專利名稱：一種深度凈化飲用水的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種深度凈化飲用水的裝置，屬于電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著城市化與工業(yè)化的迅速發(fā)展，水源的污染日趨嚴(yán)重。水源中的有機(jī)污染物和某些重金屬離子，特別是常規(guī)方法難以去除的三致(致癌、致畸、致突變)優(yōu)先控制的污染物，對飲用水的衛(wèi)生質(zhì)量構(gòu)成了極大的威脅。據(jù)檢測發(fā)現(xiàn)，某地的自來水中存在20多種有機(jī)污染物和重金屬離子。國際某衛(wèi)生組織發(fā)表的研究報告指出當(dāng)今80％以上的疾病和50％以上的癌癥與水和空氣的污染有關(guān)。
目前市場上有一種飲水設(shè)備，由“膜分離器十電熱器”構(gòu)成。膜分離器的作用是通過膜表面的微孔將水中的其它成分過濾分離，電熱器的用途是加熱水、靠消耗電能產(chǎn)生熱水。在正常情況下，膜分離法凈化后的水比“開水”衛(wèi)生、潔凈。例如采用反滲透膜分離法，能除去水中的無機(jī)離子、病毒、細(xì)菌、以及分子量大于120的有機(jī)物。獲得高純度的水。但是，由于膜表面的孔輕還不夠小，分子量大于120的有機(jī)分子仍可通過膜，得不到分離。此外，因為孔小容易發(fā)生堵塞現(xiàn)象，需要20倍的水量進(jìn)行沖洗，水的浪費(fèi)很大。如果不及時沖洗或更換膜，大量的污染物和細(xì)菌附著在膜表面，而膜本身也是有機(jī)物，極易被細(xì)菌當(dāng)作營養(yǎng)物，導(dǎo)致膜的快速老化失效和細(xì)菌大量繁殖，因而產(chǎn)生水的二次污染，水質(zhì)急劇下降，甚至不及原水。當(dāng)膜的性能和表面狀態(tài)處理正常的條件下，溶解于水中的氧和有益于健康的鎂、硒、鈣等微量元素和礦物質(zhì)會被滲透膜當(dāng)作“污染物”分離掉。有醫(yī)學(xué)專家認(rèn)為長期飲用這種高純度的水會導(dǎo)致體內(nèi)某些元素缺乏或電解質(zhì)失衡，影響免疫力和身體發(fā)育。所以現(xiàn)在越來越多的用戶不再追求飲用高純度的水。
將光催化反應(yīng)的原理應(yīng)用于水質(zhì)凈化，已成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)技術(shù)。其原理是當(dāng)半導(dǎo)體表面區(qū)受到大于其帶隙能量的光幅射時，價帶的電子就會被激發(fā)躍遷到導(dǎo)帶，產(chǎn)生電子一空穴對。光生電子與水中的氧化劑(如重金屬離子)發(fā)生還原反應(yīng)，光生空穴與有機(jī)分子發(fā)生氧化反應(yīng)，使之降解。諸多半導(dǎo)體材料中，TiO2是一種價帶能級很深(標(biāo)準(zhǔn)電勢3.0v)，光生空穴具有很強(qiáng)氧化能力的半導(dǎo)體，它能使許多難以被其它方法降解的有機(jī)污染物(例如殺蟲劑、鹵代烴、表面活性劑、染料、多氯聯(lián)苯、萘與酚的各種衍生物等等)礦物化，即最終被氧化分解為CO2、H2O等簡單的無機(jī)物，不會對環(huán)境帶來二次污染，而TiO2本身是一種性質(zhì)穩(wěn)定，長久耐用無毒的材料。
一種被稱為“粒子群電極的電催化反應(yīng)技術(shù)”也被證明可用于水質(zhì)凈化，對于殺菌滅毒，去除重金屬離子和易氧化的有機(jī)分子有較好的效果。其原理是在電解槽的二電極間填充大量微粒狀的電催化材料，當(dāng)兩電極間施于高梯度的電場時，微粒兩端分別被感應(yīng)出正負(fù)極性，粒子之間構(gòu)成一個微電解池，于是在電解槽內(nèi)部形成了無數(shù)個微電解池，使有效的電極反應(yīng)面積大大增加，同時縮短了反應(yīng)物的遷移距離，從而提高了反應(yīng)效率。這種電催化體系特別適用水質(zhì)導(dǎo)電性差(如自來水、井水)的低濃度污染物凈化。
經(jīng)我們長期研究發(fā)現(xiàn)采用單一的光催化技術(shù)和單一的電催化技術(shù)存在一定的局限性。前者需要較長的凈化時間，導(dǎo)致設(shè)備造價高；后者對一些有機(jī)分子不能徹底降解，甚至無法降解。

發(fā)明內(nèi)容
針對膜分離法存在的問題，以及單一光催化技術(shù)和電催化技術(shù)的不足之處，本實用新型提供一種深度凈化飲用水的裝置，該裝置具有光催化和電催化的聯(lián)合作用，能將原水中的細(xì)菌、病毒徹底殺滅，即使是微量的有機(jī)污染物也能被有效的分解，變成CO2、H2O等簡單的無機(jī)物，有害的重金屬離子被去除，同時又保留了水中有益健康的微量元素和礦物質(zhì)，而且水中溶解的氧也有增加。經(jīng)這種裝置深度凈化處理的無菌、無污染、富氧的水，比自來水更潔凈，可直接飲用。
本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是這種深度凈化飲用水的裝置包括容器和容器上的原水進(jìn)口、凈水出口，容器內(nèi)設(shè)有過濾器、電催化反應(yīng)器和光催化反應(yīng)器，電催化反應(yīng)器位于過濾器的上方，原水進(jìn)口位于過濾器的下方，凈水出口位于光催化反應(yīng)器上方。
該深度凈化飲用水的裝置中容器分為前、后兩個容器，過濾器和電催化應(yīng)器共同置于前一個容器中，而光催化反應(yīng)器則單獨(dú)置于后面容器中，兩個容器外殼之間保留一定的間隙，兩個容器外殼之間設(shè)有縱向即前后方向和橫向即上下方向的連結(jié)面，使兩個容器平行的連結(jié)在一起，其間隙則構(gòu)成了從電催化反應(yīng)器到光催化反應(yīng)器的水路通道。過濾器內(nèi)設(shè)筒式碳纖維濾芯濾芯，濾芯采用插入式定位，與濾芯對應(yīng)處設(shè)有接口，通過接口使過濾器和電催化反應(yīng)器的水相連通。電催化反應(yīng)器由布水板、主電極和粒子群電極組成，主電極包括多孔正極主板和網(wǎng)狀負(fù)極主板，多孔正極主板平臥在布水板之上，網(wǎng)狀負(fù)極主板位于電催化反應(yīng)器的上部，粒子群電極分布在正負(fù)主電極之間，且兩個主電極間被施加直流電場。且電催化反應(yīng)器中的網(wǎng)狀負(fù)極是不銹鋼網(wǎng)或鈦網(wǎng)，多孔正極是表面修飾了化學(xué)穩(wěn)定性極高的催化劑的高純鈦。光催化反應(yīng)器中設(shè)有紫外光源、石英套管、光催化網(wǎng)和光催化小球，光催化網(wǎng)呈喇叭形，以一定間距環(huán)繞在紫外光源四周，光催化小球分布在喇叭形光催化網(wǎng)的下部。且光催化網(wǎng)是表面修飾有納米TiO2膜的高純鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，光催化小球是表面修飾有納米TiO2膜的珠狀硅膠?；虿Ａ∏?。
由于本實用新型將電催化置于光催化之前，作為一種前置過程，并選用特殊的材料作粒子群電極的催化劑，可以顯著提高整體的凈化速度和效率，縮短水質(zhì)凈化的時間，既降低了成本，又實現(xiàn)了水質(zhì)深度凈化的目的。我們的大量實驗事實表明采用光一電催化聯(lián)合的凈水技術(shù)，不僅能徹底殺滅水中的細(xì)菌和病毒，而且能將水中的有機(jī)污染分解為CO2、H2O等簡單的無機(jī)物，將鉛、鎘、汞等有毒的重金屬離子從水中分離出來，同時又保留了水中有益健康的礦物質(zhì)和微量元素，并增加了水中的氧含量，給用戶提供了一種無菌、無污染、富氧、比自來水更潔凈的飲用水。由此可見，本裝置由于采用了光一電催化聯(lián)合凈水技術(shù)，在水質(zhì)的凈化深度和效果穩(wěn)定性方面明顯優(yōu)于“膜分離法”。


附圖為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖具體實施方式
如附圖所示，本實用新型包括位于容器內(nèi)的過濾器A、電化學(xué)反應(yīng)器B和光催化反應(yīng)器C。供給裝置的原水是自來水或井水。
容器分為前、后兩個容器，過濾器A和電催化應(yīng)器B共同置于前一個容器中，電催化反應(yīng)器B位于過濾器A的上方，而光催化反應(yīng)器C則單獨(dú)置于后面容器中，兩個容器外殼之間保留一定的間隙，兩個容器外殼之間設(shè)有縱向(前后)和橫向(上下)的連結(jié)面，使兩個容器平行的連結(jié)在一起，其間隙則構(gòu)成了從電催化反應(yīng)器B到光催化反應(yīng)器C的水路通道。原水進(jìn)口1位于過濾器A的下方，凈水出口22位于光催化反應(yīng)器C上方。
原水經(jīng)原水進(jìn)口1和電磁閥門2進(jìn)入過濾器A。過濾器A采用活性碳纖維筒式濾芯3對原水進(jìn)行過濾。濾芯3為插入式，直接插入電催化反應(yīng)器B的接口4。將密封蓋5旋緊，以固定濾芯和使容器密封不漏水。電催化反應(yīng)器B的布水板6是一種多格子的鈦板，多孔正極主板7平臥在布水板6之上，網(wǎng)狀負(fù)極主板8安裝在電催化反應(yīng)器B的上部。粒子群電極分布在正負(fù)主電極之間，且兩個主電極間被施加直流電場。二個主電極間填充粒狀的電催化材料9(顆?；钚蕴俊⒈砻娓男缘墓枘z、石英沙和催化劑等)。主電極7為燒結(jié)的多孔的高純度鈦板，其表面修飾貴金屬氧化物作催化劑。主電極8為鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)。兩個主電極7、8與容器壁上的接線柱10、11密封連接。上蓋12通過螺口旋緊密封。經(jīng)電催化反應(yīng)器B處理后的水經(jīng)出口13和水道14導(dǎo)入光催化反應(yīng)器C。石英套管15固定在上蓋16上。套管15的下端通過凹形槽17定位。紫外光源燈管18插入套管15中。本實施例中用低壓汞燈(15-20W)作燈源。燈頭19暴露在套管15的外部。光催化網(wǎng)呈喇叭形，以一定間距環(huán)繞在紫外光源四周，光催化小球分布在喇叭形光催化網(wǎng)的下部。光催化網(wǎng)是表面修飾有納米TiO2膜的高純鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，光催化小球是表面修飾有納米TiO2膜的珠狀硅膠?；虿Ａ∏?，本實施例中喇叭形的鈦網(wǎng)20從下至上按一定的間距固定在容器內(nèi)壁上，微小玻璃珠21分布在每個鈦網(wǎng)20的喇叭形的下部區(qū)域。鈦網(wǎng)和玻璃珠表面修飾了納米TiO2光催化膜。上蓋16通過螺口旋緊密封。經(jīng)光催化反應(yīng)處理的凈水由凈水出口22流出。
權(quán)利要求1.一種深度凈化飲用水的裝置，包括容器和容器上的原水進(jìn)口、凈水出口，其特征在于容器內(nèi)設(shè)有過濾器、電催化反應(yīng)器和光催化反應(yīng)器，電催化反應(yīng)器位于過濾器的上方，原水進(jìn)口位于過濾器的下方，凈水出口位于光催化反應(yīng)器上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于容器分為前、后兩個容器，過濾器和電催化應(yīng)器共同置于前一個容器中，而光催化反應(yīng)器則單獨(dú)置于后面容器中，兩個容器外殼之間保留一定的間隙，兩個容器外殼之間設(shè)有縱向即前后方向和橫向即上下方向的連結(jié)面，使兩個容器平行的連結(jié)在一起，其間隙則構(gòu)成了從電催化反應(yīng)器到光催化反應(yīng)器的水路通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于過濾器內(nèi)設(shè)筒式碳纖維濾芯濾芯，濾芯采用插入式定位，與濾芯對應(yīng)處設(shè)有接口，通過接口使過濾器和電催化反應(yīng)器的水相連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于電催化反應(yīng)器由布水板、主電極和粒子群電極組成，主電極包括多孔正極主板和網(wǎng)狀負(fù)極主板，多孔正極主板平臥在布水板之上，網(wǎng)狀負(fù)極主板位于電催化反應(yīng)器的上部，粒子群電極分布在正負(fù)主電極之間，且兩個主電極間被施加直流電場。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于電催化反應(yīng)器中的網(wǎng)狀負(fù)極是不銹鋼網(wǎng)或鈦網(wǎng)，多孔正極是表面修飾了化學(xué)穩(wěn)定性極高的催化劑的高純鈦。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于光催化反應(yīng)器中設(shè)有紫外光源、石英套管、光催化網(wǎng)和光催化小球，光催化網(wǎng)呈喇叭形，以一定間距環(huán)繞在紫外光源四周，光催化小球分布在喇叭形光催化網(wǎng)的下部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的深度凈化飲用水的裝置，其特征在于光催化反應(yīng)器中的光催化網(wǎng)是表面修飾有納米TiO2膜的高純鈦網(wǎng)或不銹鋼網(wǎng)，光催化小球是表面修飾有納米TiO2膜的珠狀硅膠?；虿Ａ∏?。
專利摘要本實用新型涉及一種深度凈化飲用水的裝置，它主要由位于容器內(nèi)的過濾器、電催化反應(yīng)器和光催化反應(yīng)器組成，過濾器內(nèi)設(shè)筒式的碳纖維濾芯，電催化反應(yīng)器包括主電極和粒子群電極，后者分布在主電極之間，兩個主電極間被施加直流電場。光催化反應(yīng)器包括紫外光源、石英套管、喇叭形光催化網(wǎng)和珠狀的光催化小球。經(jīng)該裝置處理后，水中的細(xì)菌、病毒被徹底殺滅，即使微量的有機(jī)污染物也能被有效分解，變成CO
文檔編號C02F1/32GK2848826SQ20052009648
公開日2006年12月20日 申請日期2005年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月24日
發(fā)明者蔡乃才 申請人:武漢大學(xué)