CN102531112A

CN102531112A - 银纳米线便携式杀菌净水装置

Info

Publication number: CN102531112A
Application number: CN2012100353555A
Authority: CN
Inventors: 胡勇有; 秦彦哲; 杨扬
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2012-02-16
Filing date: 2012-02-16
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明公开了银纳米线便携式杀菌净水装置，该装置杀菌效率高，成本低廉，且杀菌效果稳定。本发明装置包括相互连接的银纳米线电场杀菌单元和电源单元；所述银纳米线电场杀菌单元的阴极结构为负载着银纳米线的导电载体，阳极结构为不锈钢网。

Description

银纳米线便携式杀菌净水装置

技术领域

本发明涉及一种基于银纳米线的杀菌净水装置。

背景技术

现有的自来水供水使用集中式消毒。主要包括氯消毒、二氧化氯消毒、氯胺消毒、臭氧消毒和紫外线消毒。由于经济条件的限制，我国农村目前采用的消毒方式大多为氯消毒和二氧化氯消毒，通过氯元素本身的强氧化性对水体细菌进行灭活。

目前，在我国尚未能保证所有地区实现集中式供水。在不能实现自来水供水的部分农村地区以及野外，一般都取自河流、湖泊或自备井取水供水，未能有消毒保障，细菌与病毒尤易超标，故难以保证饮用安全。

市售的便携净水装置，除菌端以使用活性炭、过滤膜或者使用碘树脂为主。活性炭在使用一段时间后，会滋生细菌，造成出水细菌指标超标；过滤膜具有小于细菌尺寸的膜孔(如陶瓷膜的孔径为1微米)，主要是对细菌胶团的物理截留，需要使用微型泵提供较大的过滤压力使水流透过膜孔，且长期使用后存在膜孔的污染堵塞问题；若使用碘树脂进行杀菌，却会令出水存在异味及其他毒副作用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供银纳米线便携式杀菌净水装置，该装置杀菌效率高，成本低廉，且杀菌效果稳定。

本发明的目的通过下述技术方案实现：银纳米线便携式杀菌净水装置，包括相互连接的银纳米线电场杀菌单元和电源单元；所述银纳米线电场杀菌单元的阴极结构为负载着银纳米线的导电载体，阳极结构为不锈钢网。

所述导电载体为碳布、碳纤维、碳毡或石墨毡。

所述电源单元为自发电单元。

所述自发电单元采用手摇式发电机。

所述自发电单元包括线圈、桥式整流器、充电电容以及充电电池，其中线圈与桥式整流器的输入端连接，充电电容及充电电池并联在桥式整流器的输出端。

所述自发电单元还包括用于提示用水是否安全的发光二极管，所述发光二极管并联在所述充电电池的两端。

本发明根据电场杀菌原理，以银纳米线为杀菌核心，并将其负载于导电材料碳布上。通过对银纳米线-碳布体系通低压电(低于人体安全电压)，即可产生方向变化梯度极大的强电场(非高电压)，当经预处理之后的水流经过该通电滤层附近，细菌就能在高压电场中迅速被杀灭；借此实现净水、杀菌功能。

该水体杀菌装置通过银纳米线(AgNWs)、不锈钢网所构成的两极提供人体安全电压，形成电场，从而组成杀菌核心；细菌在通过通电的负载银纳米线碳布滤层时被杀灭，停留时间约一秒，灭菌率能够达到99％以上，多级串联杀菌效果更好；装置使用180cm²的AgNWs-碳布材料即可实现1L/min(家用普通桶装饮水机的出水速度)的水处理速度。该装置可以使用纽扣电池或设计手摇式自供电系统，为复合材料提供杀菌电压。因此，本装置可适应野外无供电环境；同时设计干电池系统作为供电另一方案。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本装置结构小巧轻便，电源、预处理、消毒三部分体积小，达到便携程度。

2、采取自发电系统供电，实现人体动能-电能转换，更适合野外等无供电地区使用。

3、采用通电的银纳米线杀菌体系，水体流经通电的负载银纳米线载体后，即实现电场杀菌，且不对原水水质产生负面影响，因此在保证高速杀菌的前提下，能够解决膜过滤除菌技术需外加压力、易堵塞，碘树脂杀菌导致出水异味有毒副作用的缺点。

4、由于银纳米线杀菌速度快，水流在装置中停留1秒钟便可达到消毒效果，不改变使用习惯；安全，最高电压不超过28V，低于人体安全电压，外部有LED灯作指示，简单直观；装置材料对人体、环境健康无害。

附图说明

图1是本装置的内部结构图；

图2是银纳米线负载于碳纤维布表面后的形态图；

图3是自发电单元的电路图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本装置结构如图1所示。银纳米线净水杀菌装置主要分为三大子系统：水体预处理单元、银纳米线电场杀菌单元、电源单元，下面详细阐述三大单元。

1、水体预处理单元

本装置应用于部分农村和野外的饮用水净化杀菌，因天然水体的水质难以辨别，除细菌外还会存在颗粒物、有机物、重金属等污染物，也可能在外观上表现为浑浊、有色，甚至有异味。因此在进入银纳米线碳布电场杀菌系统前，应做预处理以去除水中上述污染物。

借鉴家用净水机的净水系统设计，使用pp棉作为前端过滤部分，过滤去除大于5微米的颗粒物如泥沙、铁锈；后置活性炭材料，利用活性炭优良的吸附性能，当水流经活性炭时，能够去除重金属、有机物及部分细菌。

2、银纳米线电场杀菌单元

2.1阴极结构

首先制得银纳米线(AgNWs)，银纳米线的杀菌能力非常强，而且可以负载在多种导电材质的表面。可以利用多种方法如电化学还原法、黏胶剂法、共混法、包埋法、吸附法、改性等方法将银纳米线负载到导电载体上。例如：本装置选用碳布作为导电载体，负载银纳米线。首先将制得的银纳米线分散于乙醇中，形成银纳米线-酒精分散液，通过浸泡，吸附于碳纤维布表面，然后通过喷洒粘胶剂Nafion(全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物)或UV胶(紫外光固化胶)，烘干后得到银纳米线碳纤维布1。通过电镜扫描(SEM)，可观察到负载于碳纤维布表面的银纳米线，如图2。

此外，还可以增加胶黏剂作为化学吸附点，使银纳米线与碳纤维布基底形成多个物理吸附点，从而将整个碳纤维布材料连成导电的载体。

2.2阳极结构

阳极结构为不锈钢网2，主要作用为增大通电接触面积。需要说明的是，银纳米线碳纤维布1与不锈钢网2之间并不形成电流通路，只是为了形成杀菌电场。

3.自发电单元

3.1自发电单元设计

使用手摇式发电机3发电，电路图如图3所示，包括线圈、桥式整流器、充电电容以及充电电池，其中线圈与桥式整流器的输入端连接，充电电容及充电电池并联在桥式整流器的输出端。

自发电单元使用过程中，首先通过手摇，使内部磁铁产生位移，磁感线从而被线圈切割，即产生交流电，再经图3中的二极管D1-D4组成的桥式整流器整流，电容C1贮能向电池CR2032充电，最后附加升压芯片MC34063，即可获得充足的电压，供应银纳米线进行电场杀菌。

3.2自发电单元电压控制

在本发明杀菌净水装置中，水按图1所示箭头方向流动。发电机提供的电流会随着水压的变化而波动，为了保证安全性，可在电路上安装了一个用于提示用水是否安全的发光二极管LED1来检测电压的变化情况。所述发光二极管与开关、电阻串联后，并联在所述充电电池的两端。当灯变绿时，出水是安全的，当灯变红时电压在安全电压以下，出水不安全。当水压不足时用户可以调节流量来满足水压，直至LED灯变绿就可以得到安全的用水。

3.3自发电单元的防潮与散热

电路、芯片在一定的湿度、温度范围内才能够正常工作，采用传统的环氧树脂来防潮。包裹环氧树脂前，在消毒装置周围加装散热片，维持消毒装置温度在正常的范围内，保证其工作效率。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，包括相互连接的银纳米线电场杀菌单元和电源单元；所述银纳米线电场杀菌单元的阴极结构为负载着银纳米线的导电载体，阳极结构为不锈钢网。

2.根据权利要求1所述的银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，所述导电载体为碳布、碳纤维、碳毡或石墨毡。

3.根据权利要求1所述的银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，所述电源单元为自发电单元。

4.根据权利要求3所述的银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，所述自发电单元采用手摇式发电机。

5.根据权利要求3所述的银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，所述自发电单元包括线圈、桥式整流器、充电电容以及充电电池，其中线圈与桥式整流器的输入端连接，充电电容及充电电池并联在桥式整流器的输出端。

6.根据权利要求5所述的银纳米线便携式杀菌净水装置，其特征在于，所述自发电单元还包括用于提示用水是否安全的发光二极管，所述发光二极管并联在所述充电电池的两端。