本實(shí)用新型屬于凈水設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，本實(shí)用新型具體涉及一種超輕水生產(chǎn)設(shè)備。
背景技術(shù)：
水是生命之源，是社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，隨著人口的增加及工業(yè)化進(jìn)程的加快，自然環(huán)境尤其是水環(huán)境遭到了較嚴(yán)重的破壞，水環(huán)境質(zhì)量日趨惡化，水將成為一個(gè)深刻的社會(huì)危機(jī)。為此，相關(guān)研究者實(shí)用新型了多種方法并開(kāi)發(fā)出了各種新材料來(lái)應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題：
制備低氘水?？v觀國(guó)內(nèi)外的研究報(bào)道,低氘水主要以水為原料,采用分離方法制備而得。低氘水的分離原理雖然簡(jiǎn)單,但由于天然水中氘同位素豐度極少且氫同位素的分離系數(shù)小,因此分離氘是很困難的,力求尋找能耗低、投資少、經(jīng)濟(jì)上適合工業(yè)規(guī)模的生產(chǎn)方法是研究重點(diǎn)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型提供了一種低成本獲取健康水的超輕水生產(chǎn)設(shè)備。
一種超輕水生產(chǎn)設(shè)備，包括進(jìn)水管和出水管，其特征是：在所述進(jìn)水管和出水管之間依次設(shè)有精餾裝置、石墨烯過(guò)濾裝置、臭氧殺菌裝置。
進(jìn)一步地，所述石墨烯過(guò)濾裝置由中間水箱石墨烯過(guò)濾膜、產(chǎn)水泵構(gòu)成；精餾裝置的餾出液經(jīng)過(guò)餾出液管與石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱相連接，所述中間水箱內(nèi)置石墨烯過(guò)濾膜，所述石墨烯過(guò)濾膜的出水口與產(chǎn)水泵的進(jìn)水管連接，產(chǎn)水泵的出水管連接至臭氧殺菌裝置。
進(jìn)一步地，所述臭氧殺菌裝置由臭氧發(fā)生器、密閉消毒罐構(gòu)成；石墨烯過(guò)濾裝置的產(chǎn)水泵的出水管連接至密閉消毒罐，所述臭氧發(fā)生器經(jīng)導(dǎo)氣管連接至密閉消毒罐。
進(jìn)一步地，所述精餾裝置由高溫蒸汽鍋爐、精餾塔、再沸器和冷凝器構(gòu)成，所述精餾塔自下而上為濃縮區(qū)、液相區(qū)、氣相區(qū)和真空緩沖區(qū)，所述精餾塔的底部連接釜液管，所述精餾塔的上端通過(guò)氣體導(dǎo)管連接冷凝器，所述冷凝器的下端通過(guò)回流管與精餾塔的上部連接，所述冷凝器的下端還經(jīng)過(guò)餾出液管與石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱相連，所述進(jìn)水管與精餾塔的一側(cè)中部相連，所述精餾塔內(nèi)進(jìn)水管以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃稱為精餾段；進(jìn)水管以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分稱為提餾段；所述高溫蒸汽鍋爐通過(guò)加熱蒸汽導(dǎo)管與精餾塔下部的液相區(qū)連通，精餾塔底部的濃縮區(qū)下部的部分液體 通過(guò)導(dǎo)流與再沸器連接，再沸器使液體汽化，蒸氣沿塔上升從而形成循環(huán)，余下的液體作為塔底產(chǎn)品經(jīng)釜液管流出，進(jìn)水管中的液體和上塔段來(lái)的回流液一起沿精餾塔下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來(lái)的蒸氣一起沿塔上升，所述精餾塔頂部的真空緩沖區(qū)處通過(guò)氣體導(dǎo)管與冷凝器連接，冷凝器使蒸氣得到部分冷凝，部分凝液作為回流液經(jīng)回流液管返回精餾塔頂段，其余餾出液經(jīng)餾出液管與石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱相連。
本實(shí)用新型所用水處理材料石墨烯及其衍生物在水處理中的作用機(jī)理是：石墨烯是一種由碳原子以sp2雜化方式形成的蜂窩狀平面薄膜，是一種只有一個(gè)原子層厚度的準(zhǔn)二維材料，又叫做單原子層石墨，是除金剛石以外所有碳晶體(零維富勒烯、一維碳納米管、三維體向石墨)的基本結(jié)構(gòu)單元。石墨烯的性質(zhì)如電子性質(zhì)、高比表面積等決定了其適合作為水處理材料。
(1)石墨烯材料對(duì)重金屬離子的吸附
石墨烯材料對(duì)重金屬離子吸附的研究，絕大多數(shù)集中于氧化石墨烯。因?yàn)檠趸┖胸S富的含氧基團(tuán)，這些含氧基團(tuán)能夠高效地與金屬離子作用，因而其對(duì)重金屬離子的吸附性能要優(yōu)于石墨烯。影響氧化石墨烯對(duì)重金屬離子吸附的因素主要有離子強(qiáng)度、pH值、氧化石墨烯中含氧基團(tuán)種類(lèi)和數(shù)量、溶液中的有機(jī)介質(zhì)等。
①水溶液中離子強(qiáng)度的影響主要表現(xiàn)于電解質(zhì)離子和重金屬離子存在競(jìng)爭(zhēng)吸附，如Wang等的研究發(fā)現(xiàn)加入NaNO3、NaCl、KCl后，氧化石墨烯對(duì)Zn(Ⅱ)離子的吸附因?yàn)镹a+、K+的競(jìng)爭(zhēng)吸附而顯著減少。
②pH值對(duì)吸附劑性能影響較大。當(dāng)水溶液的pH值較小時(shí)，對(duì)重金屬離子的吸附量隨pH值的減少而減少，其吸附行為及機(jī)理與其等電點(diǎn)的pH值(在該點(diǎn)吸附劑表面電荷為0)密切相關(guān)。當(dāng)溶液的pH值大于等電點(diǎn)的pH值時(shí)，氧化石墨烯中的羧基、羥基離解而使其表面帶負(fù)電荷，同時(shí)pH值增加有助于氧化石墨烯層的剝離與分散，而導(dǎo)致正電荷的金屬離子與帶負(fù)電荷的氧化石墨烯的靜電作用力大大增強(qiáng)，從而使其吸附能力大大增加。相應(yīng)地，當(dāng)溶液的pH值小于等電點(diǎn)pH值時(shí)，氧化石墨烯表面帶正電荷，其和金屬離子的靜電引力減弱，吸附性能大大下降。pH值的作用，還表現(xiàn)在對(duì)吸附質(zhì)性能的影響上。
③相關(guān)研究表明氧化石墨烯中含氧基團(tuán)和重金屬離子的靜電作用是吸附發(fā)生的主要機(jī)理，此外，石墨烯表面有自由電子可為路易斯堿提供電子和重金屬離子作用發(fā)生路易斯酸堿反應(yīng)。
④吸附是一種固體表面現(xiàn)象，固體表面的性質(zhì)對(duì)吸附起著至關(guān)重要的作用，因此通過(guò)對(duì)石墨烯表面進(jìn)行修飾和改性，可增強(qiáng)石墨烯材料的吸附性能。用來(lái)改性的物質(zhì)大都是具有能夠耦合重金屬離子的有機(jī)物，其中以乙二胺三乙酸(EDTA)和殼聚糖為代表。EDTA 能和多種金屬離子發(fā)生鰲合作用，而殼聚糖分子中含有豐富的氨基和羥基，能夠增強(qiáng)和金屬離子的吸附作用，這些功能團(tuán)一般都是通過(guò)氧化石墨烯中的含氧基團(tuán)與EDTA和殼聚糖發(fā)生反應(yīng)而引入。
(2)石墨烯材料對(duì)有機(jī)物的吸附
石墨烯材料作為一種吸附劑也可用作吸附有機(jī)污染物，如染料、抗生素、殺蟲(chóng)劑、原油等。石墨烯材料的種類(lèi)以及吸附質(zhì)中是否含有—NH2、—OH、—COOH等功能團(tuán)對(duì)吸附的機(jī)理和過(guò)程具有很大的影響。石墨烯材料對(duì)有機(jī)物的吸附作用主要包括：靜電作用、疏水作用、π－π鍵、氫鍵。
①靜電作用發(fā)生在含帶電功能團(tuán)的吸附劑和帶異種電荷的吸附質(zhì)間。如在pH值為6～10時(shí)，帶正電荷的亞甲基藍(lán)和甲基紫與離解的氧化石墨烯間的靜電作用力是發(fā)生吸附的主要驅(qū)動(dòng)力。而對(duì)陰離子染料分子如羅丹明B和橙黃G來(lái)說(shuō)，在該pH值區(qū)間氧化石墨烯的吸附能力十分有限，這是因?yàn)樵谠損H值區(qū)間，氧化石墨烯中的羧基和羥基離解而使其表面帶負(fù)電荷，導(dǎo)致吸附劑和吸附質(zhì)間同性相斥而不利于染料的吸附。
②疏水作用是含疏水基團(tuán)有機(jī)物與石墨烯發(fā)生吸附的主要作用力。由于石墨烯及還原氧化石墨烯比氧化石墨烯表面疏水性更強(qiáng)，所以對(duì)該類(lèi)有機(jī)物如芘、菲、聯(lián)苯等吸附質(zhì)，石墨烯及還原氧化石墨烯比氧化石墨烯表現(xiàn)出了更優(yōu)異的吸附能力。
③也有研究認(rèn)為陽(yáng)離子的有機(jī)染料和氧化石墨烯的作用主要是π－π鍵作用。還原氧化石墨烯材料對(duì)陽(yáng)離子染料的吸附并不大，但是卻有效地吸附陰離子染料。主要的作用機(jī)理在于吸附劑和吸附質(zhì)中含有的芳香環(huán)存在較強(qiáng)的范德華作用力。
④氫鍵是含極性基團(tuán)碳?xì)浠衔锱c氧化石墨烯材料發(fā)生吸附的主要作用機(jī)理，目前研究的吸附質(zhì)包括蒽甲醇、雙酚A等。
本實(shí)用新型的有益效果：
本實(shí)用新型裝置處理的水中，氘的含量在100ppm以下，并使水體含有均衡的微量元素，達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，供應(yīng)社會(huì)需求，可廣泛應(yīng)用于飲料、食品加工、醫(yī)療、美容等領(lǐng)域，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
附圖說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型超輕水生產(chǎn)設(shè)備的裝置結(jié)構(gòu)圖，其中，1進(jìn)水管、2精餾塔、3精餾段、4提餾段、5高溫蒸汽鍋爐、6加熱蒸汽管、7再沸器、8冷凝水、9釜液管、10氣體導(dǎo)管、11冷凝器、12回流液管、13餾出液管、14中間水箱、15石墨烯過(guò)濾膜、16產(chǎn)水泵、17密閉消毒罐、18臭氧發(fā)生器、19出水管、20產(chǎn)水泵進(jìn)水管、21產(chǎn)水泵出水管、22臭氧導(dǎo)氣管。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例來(lái)對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，但本實(shí)用新型所要求保護(hù)的范圍并不局限于實(shí)例所涉及的范圍。
實(shí)施例1
水源為自來(lái)水。
所述一種超輕水生產(chǎn)設(shè)備由精餾裝置、石墨烯過(guò)濾裝置、臭氧殺菌裝置組成。
所述精餾裝置由高溫蒸汽鍋爐5、精餾塔2、再沸器7和冷凝器11構(gòu)成。
在整個(gè)精餾塔2中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。餾出液是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。
進(jìn)水管1以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段3；進(jìn)水管1以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段4。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個(gè)組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。
所述精餾塔2自下而上為濃縮區(qū)、液相區(qū)、氣相區(qū)和真空緩沖區(qū)。
高溫蒸汽鍋爐5通過(guò)加熱蒸汽導(dǎo)管6與精餾塔2下部的液相區(qū)連通。精餾塔2底部的濃縮區(qū)下部的部分液體通過(guò)導(dǎo)流與再沸器7連接，再沸器7使液體汽化，蒸氣沿塔上升從而形成循環(huán)，余下的液體作為塔底產(chǎn)品經(jīng)釜液管9流出。
進(jìn)水管1設(shè)在精餾塔2的中部，進(jìn)料中的液體和上塔段來(lái)的回流液12一起沿精餾塔2下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來(lái)的蒸氣一起沿塔上升。
精餾塔2頂部的緩沖區(qū)處通過(guò)氣體導(dǎo)管10與冷凝器11連接，冷凝器11使蒸氣得到部分冷凝，部分凝液作為回流液經(jīng)回流液管12返回精餾塔頂段，其余餾出液經(jīng)餾出液管13與石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱14相連。
所述石墨烯過(guò)濾裝置由中間水箱14、石墨烯過(guò)濾膜15、產(chǎn)水泵16構(gòu)成。精餾裝置的餾出液經(jīng)餾出液管13自流至石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱14，內(nèi)置石墨烯過(guò)濾膜15，其出水口與產(chǎn)水泵進(jìn)水管20連接，產(chǎn)水泵16出水管21連接至臭氧殺菌裝置的密閉消毒罐17。
所述臭氧殺菌裝置由臭氧發(fā)生器18、密閉消毒罐17構(gòu)成。石墨烯過(guò)濾裝置的產(chǎn)水泵16出水管21連接至密閉消毒罐17，同時(shí)，臭氧發(fā)生器18產(chǎn)生的臭氧經(jīng)導(dǎo)氣管22連接至密閉消毒罐17，由密閉消毒罐17消毒后經(jīng)出水管19引流出來(lái)的水即為健康的超輕水。
本實(shí)用新型裝置處理的水中，氘的含量在100ppm以下，并使水體含有均衡的微量元素，達(dá)到飲用水的標(biāo)準(zhǔn)，且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，供應(yīng)社會(huì)需求，可廣泛應(yīng)用于飲料、食品加工、醫(yī)療、美容等領(lǐng)域，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
(1)在整個(gè)精餾塔中，汽液兩相逆流接觸，進(jìn)行相際傳質(zhì)。液相中的易揮發(fā)組分進(jìn)入汽相，汽相中的難揮發(fā)組分轉(zhuǎn)入液相。餾出液是高純度的易揮發(fā)組分，塔底產(chǎn)物將是高純度的難揮發(fā)組分。
(2)進(jìn)料口以上的塔段，把上升蒸氣中易揮發(fā)組分進(jìn)一步提濃，稱為精餾段；進(jìn)料口以下的塔段，從下降液體中提取易揮發(fā)組分，稱為提餾段。兩段操作的結(jié)合，使液體混合物中的兩個(gè)組分較完全地分離，生產(chǎn)出所需純度的兩種產(chǎn)品。
(3)精餾塔自下而上為濃縮區(qū)、液相區(qū)、氣相區(qū)和真空緩沖區(qū)。
(4)高溫蒸汽鍋爐通過(guò)加熱蒸汽導(dǎo)管與精餾塔下部的液相區(qū)連通。精餾塔底部的濃縮區(qū)下部的部分液體通過(guò)導(dǎo)流與再沸器連接，再沸器使液體汽化，蒸氣沿塔上升從而形成循環(huán)，余下的液體作為塔底產(chǎn)品經(jīng)釜液管流出。
(5)進(jìn)料設(shè)在精餾塔的中部，進(jìn)料中的液體和上塔段來(lái)的回流液一起沿精餾塔下降，進(jìn)料中的蒸氣和下塔段來(lái)的蒸氣一起沿塔上升。
(6)精餾塔頂部的緩沖區(qū)處通過(guò)氣體導(dǎo)管與冷凝器連接，冷凝器使蒸氣得到部分冷凝，部分凝液作為回流液返回精餾塔頂段，其余餾出液經(jīng)餾出液管與石墨烯過(guò)濾裝置的中間水箱相連。
實(shí)施例2
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，所述水源為礦物質(zhì)水。經(jīng)本實(shí)用新型裝置處理的水中，氘的含量在97ppm。
實(shí)施例3
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，所述水源為純凈水。經(jīng)本實(shí)用新型裝置處理的水中，氘的含量在94ppm。
實(shí)施例4
本實(shí)施例與實(shí)施例1的不同之處在于，采用乙二胺三乙酸(EDTA)對(duì)石墨烯過(guò)濾膜表面進(jìn)行修飾和改性，增強(qiáng)石墨烯材料的吸附性能。經(jīng)本實(shí)用新型裝置處理的水中，氘的含量在95ppm。
本實(shí)用新型采用精餾法制備低氘水，并結(jié)合了石墨烯材料與水處理相關(guān)的主要性能(如過(guò)濾截留污染物、吸附重金屬離子和有機(jī)物等)，研制超輕水生產(chǎn)設(shè)備。
新型超輕水器制備的超輕水是通過(guò)特殊的物理萃取、滲透手段，使水中氘的豐度降低，從而達(dá)到特殊功效的“超級(jí)”水。低氘水與非低氘水的本質(zhì)區(qū)別在于：非低氘水中較高 豐度的氘始終存在；相對(duì)于低氘水，幾乎所有純凈水、礦物質(zhì)水、優(yōu)質(zhì)水源地瓶裝水都是“重水”。
國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見(jiàn)》(國(guó)發(fā)〔2013〕30號(hào))中明確指示：開(kāi)發(fā)新型水處理技術(shù)裝備，建設(shè)一批技術(shù)先進(jìn)、配套健全、發(fā)展規(guī)范的節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)示范基地。要積極采用先進(jìn)環(huán)保工藝、技術(shù)和裝備，加快啟動(dòng)實(shí)施安全飲水、地表水保護(hù)等清潔水行動(dòng)，推動(dòng)重點(diǎn)高耗水行業(yè)節(jié)水改造。鑒于超輕水強(qiáng)悍的產(chǎn)品功效，其必定會(huì)成為市場(chǎng)新寵。因此，本實(shí)用新型有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。
上述雖然對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。