本發(fā)明提供一種復合凈水技術(shù)，尤指一種將犧牲陽極、光觸媒陽極及陰極均浸置在同一容器中的復合凈水裝置及其方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)今水處理的技術(shù)領(lǐng)域中，乃將光觸媒凈化單元與電解凈化單元分別置于不同容器，故在僅具有單一光觸媒凈化單元或電解凈化單元的單一容器中，經(jīng)處理的水僅能經(jīng)過一次降解，而無法在單一容器中經(jīng)過兩次降解以大幅提升其效能。

另外，由于先前技術(shù)中光觸媒凈化單元所含有的光觸媒并未電性耦接電源，故在光觸媒處產(chǎn)生強氧化劑(如電洞與氫氧自由基(·OH))后，往往使得強氧化劑的電洞與光激發(fā)分離電子之間發(fā)生再結(jié)合反應，從而大幅降低強氧化劑的產(chǎn)生量。

因此，如何克服上述現(xiàn)有光觸媒凈化單元與電解凈化單元分置于不同容器，以及光觸媒凈化單元雖含有光觸媒但并未電性耦接電源的諸多缺點，實為本領(lǐng)域技術(shù)人員的一大課題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

有鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的缺失，本發(fā)明提供一種復合凈水裝置，其可提升凈水效果，且能延長犧牲陽極的壽命。

本發(fā)明的復合凈水裝置包括：一容器，其用以容置含水及氣體的液體；至少一犧牲陽極；至少一光觸媒陽極，其具有光觸媒以進行光觸媒反應而凈化該液體；以及至少一陰極，其用以與該犧牲陽極及該光觸媒陽極進行電解反應而凈化該液體；其中，該犧牲陽極、光觸媒陽極及陰極均浸置在該容器中以接觸該液體。

本發(fā)明還提供一種復合凈水方法，其包括下列步驟：a)提供包含一容器、至少一犧牲陽極、至少一光觸媒陽極與至少一陰極的復合凈 水裝置，其中，該光觸媒陽極具有光觸媒，且該犧牲陽極、光觸媒陽極及陰極均浸置在該容器中；b)輸入含水及氣體的液體至該容器中，以在該犧牲陽極處經(jīng)電解反應使該犧牲陽極產(chǎn)生低價數(shù)犧牲離子，且在該陰極處利用該液體及該氣體產(chǎn)生過氧化氫(H₂O₂)；c)該低價數(shù)犧牲離子與該過氧化氫交互作用形成高價數(shù)犧牲離子、強氧化劑(·OH)及氫氧離子(OH-)，且由該強氧化劑凈化該液體；d)該光觸媒陽極進行光觸媒反應使該液體產(chǎn)生另一強氧化劑(·OH)；以及e)輸出凈化后的該液體。

因此，本發(fā)明通過將犧牲陽極、光觸媒陽極、陰極均浸置在同一容器中，進而提升凈水效果。同時，本發(fā)明通過在陰極處使犧牲陽極的高價數(shù)犧牲離子還原回低價數(shù)犧牲離子，從而延長犧牲陽極的壽命。

附圖說明

圖1為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置的剖視圖；

圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置的側(cè)視圖；

圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置的立體圖；

圖4為說明操作本發(fā)明的一種復合凈水裝置時的水流方向的剖視圖；以及

圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水方法的步驟流程圖。

符號說明

1 復合凈水裝置

10 容器

101 頂部

102 底部

103 側(cè)部

104 腔室

105 進水口

106 出水口

105a、106a 管件

11 犧牲陽極

12 光觸媒陽極

13 陰極

14 曝氣元件

15 固定元件

16 光源

17 透光元件

20 電源

F₁、F₂、F₃ 水流方向

S41、S42、S43、S44、S45 步驟。

具體實施方式

以下借助特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。本發(fā)明也可經(jīng)由其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可基于不同觀點與應用，在不悖離本發(fā)明的精神下進行各種修飾與變更。

請參閱圖1與圖2，圖1為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置1的剖視圖，圖2為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置1的側(cè)視圖。如圖所示，復合凈水裝置1包括一容器10、至少一犧牲陽極11、至少一光觸媒陽極12與至少一陰極13。

容器10用以容置含水及氣體的液體，光觸媒陽極12具有光觸媒以進行光觸媒反應而凈化液體，陰極13用以與犧牲陽極11及光觸媒陽極12共同進行電解反應而凈化液體，且犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13均浸置在容器10中以接觸液體。

特定而言，上述的容器10可具有相對的頂部101及底部102、與連接頂部101及底部102的側(cè)部103，以由頂部101、底部102與側(cè)部103共同形成用以容置含水及氣體的液體(即水中溶有氣體)的腔室104。

另外，容器10具有進水口105及出水口106。詳細而言，頂部101可與側(cè)部103一體成形，或者，頂部101可為與側(cè)部103卡合的蓋體，而進水口105及出水口106可依設(shè)計需要而設(shè)置在容器10的任何位置。 特定而言，進水口105及出水口106可設(shè)置在頂部101，而進水口105可再連接通向外部的管件105a，且出水口106可再連接通向外部的管件106a。管件105a或管件106a可為水管或?qū)Ч艿取?/p>

上述的犧牲陽極11可經(jīng)由導線電性耦接例如附加在復合凈水裝置1中或外部的電源20以進行電解反應，特定而言，犧牲陽極11的材料可為鐵或銅。因此，在電源20提供電能的情況下，犧牲陽極11可與液體以類似下列化學式(1)產(chǎn)生低價數(shù)犧牲離子。例如，在犧牲陽極11的材料為鐵或銅的情況下，低價數(shù)犧牲離子為二價鐵離子(Fe²⁺)或一價銅離子(Cu⁺)。下列化學式(1)是以鐵的犧牲陽極11為例：

Fe→Fe²⁺ (1)

上述的陰極13也可經(jīng)由導線電性耦接例如附加在復合凈水裝置1中或外部的電源20以進行電解反應。特定而言，陰極13的材料為含碳的材料，且犧牲陽極11及陰極13的形狀可為柱狀、片狀、條狀或管狀等。因此，在電源20提供電能的情況下，陰極13可與液體以下列化學式(2)產(chǎn)生過氧化氫(H₂O₂)。

2H⁺+O₂+2e^-→H₂O₂ (2)

在產(chǎn)生低價數(shù)犧牲離子及過氧化氫之后，液體中的低價數(shù)犧牲離子及過氧化氫可交互作用，并以類似下列化學式(3)形成高價數(shù)犧牲離子、強氧化劑(如電洞與氫氧自由基(·OH))及氫氧離子(OH^-)，且強氧化劑可凈化液體以對液體第一次降解。例如，在犧牲陽極11的材料為鐵或銅的情況下，高價數(shù)犧牲離子為三價鐵離子(Fe³⁺)或二價銅離子(Cu²⁺)。下列化學式(3)為以鐵的犧牲陽極11為例：

Fe²⁺+H₂O₂→·OH+Fe³⁺+OH^- (3)

由于本發(fā)明將犧牲陽極11及陰極13一起設(shè)置在同一腔室104中，故高價數(shù)犧牲離子還可再于陰極13處以類似下列化學式(4)還原回低價數(shù)犧牲離子，從而提供額外的低價數(shù)犧牲離子予化學式(3)，俾減少化學式(1)中從犧牲陽極11取得的低價數(shù)犧牲離子的需要量，故能減緩犧牲陽極11的損耗，延長其壽命。下列化學式(4)為以鐵的犧牲陽極11為例：

Fe³⁺+e^-→Fe²⁺ (4)

上述的光觸媒陽極12可具有光觸媒，進一步而言，光觸媒陽極12 可包含網(wǎng)狀基材及網(wǎng)狀基材上供進行光觸媒反應以凈化液體的二氧化鈦(TiO₂)層，舉例而言，網(wǎng)狀基材可為不銹鋼網(wǎng)基材或鈦網(wǎng)基材。而光觸媒陽極12在外界的背景光線下，可以類似下列化學式(5)對含水的液體產(chǎn)生強氧化劑而對液體進行第二次降解。下列化學式(5)為以二氧化鈦光觸媒陽極12為例：

而光觸媒陽極12可經(jīng)由導線電性耦接電源20，使光觸媒陽極12處因外界的背景光線激發(fā)下產(chǎn)生的強氧化劑的電洞與電子受電場驅(qū)使而拉開，從而不易發(fā)生電洞與電子再結(jié)合反應并保持強氧化劑的產(chǎn)生量。

另外，本發(fā)明的復合凈水裝置1還包括經(jīng)由導線電性耦接電源20且與光觸媒陽極12進行光觸媒反應的光源16，以透過光源16加強光觸媒陽極12的光觸媒反應。特定而言，光源16可為與光觸媒陽極12進行光觸媒反應以提升凈化效果的紫外光(UV)燈具，俾透過紫外光燈具加強光觸媒陽極12的光觸媒反應。而在光源16存在的情況下，復合凈水裝置1還包含使光源16的照射更為均勻且位于光源16與光觸媒陽極12之間的透光元件17。再者，于存在光源16的情況下，光觸媒陽極12可圍繞光源16。

本發(fā)明的復合凈水裝置1還包括設(shè)置或浸置在容器10的腔室104中以送入額外氣體予液體的曝氣元件14，而額外氣體可為用于上列化學式(2)的空氣或氧氣。

本發(fā)明的復合凈水裝置1還包括設(shè)置在容器10的腔室104中以固定犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13的固定元件15。

圖3為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水裝置1的立體圖。在本實施例中，圖3與上述圖1的進水口105、出水口106、犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13可對應頂部101的位置而從頂部101的外緣向中央依序排列，即可為進水口105、犧牲陽極11及陰極13的組、光觸媒陽極12、出水口106。

值得注意的是，犧牲陽極11及陰極13并非限制為二者位于離側(cè)部103相同距離處，而是意欲界定犧牲陽極11及陰極13的組離側(cè)部103的距離介于進水口105與光觸媒陽極12之間，即離側(cè)部103的距 離排列可為進水口105、犧牲陽極11、陰極13、光觸媒陽極12、出水口106，或排列可為進水口105、犧牲陽極11和陰極13、光觸媒陽極12、出水口106，又或排列可為進水口105、陰極13、犧牲陽極11、光觸媒陽極12、出水口106，且出水口106可接置抽水泵(圖中未顯示)。

圖4為說明操作本發(fā)明的一種復合凈水裝置1時的水流方向的剖視圖。如圖所示，從進水口105進入的液體的水流方向為F₁，先在犧牲陽極11和陰極13處進行上列化學式(1)和(2)，且在穿過光觸媒陽極12之前進行化學式(3)，從而對液體作第一次降解，而液體可在穿過光觸媒陽極12(即水流方向F₂)時進行化學式(5)，從而對液體作第二次降解，最后，經(jīng)二次降解的液體從出水口106排出(即水流方向F₃)。然而，于存在光源16的情況下，出水口106可位于光觸媒陽極12與光源16之間。

在本發(fā)明的復合凈水裝置1的另一實施例中，于光觸媒陽極12包含網(wǎng)狀基材及二氧化鈦層的情況下，由于網(wǎng)狀基材可供第二次降解的液體穿過，故出水口106可位于光觸媒陽極12與犧牲陽極11及陰極13的組之間，較佳的是，出水口106可接置抽水泵，以利第二次降解的液體順利穿過光觸媒陽極12后進入出水口106。

而在本發(fā)明的復合凈水裝置1的又一實施例中，進水口105、出水口106、犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13對應頂部101的位置而從頂部101的外緣向中央依另一順序排列，即可為陰極13、進水口106、犧牲陽極11、光觸媒陽極12、出水口106，且出水口106可接置抽水泵(圖中未顯示)，故從進水口105進入的液體可在犧牲陽極11與陰極13之間及在穿過光觸媒陽極12之前進行化學式(1)至(3)，從而對液體作第一次降解，而液體可在穿過光觸媒陽極12時進行化學式(5)，從而對液體作第二次降解，最后，經(jīng)二次降解的液體從出水口106排出。另外，于存在光源16的情況下，出水口106可位于光觸媒陽極12與光源16之間。再者，在本實施例中，陰極13對應容器10(即腔室104)的內(nèi)壁的外表面可為疏水性表面，且相對外表面的內(nèi)表面可為親水性表面。

圖5為說明根據(jù)本發(fā)明的一種復合凈水方法的步驟流程圖，其使用上述圖1至圖4的復合凈水裝置1。復合凈水裝置1的各組件已于上 文敘述，故不再贅述，而復合凈水方法可包括如圖5所示的步驟S41至步驟S45。

在步驟S41，提供包含一容器10、至少一犧牲陽極11、至少一光觸媒陽極12與至少一陰極13的復合凈水裝置1，其中，光觸媒陽極12具有光觸媒，且犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13均浸置在容器10中。而犧牲陽極11、光觸媒陽極12及陰極13可經(jīng)由導線電性耦接電源20，俾透過電源20提供電力予犧牲陽極11及陰極13以進行電解反應，并使電源20帶走光觸媒陽極12經(jīng)光觸媒反應離析出的電子。

在步驟S42，輸入含水及氣體的液體，以在犧牲陽極11處經(jīng)電解反應使犧牲陽極11產(chǎn)生低價數(shù)犧牲離子(即以鐵作為犧牲陽極11的化學式(1))，且在陰極13處利用液體及氣體產(chǎn)生過氧化氫(H₂O₂)(即化學式(2))。

在步驟S43，低價數(shù)犧牲離子與過氧化氫交互作用形成高價數(shù)犧牲離子、強氧化劑(如電洞與氫氧自由基(·OH))及氫氧離子(OH^-)(即以鐵作為犧牲陽極11的化學式(3))，且由強氧化劑凈化液體。另外，形成高價數(shù)犧牲離子之后，在陰極13處使高價數(shù)犧牲離子還原回低價數(shù)犧牲離子(即以鐵作為犧牲陽極11的化學式(4))，從而提供額外的低價數(shù)犧牲離子予化學式(3)，俾減少化學式(1)中從犧牲陽極11取得的低價數(shù)犧牲離子的需要量，故能減緩犧牲陽極11的損耗而延長其壽命。

在步驟S44，光觸媒陽極12進行光觸媒反應使液體產(chǎn)生另一強氧化劑(·OH)(即化學式(5))。

在步驟S45，輸出經(jīng)二次凈化后的液體。

而在復合凈水裝置1還包括設(shè)置或浸置在容器10的腔室104中以供應額外氣體予液體的曝氣元件14的情況下，在步驟S42，曝氣元件14將化學式(2)所須要的空氣或氧氣的額外氣體供應予液體，以在陰極13處使液體及額外氣體產(chǎn)生過氧化氫。

綜上所述，相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明藉由將犧牲陽極、光觸媒陽極與陰極均浸置在同一容器中，而使須凈化的液體能經(jīng)兩次降解后才排出，從而提升凈水效果。同時，本發(fā)明在陰極處使犧牲陽極的高價數(shù)犧牲離子還原回低價數(shù)犧牲離子，從而減少從犧牲陽極取得的低價數(shù)犧牲離子的需要量，以延長犧牲陽極的壽命。

上述實施例僅用以例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應如權(quán)利要求書所列。