之間。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體光催化顆粒選自下組所述半導(dǎo)體光催化顆粒選自下組植物模板多級(jí)孔TiO2 (其粒徑為IOOnm-Imm)、石墨烯負(fù)載半導(dǎo)體催化材料(其粒徑為200nm 2μπι)、P25Ti02 (其粒徑為20nm-40nm)、普通銳鈦礦TiO2 (其粒徑為20nm-100nm)、摻氮 TiO2 (其粒徑為20nm-100nm)、摻硼TW2 (其粒徑為20nm-100nm)、摻銀TW2 (其粒徑為 20nm-100nm)、Ti02&C復(fù)合材料(其粒徑為500nm 3 μ m) ,Ti02&Si02復(fù)合材料(其粒徑為 5 μ m-lmm)或其組合。所述的紫外LED12設(shè)置于內(nèi)部杯壁下層篩網(wǎng)周圍，所述的紫外LED可以為2_6個(gè) (優(yōu)選4個(gè))，所用的波長(zhǎng)可為350-410nm。所述的電池13采用3-5V，電解質(zhì)采用NaCl或Na2S04。所述的后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)D為卷式過(guò)濾膜，所述濾膜孔徑小于所選用的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒粒徑，所述濾膜對(duì)懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒的截留率大于99%。優(yōu)選地，所述濾膜孔徑為10-20nm。所述卷式濾膜的濾芯中空柱形結(jié)構(gòu)，濾芯內(nèi)部為剛性網(wǎng)制成的筒狀支撐結(jié)構(gòu)，若干層納米過(guò)濾膜繞置于支撐筒外部，具有好的密封性，通過(guò)螺絲圈、橡皮墊圈與杯體底部可拆卸連接?；钊訅?板式電極的凈水裝置所述裝置如圖3和圖4所示，與圖1和圖2所示的裝置區(qū)別在于所述的加壓裝置A設(shè)置于杯蓋1內(nèi)部，可為活塞4加壓。所述的泄壓裝置A設(shè)置與杯體2上，可為下部杯體側(cè)部的放氣螺閥5。所述的陽(yáng)極板、陰極板也可以為長(zhǎng)方形，2-6組(優(yōu)選4組)，組與組均勻排布于杯體下部。凈水方法本發(fā)明所述凈水方法包括步驟(1)將待凈化處理的水用前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾，從而得到經(jīng)過(guò)濾的水；其中，所述前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)、下層篩網(wǎng)和過(guò)濾材料，所述過(guò)濾材料位于上層篩網(wǎng)和下層篩網(wǎng)之間；優(yōu)選地，所述的過(guò)濾材料選自下組顆?；钚蕴?、活性炭纖維、石墨烯、木屑、多碘樹(shù)脂、秸桿或果皮，可將濾材裝入棉包里組成濾材包。(2)將步驟(1)得到經(jīng)過(guò)濾的水用懸浮式光電催化體系進(jìn)行凈化，從而得到經(jīng)光電催化處理的水；其中，所述懸浮式光電催化體系包括陽(yáng)極板、陰極板、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒、 和紫外LED。優(yōu)選地，所述光電催化體系中，其光電催化材料懸浮置于陰極板、陽(yáng)極板之間。所述光電催化體系主要用于催化降解步驟(1)得到的水中的細(xì)菌、病毒和其他有機(jī)質(zhì)。(3)將步驟( 得到經(jīng)光電催化處理的水通過(guò)膜過(guò)濾去除雜質(zhì)和懸浮的半導(dǎo)體光催化顆粒，從而得到凈化的水。優(yōu)選地，所述的凈化的水是符合國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)的水。優(yōu)選地，所述膜可以是卷式過(guò)濾膜，所述濾膜孔徑小于所選用的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒粒徑，對(duì)懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒的截留率大于99%。結(jié)合本發(fā)明的凈水裝置進(jìn)一步闡述所述凈水方法第一步，凈水使用時(shí)，打開(kāi)杯蓋1 ；根據(jù)需要調(diào)節(jié)上層篩網(wǎng)6控制過(guò)濾材料8的松緊程度；裝入原水，關(guān)閉杯蓋1。凈水杯的前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)B位于杯體2的中部，這種結(jié)構(gòu)預(yù)留出杯口的原水盛水空間。所述的調(diào)節(jié)上層篩網(wǎng)控制過(guò)濾材料的緊密程度的實(shí)現(xiàn)方式是上層篩網(wǎng)可沿著杯體內(nèi)壁上下自由移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了控制過(guò)濾材料被上層篩網(wǎng)壓的緊密程度，過(guò)濾材料被壓得越緊、孔徑層次越多越細(xì)，原水越難通過(guò)，此時(shí)加壓強(qiáng)制水流經(jīng)過(guò)濾材料起到良好的過(guò)濾效
: O第二步，利用加壓裝置A (如氣囊加壓或活塞加壓)使原水通過(guò)前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)B得一級(jí)濾出水進(jìn)入懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)C。在前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)中，首先利用上層篩網(wǎng)去除大體積雜物；其次利用中間自然形成的隔層填充過(guò)濾材料包進(jìn)一步吸附性預(yù)處理，過(guò)濾材料由活性炭顆粒、活性炭纖維、石墨烯、木屑、多碘樹(shù)脂、秸桿、果皮等農(nóng)業(yè)及生活中的廢棄物制備而成的新型多孔吸附材料等濾材組成，可將濾材裝入棉包里組成濾材包；然后濾出水通過(guò)下層濾網(wǎng)7，一次濾出水過(guò)入杯體下部的懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)C。第三步，打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)，給電極板加3-5V的電壓，同時(shí)打開(kāi)紫外燈12，反應(yīng)5-10分鐘，得二級(jí)濾出水。利用光催化氧化和電催化氧化的協(xié)同作用將一次濾出水中的細(xì)菌、病毒和其它有機(jī)質(zhì)進(jìn)一步催化分解，在催化前階段污染物濃度高時(shí)電催化起主要作用，在催化后階段污染物濃度已較低時(shí)光催化起主要作用，兩者協(xié)同作用深化催化降解；在電催化反應(yīng)中還能在陰極還原重金屬離子。第四步，利用加壓裝置A(如氣囊加壓或活塞加壓)使二級(jí)濾出水通過(guò)后置膜過(guò)濾機(jī)構(gòu)D，三級(jí)濾出水從出水口 15中流入接水容器中。利用卷式濾膜14進(jìn)一步截流性分離半導(dǎo)體催化顆粒、去除殘余細(xì)菌、病毒和二級(jí)出水中含有的顆粒性雜物，達(dá)到深化過(guò)濾效果。所述的流入接水容器的實(shí)現(xiàn)方式是杯體底部外壁有凸出的結(jié)構(gòu)，可以擱置在接水容器口處。第五步，使用加壓裝置A(如氣囊加壓或活塞加壓)感覺(jué)杯體內(nèi)氣壓過(guò)大時(shí)，適時(shí)通過(guò)泄壓機(jī)構(gòu)A的放氣螺閥5進(jìn)行放氣緩解過(guò)大的杯體內(nèi)的氣壓。第六步，凈水使用一段時(shí)間以后，更換過(guò)濾材料、回收、再生。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)有(1)本發(fā)明提供了一種結(jié)合協(xié)同懸浮式半導(dǎo)體光電催化、前置物理吸附與后置膜過(guò)濾的凈水方法。(1. 1)前置物理吸附降低了光電催化和膜過(guò)濾的負(fù)荷、提高了效率、節(jié)省了能源。(1. 2)懸浮式光電催化增加了顆粒與水的接觸，提高了光催化的效率，克服了膜電極與污染物接觸面積小的缺陷。在催化前階段污染物濃度高時(shí)電催化起主要作用，在催化后階段污染物濃度已較低時(shí)光催化起主要作用，兩者協(xié)同作用降解細(xì)菌、病毒、腐殖質(zhì)、有機(jī)色素等。(1. 3)后置膜過(guò)濾分離半導(dǎo)體催化顆粒，并將經(jīng)光電催化降解的水進(jìn)一步攔截式去除水中殘留的細(xì)菌、病毒以及水中含有的顆粒性雜物，保證出水水質(zhì)。(2)本發(fā)明提供了一種使用上述方法的小型杯式凈水裝置，所述裝置操作簡(jiǎn)易、攜帶方便、環(huán)境友好、凈化時(shí)間短，效果好，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。下面結(jié)合具體實(shí)施，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件， 或按照制造廠商所建議的條件。除非另外說(shuō)明，否則百分比和份數(shù)按重量計(jì)算。實(shí)施例1氣囊加壓-筒式電極的凈水裝置對(duì)四種污水的凈化處理
第一步，打開(kāi)杯蓋1 ；加入200mg竹葉基板制備的多孔二氧化鈦催化顆粒(平均粒徑為20 μ m)；加入2g硫酸鈉電解質(zhì)；在上下篩網(wǎng)間加入過(guò)濾材料；根據(jù)需要調(diào)節(jié)上篩網(wǎng)6 控制過(guò)濾材料的松緊程度；準(zhǔn)備四份裝置，分別對(duì)以下四種污水進(jìn)行處理(1. 1) 1740NTU、1160NTU、870NTU、696NTU、580NTU、497NTU 的濁度的泥水；(1. 2) 4mg/L,8mg/L, 12mg/L, 16mg/L,20mg/L 濃度的羅丹明 B 染料溶液；(1. 3)50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L、10mg/L 硫酸銅溶液；(1. 4)含一定大腸桿菌的河水；關(guān)閉杯蓋1。第二步，氣囊加壓，使原水流經(jīng)前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)B(上篩網(wǎng)6、過(guò)濾材料8、下篩網(wǎng)7) 得一級(jí)濾出水，并進(jìn)入光電催化凈水機(jī)構(gòu)C。(2. 1)測(cè)試一級(jí)濾出水濁度的變化，結(jié)果如圖5和表1所示。表權(quán)利要求
1.一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水裝置，其特征在于，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。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，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。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒懸浮置于陰極板、陽(yáng)極板之間，所述顆粒選自下組植物模板多級(jí)孔TiO2、石墨烯負(fù)載半導(dǎo)體催化材料、P25Ti02、普通銳鈦礦TiO2、摻氮TiO2、摻硼TiO2、摻銀Ti02、Ti02&c復(fù)合材料、TiA&siA復(fù)合材料、或其組合；所述顆粒粒徑為20nm至1mm。
4.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述的陽(yáng)極板、陰極板為圓筒型，其中，陰極板靠近并環(huán)繞杯體內(nèi)壁、陽(yáng)極板靠近并環(huán)繞于后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)；或者，所述的陽(yáng)極板、陰極板為長(zhǎng)方形，2-6組陰陽(yáng)極板，均勻排布于下部杯體與后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)之間的空間內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述陽(yáng)極板為石墨、不銹鋼、鈦板、鈦形穩(wěn)電極、鐵、或金剛石薄膜電極；所述陰極板為石墨、銅、或鐵電極。
6.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，所述的紫外LED設(shè)置于杯體內(nèi)壁，下層篩網(wǎng)周圍。
7.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述的后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)為卷式過(guò)濾膜，所述濾膜孔徑小于所選用的懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒粒徑。
8.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述裝置還包括加壓泄壓裝置，其中，所述的加壓裝置為活塞加壓或氣囊加壓，設(shè)置于上部杯蓋處；所述的泄壓裝置氣囊加壓時(shí)為氣囊上的放氣螺閥；或，活塞加壓時(shí)為下部杯體側(cè)部的放氣螺閥。
9.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述的前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)、下層篩網(wǎng)和過(guò)濾材料，其中，下層篩網(wǎng)固定在杯體內(nèi)壁，上層篩網(wǎng)放置于杯體內(nèi)壁可上下自由移動(dòng)，過(guò)濾材料位于上層篩網(wǎng)和下層篩網(wǎng)之間；所述的過(guò)濾材料選自下組活性炭顆粒、活性炭纖維、石墨烯、木屑、多碘樹(shù)脂、秸桿或果皮。
10.一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法，其特征在于，包括步驟(1)將待凈化處理的水，用前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)進(jìn)行過(guò)濾，從而得到經(jīng)過(guò)濾的水；其中，所述前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)包括上層篩網(wǎng)、下層篩網(wǎng)和過(guò)濾材料，所述過(guò)濾材料位于上層篩網(wǎng)和下層篩網(wǎng)之間；(2)將步驟(1)得到的經(jīng)過(guò)濾的水，用懸浮式光電催化體系進(jìn)行凈化，從而得到經(jīng)光電催化處理的水，其中，所述懸浮式光電催化體系包括陽(yáng)極板、陰極板、懸浮式半導(dǎo)體光催化顆粒、和紫夕卜LED ；(3)將步驟( 得到的經(jīng)光電催化處理的水，通過(guò)膜過(guò)濾去除雜質(zhì)和懸浮的半導(dǎo)體光催化顆粒，從而得到凈化的水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法和裝置。具體地，公開(kāi)了一種物理吸附-光電催化-膜過(guò)濾聯(lián)用的凈水方法和使用這種凈水方法的凈水裝置。所述裝置包括杯蓋、杯體、加壓泄壓裝置、前置過(guò)濾機(jī)構(gòu)、懸浮式光電催化凈水機(jī)構(gòu)、后置過(guò)濾機(jī)構(gòu)。所述方法將懸浮式半導(dǎo)體光電催化方法結(jié)合前置物理吸附與后置膜過(guò)濾結(jié)合，使三者協(xié)同作用，對(duì)水中大體積雜物、重金屬離子以及對(duì)細(xì)菌、病毒分級(jí)凈化。所述裝置取水方便、可反復(fù)取水、方法簡(jiǎn)單、出水安全、結(jié)構(gòu)最優(yōu)化、可批量生產(chǎn)，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。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102432129SQ20111036169
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者丁亮, 湯艷萍, 石峰, 范同祥, 黃金秋 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)