本發(fā)明屬于飲用水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種銀氮摻雜多孔陶凈水器，具體涉及一種由粘土、稻殼、銀氮共摻雜的納米二氧化鈦、納米銀組成的多孔陶凈水器及其制備方法。

背景技術(shù)：

目前全球超過17億人喝不到安全衛(wèi)生的飲用水，在大多數(shù)發(fā)展中國家，傳統(tǒng)的安全衛(wèi)生管道輸水方式普及需要至少幾十年的時間，這也意味著一些貧困地區(qū)的人們不得不以家庭為單位在戶外采集河水、湖水或降水，并進(jìn)行自處理、儲存來維持家庭日常用水。在我國，農(nóng)村人口占總?cè)丝诘拇蠖鄶?shù)，農(nóng)村地區(qū)的飲用水安全問題比城市更為嚴(yán)重，尤其是中西部地區(qū)和貧困地區(qū)。因此，價格低廉、操作簡單的家庭式水處理裝置-納米顆粒負(fù)載多孔陶凈水器應(yīng)運而生，該凈水器操作簡單，便于在農(nóng)村貧困地區(qū)推廣。

納米二氧化鈦因其價格低廉，原料易獲得，化學(xué)穩(wěn)定性好等優(yōu)點，在能量轉(zhuǎn)化、空氣和水質(zhì)凈化等方面有廣泛的應(yīng)用前景，但在實際應(yīng)用方面仍有很多不足。對太陽光的利用率不高，主要依賴紫外光，量子效率不高。因此，通過合適的方法對納米二氧化鈦改性，開發(fā)一種具有更高催化活性和穩(wěn)定性的納米二氧化鈦一直是眾多科研工作者攻克的難題。

目前，大多數(shù)針對納米二氧化鈦的改性實驗是對其進(jìn)行金屬離子摻雜、貴金屬摻雜、非金屬摻雜，這些方法在一定程度上使納米二氧化鈦的光吸收帶發(fā)生紅移，但不能完全擺脫紫外光的限制，本發(fā)明將納米二氧化鈦進(jìn)行金屬和非金屬共摻雜，開發(fā)一種在可見光下具有一定催化活性和反應(yīng)穩(wěn)定性的銀氮共摻雜納米二氧化鈦，并將其負(fù)載到多孔陶表面，實現(xiàn)對原水的深度凈化。

現(xiàn)有技術(shù)中國專利文獻(xiàn)號cn10169631b記載了一種多孔陶粒的制備方法，該法在一定程度上在凈水過濾中有殺菌作用，但該法對于顆粒狀物質(zhì)前期處理較復(fù)雜，造孔劑粒徑較小，孔隙率不高，導(dǎo)致過濾速度變慢，作為陶粒狀的水體修復(fù)劑，在制作過程中加入了很多金屬，在處理過程中使用不當(dāng)容易造成二次污染。文獻(xiàn)專利號cn101041134b采用銀氮共摻雜的納米二氧化鈦負(fù)載到竹炭上，一方面竹炭比表面積大，對有害物質(zhì)有較好的吸附效果，另一方面，銀氮共摻雜對納米二氧化鈦改性使其光吸收帶紅移，并不能實現(xiàn)無光源條件下的完全殺菌，所以在此專利中殺菌效果不穩(wěn)定，對大腸桿菌的去除率為90％，并不能達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)中對大腸桿菌的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決以下問題：

在我國農(nóng)村地區(qū)，特別是西北部的農(nóng)村地區(qū)，降水少，經(jīng)濟(jì)條件落后，很多地區(qū)都沒有通上自來水管道用水，只能采用井水、河水地下水和淺層地表水，由于環(huán)境污染，水源水中的氟、砷、bod、cod、細(xì)菌病毒數(shù)量嚴(yán)重超標(biāo)，尤其是水源地中的大腸桿菌含量超標(biāo)嚴(yán)重，輕則引起腹瀉、痢疾，重則危及生命。

市面上現(xiàn)有的飲水器價格不菲，有些需要定期維護(hù)和更換，依靠電力，操作復(fù)雜，雖然有一定的處理效果，但是耗電量大，維護(hù)成本高、價格貴、在使用方面不適合農(nóng)村地區(qū)的基本情況。

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明因地制宜，就地取材，旨在開發(fā)一種價格低廉，環(huán)保綠色，廣譜抗菌，對水中污染物有較好去除效果，并適合農(nóng)村地區(qū)現(xiàn)有情況的家用多孔陶凈水器。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種銀氮摻雜多孔陶凈水器，且能充分利用太陽能，就地取材，成本低，易于操作，工藝簡單，其特征在于，所述多孔陶凈水器包括由多孔陶組成的一級過濾系統(tǒng)和二級過濾系統(tǒng)，以及由天然麥飯石構(gòu)成的三級過濾系統(tǒng)，所述一級過濾系統(tǒng)的多孔陶呈中空有底的四棱臺狀，其中原水從四棱臺的底面和側(cè)面流出，以便去除原水中懸浮物、有機(jī)物和部分微生物。所述二級過濾系統(tǒng)由節(jié)能燈、反光板和銀氮共摻雜納米二氧化鈦負(fù)載的多孔陶組成，所述二級過濾系統(tǒng)的多孔陶的表面噴涂有銀氮共摻雜納米二氧化鈦，并且，在所述二級過濾系統(tǒng)的多孔陶的底面涂刷有納米銀。所述一級過濾系統(tǒng)和所述二級過濾系統(tǒng)之間設(shè)有可伸縮擋板和水龍頭，用于實現(xiàn)凈水器的多功能使用。所述多孔陶凈水器的器壁和頂部設(shè)有太陽能發(fā)電板，以便為所述節(jié)能燈供電。在所述三級過濾系統(tǒng)的下方設(shè)有飲用水加熱裝置，以便提供熱水。

本發(fā)明所述一級過濾系統(tǒng)的多孔陶制造步驟包括如下步驟：

步驟一：天然稻殼和陶土在球磨機(jī)中磨碎，稻殼過40目篩，黏土過80目篩，以稻殼：黏土重量比＝1:2.5混合攪拌，其中以水為粘結(jié)劑混合成黏土塊；

步驟二：把混合好的黏土塊放入模具中壓模，處理表面使其表面光滑，并進(jìn)行標(biāo)記，然后根據(jù)天氣情況室溫下晾5-10天；以及

步驟三：把完全晾干的陶瓷配件放到馬弗爐中燒制，升溫速度為2℃/min，燒制500分鐘至最高溫度為1000-1100℃，爐中自然冷卻，得到所需陶瓷器件，隨著燒制溫度的升高，稻殼充分燃燒在陶瓷器件內(nèi)部和表面形成氣孔，從而截留原水中的懸浮物和微生物。

本發(fā)明的主要特征在于所述二級過濾系統(tǒng)的多孔陶制造步驟包括如下步驟：

步驟一：天然稻殼和陶土在球磨機(jī)中磨碎，稻殼過80目篩，黏土過80目篩，以稻殼：黏土重量比＝1:2.7混合攪拌，其中以水為粘結(jié)劑混合成黏土塊；

步驟二：把混合好的黏土塊放入模具中壓模，處理好表面使其表面光滑，并進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)天氣情況室溫下晾5-10天；

步驟三：把完全晾干的陶瓷配件放到馬弗爐中燒制，升溫速度為2℃/min，燒制500分鐘至最高溫度為1000-1100℃，并在最高溫度處設(shè)定保溫時間1.5小時，爐中自然冷卻，得到所需多孔陶配件；

步驟四：取銀氮共摻雜納米二氧化鈦粉末，并加入銳鈦型納米二氧化鈦分散劑和水，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的納米二氧化鈦溶液，然后在磁力攪拌器中攪拌1小時，接著在超聲機(jī)中超聲1小時，以保證納米二氧化鈦的充分分散；

步驟五：用噴槍把上述銀氮共摻雜的納米二氧化鈦噴涂到多孔陶配件表面，噴涂20秒，噴涂距離為0.45米，常溫下干燥；以及

步驟六：取上述多孔陶，翻至底面，用刷子涂刷納米銀4層，常溫下干燥后即可得需要的多孔陶配件。

所述銀氮共摻雜納米二氧化鈦粉末制造方法包括如下步驟：

步驟a：將市售p25納米二氧化鈦與處理好的尿素以摩爾比＝2:1混合攪拌，將其放入馬弗爐中煅燒，升溫速度為1.5℃/min，燒制250分鐘至最高溫度為350-400℃，爐中自然冷卻，得到氮摻雜納米二氧化鈦粉末；以及

步驟b：取硝酸銀溶液于氨水中，并把上述制得的氮摻雜的納米二氧化鈦粉末分散其中，用磁力攪拌器攪拌1小時，在水熱反應(yīng)釜中200℃反應(yīng)3小時，室溫下冷卻后用清水水洗，在烘箱烘干，即得銀氮共摻雜的納米二氧化鈦粉末。

本發(fā)明與現(xiàn)有的技術(shù)相比的優(yōu)點：

1、凈水器頂部和外壁設(shè)有太陽能電池板，電池板旁設(shè)有隔熱層，將太陽能轉(zhuǎn)化成電能，為二級過濾處理系統(tǒng)中的節(jié)能燈和底部的加熱裝置提供電能，實現(xiàn)凈水器本身完全自給自足環(huán)保綠色的目標(biāo)。

2、采用三級過濾處理系統(tǒng)，大大提高出水水質(zhì)，中間設(shè)有可伸縮擋板，可實現(xiàn)凈水器的多功能使用，進(jìn)一步滿足用戶需求。陶瓷器件的化學(xué)穩(wěn)定性好，不會與其他物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)造成二次污染，孔隙率高，強(qiáng)度高，在水的沖擊壓力下不會變形，采用的天然原料無毒無味，無異物脫落，不會產(chǎn)生二次污染，具有較長的使用壽命。

3、在二級過濾系統(tǒng)，在多孔陶表面負(fù)載銀氮共摻雜納米二氧化鈦，其上方設(shè)有節(jié)能燈，對進(jìn)水進(jìn)行光催化殺菌，在多孔陶底面負(fù)載納米銀，可有效殺死水中細(xì)菌病毒，保證出水水質(zhì)，殺菌率可達(dá)到100％，出水中的細(xì)菌和病毒數(shù)量符合飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

附圖說明

圖1為多孔陶凈水器的主視圖。

圖2為多孔陶凈水器在打開可伸縮擋板，只進(jìn)行一級過濾處理的主視圖。

圖3為多孔陶凈水器的俯視圖。

圖中，1-隔熱層、2-太陽能發(fā)電板、3-一級多孔陶過濾系統(tǒng)、4-節(jié)能燈、5-反光板、6-出水水龍頭、7-按鈕、8-可伸縮擋板、9-二級過濾系統(tǒng)-銀氮共摻雜納米二氧化鈦負(fù)載多孔陶、10-太陽能發(fā)電板、11-隔熱層、12-三級過濾系統(tǒng)-天然麥飯石、13-按鈕、14-出水水龍頭、15-加熱裝置

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

原水進(jìn)入一級多孔陶過濾系統(tǒng)3，用于制作一級多孔陶的稻殼粒徑為40目，約0.425mm，稻殼：黏土的質(zhì)量比為2.5:1，孔隙率較大，過濾速率大于二級過濾系統(tǒng)，能阻擋原水中懸浮物、有機(jī)物和大部分細(xì)菌，如圖2所示，按下按鈕7，可伸縮擋板8阻擋水繼續(xù)向下過濾，打開水龍頭6即可使用。若用飲用水，如圖1所示，從一級過濾系統(tǒng)3過濾下來的水進(jìn)入二級過濾系統(tǒng)9，二級過濾系統(tǒng)中多孔陶的稻殼粒徑為80目，約0.180mm，稻殼：黏土的質(zhì)量比為1:2.7，對較小的細(xì)菌和顆粒物有過濾作用，二級過濾系統(tǒng)中的銀氮共摻雜納米二氧化鈦負(fù)載多孔陶在4節(jié)能燈5反光板光照下對流經(jīng)其表面的原水中的細(xì)菌病毒重金屬都有去除的作用。當(dāng)原水流過多孔陶，其底面的納米銀進(jìn)一步殺死水中的細(xì)菌和病毒，保證出水的無菌無毒。所述二級過濾系統(tǒng)的制造步驟包括如下步驟：

步驟一：天然稻殼和陶土在球磨機(jī)中磨碎，稻殼過80目篩，黏土過80目篩，以稻殼：黏土重量比＝1:2.7混合攪拌，其中以水為粘結(jié)劑混合成黏土塊；

步驟二：把混合好的黏土塊放入模具中壓模，處理好表面使其表面光滑，并進(jìn)行標(biāo)記，根據(jù)天氣情況室溫下晾5-10天；

步驟三：把完全晾干的陶瓷配件放到馬弗爐中燒制，升溫速度為2℃/min，燒制500分鐘至最高溫度為1000-1100℃，并在最高溫度處設(shè)定保溫時間1.5小時，爐中自然冷卻，得到所需多孔陶配件；

步驟四：取銀氮共摻雜納米二氧化鈦粉末，并加入銳鈦型納米二氧化鈦分散劑和水，配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％的納米二氧化鈦溶液，然后在磁力攪拌器中攪拌1小時，接著在超聲機(jī)中超聲1小時，以保證納米二氧化鈦的充分分散；

步驟五：用噴槍把上述銀氮共摻雜的納米二氧化鈦噴涂到多孔陶配件表面，噴涂20秒，噴涂距離為0.45米，常溫下干燥；以及

步驟六：取上述多孔陶，翻至底面，用刷子涂刷納米銀4層，常溫下干燥后即可得需要的多孔陶配件。

所述一級過濾系統(tǒng)的制造步驟包括如下步驟：

步驟一：天然稻殼和陶土在球磨機(jī)中磨碎，稻殼過40目篩，黏土過80目篩，以稻殼：黏土重量比＝1:2.5混合攪拌，其中以水為粘結(jié)劑混合成黏土塊；

步驟二：把混合好的黏土塊放入模具中壓模，處理表面使其表面光滑，并進(jìn)行標(biāo)記，然后根據(jù)天氣情況室溫下晾5-10天；以及

步驟三：把完全晾干的陶瓷配件放到馬弗爐中燒制，升溫速度為2℃/min，燒制500分鐘至最高溫度為1000-1100℃，爐中自然冷卻，得到所需陶瓷器件，隨著燒制溫度的升高，稻殼充分燃燒在陶瓷器件內(nèi)部和表面形成氣孔，從而截留原水中的懸浮物和微生物。

所述銀氮共摻雜納米二氧化鈦粉末制造方法包括如下步驟：

步驟a：將市售p25納米二氧化鈦與處理好的尿素以摩爾比＝2:1混合攪拌，將其放入馬弗爐中煅燒，升溫速度為1.5℃/min，燒制250分鐘至最高溫度為350-400℃，爐中自然冷卻，得到氮摻雜納米二氧化鈦粉末；以及

步驟b：取硝酸銀溶液于氨水中，并把上述制得的氮摻雜的納米二氧化鈦粉末分散其中，用磁力攪拌器攪拌1小時，在水熱反應(yīng)釜中200℃反應(yīng)3小時，室溫下冷卻后用清水水洗，在烘箱烘干，即得銀氮共摻雜的納米二氧化鈦粉末。

接著，水進(jìn)入三級過濾系統(tǒng)12，其中的天然麥飯石能吸附水中的有機(jī)物和有害物質(zhì)，增加水中的礦物質(zhì)和微量元素，提高飲用水的水質(zhì)和口感。凈水器底部設(shè)有加熱裝置15，按下按鈕13可對出水進(jìn)行加熱，打開水龍頭14即可飲用。在凈水器的頂部和周邊設(shè)有太陽能發(fā)電板2、10，其外面設(shè)有隔熱層1、11，實現(xiàn)裝置的自給自足，環(huán)保綠色，無二次污染。如圖3所示，本發(fā)明外形為長方體，其中的一級過濾系統(tǒng)是一個中空有底的四棱臺；二級過濾系統(tǒng)是由一個負(fù)載納米顆粒的長方體多孔陶組成，兩邊有墊圈進(jìn)行固定，其上方設(shè)有節(jié)能燈，四周設(shè)有反光板；三級過濾系統(tǒng)是由天然麥飯石組成的長方體組成，兩邊有墊圈進(jìn)行固定。

實施例：河水凈水實驗

實驗操作：取一定量的河水于本凈水器中，河水進(jìn)水水質(zhì)為：toc4.5mg/l，cod:4mg/l，總糞大腸桿菌菌群：341828個/l，按下按鈕7，分別在水龍頭6和水龍頭14接出水并對出水中的指標(biāo)進(jìn)行檢測。

實驗表明：經(jīng)過本發(fā)明處理后水龍頭6的出水滿足自來水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，水龍頭14的出水滿足飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。因此本發(fā)明在飲用水處理過程中效果顯著，環(huán)保綠色，無二次污染，使用壽命較長，具有廣闊的市場前景。

上述實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)說明。顯然，本發(fā)明并不局限于所描述的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或相類似的變化都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。