CN104163537A

CN104163537A - 光触媒深层净化自来水的装置和方法

Info

Publication number: CN104163537A
Application number: CN201310184582.9A
Authority: CN
Inventors: 唐世茂
Original assignee: Individual
Current assignee: Sichuan Jinke Technology Co ltd
Priority date: 2013-05-16
Filing date: 2013-05-16
Publication date: 2014-11-26
Anticipated expiration: 2033-05-16
Also published as: CN104163537B

Abstract

本发明公开了一种光触媒深层净化自来水的装置和方法，包括顺次连接的进水口、电磁阀_{(停电关水)}、水减压阀_×2、磁力场_×2、压力表_×2、流量计_×2、前过滤_×2、玻璃管腔体_×2、下水阀_×2、排气阀、后过滤、鱼木石火山石储罐、微元素微流恒量注入器、出水口以及用导线连接的LED仪表灯_×5、LED紫外光灯珠束_×2、冷却扇_×2、电磁阀、红外停水报警器、电源适配器、开关和安插光纤束_×2。自来水流经本装置能制备洁净、富氧、均衡的矿物质及一种水分子团特别细小而渗透力强的高能量直饮水。本装置的玻璃管可采用串连、并连方式组合成单机、组机和机组，玻璃管具备自洁、经济、操作自动化的特点，能进行工业规模化生产，可为城镇提供直饮水或二次供水。

Description

光触媒深层净化自来水的装置和方法

技术领域

本发明专利是采用光触媒二氧化钛薄膜的光催化氧化的作用，为自来水提供一种深层净化成为直饮水的装置和方法，尤其是该装置涉及其玻璃管管身扭成360°六条螺纹齿线的技术。

背景技术

自从1972年TiO₂光触媒特性由日本藤岛昭教授发现以来，以其为代表的光触媒材料是当今科学研究的热点，利用TiO₂光触媒材料对环境净化中的各种污染物的明显去除效果已引起世界的广泛重视。在大于带隙能光照条件下的TiO₂光催化剂，就可将许多用化学法、生物法无法去除水和空气中的有机污染和部分无机污染进行氧化、矿化、降解、灭菌和除臭，在水中还原重金属离子等效果。如何提高TiO₂光催化剂的负载化、光催化性能、氧化降解有机无机污染物的深度与选择性和光催化反应速率及效率有以下几方面：

1、碱玻璃基材用有机或无机酸洗涤的效果，可直接影响成膜的附着力和寿命。

2、涂布下涂层阻止碱玻璃基材中的Na⁺、Ca⁺离子在热处理过程中扩散入成膜中，控制成膜的厚度和晶化温度，使其呈显锐钛型，提高成膜催化效率。

3、选择过渡金属离子Cu²⁺、Fe³⁺、Ag⁺，以及成膜前的溶胶掺杂量，有效抑制电子和电洞的简单复合，提高催化速率。

4、增大光照强度、光照面积、成膜表面的粗糙度和羟基含量提高催化效率。

5、把光触媒的实验研发阶段走向实用，走向工业规模化生产。

发明内容

本发明的目的是提供一种光触媒深层净化自来水的装置和方法，该装置制备简单、操作自动化，能用于工业规模化生产，自来水通过本装置和采用的方法可生成洁净、富氧、均衡的矿物质及一种水分子团特别细小而渗透力强的高能量直饮水。该装置包括顺次连接的进水口₁、电磁阀_{(停电关水)}32、水减压阀_2×2、磁力场_3×2、压力表_4×2、流量计_5×2、前过滤_6×2、玻璃管腔体_×2、下水阀_24×2、排气阀₂₃、后过滤_9×2、鱼木石火山石储罐₁₀、微元素微流恒量装置、出水口₃₃，以及用导线连接的LED仪表灯_×5、LED紫外光灯珠束_31×2、冷却扇_29×2、电磁阀₃₂、红外停水报警器_30×2、电源适配器₂₈、开关₂₇及安插光纤束_31×2。所述玻璃管管身扭成360°六条螺纹齿线，其管内壁涂有纳米多孔氧化钛薄膜，在螺纹齿线中间安置有LED紫外光灯珠束。

1、用有机溶剂洗涤玻璃管基材可回收再用。将所有玻璃管连续在乙酸(CH₃COOH，CP级)中超声清洗30min，接着甩干放入去离子水(H₂O)中超声漂洗30min，再放入乙醇(C₂H₅OH，AR级)中超声清洗30min，然后甩干再放入去离子水中超声漂洗30min，最后甩干后放入烘箱120℃烘干待用。高洁度的基材会增加与成膜的粘黏度，延长使用寿命。

2、光触媒TiO₂溶胶的制备：准确称取一定量的钛酸四正丁酯[Ti(OC₄H₉)₄，AR级]在保温28℃(全程)搅拌下溶于无水乙醇(C₂H₅OH，AR级)中，接着加入二乙醇胺[NH(C₂H₄OH)₂，AR级]缓其强烈水解并搅拌1h后，再用15min滴加1M的去离子水(H₂O)与3.09M的无水乙醇(总量一部分)的混合溶液再搅30min，其摩尔浓度比为n[Ti(OC₄H₉)₄]∶n(C₂H₅OH)∶n(H₂O)∶n[NH(C₂H₄OH)₂]＝1∶[(20.4(与钛酸四正丁酯)+3.09(与水)+0.15(与乙醋铜)]∶1∶1，然后投入一定量的聚乙二醇₂₀₀₀[HO(CH₂CH₂O)nH，AR级]，再后用10min滴加一定量的乙醋铜[Cu(CH₃COO)₂·H₂O，AR级]与无水乙醇(总量一部分)的混合溶液，最后延搅1h可获得钛摩尔浓度(Ti)为0.6mol/l均匀透明的浅兰色溶胶。

3、下涂层的制备和处理：在洁净的玻璃管中装满TiO₂溶胶静置10min，采用恒量降液法将溶胶液面以6cm/min平稳速度竖直下降至完，湿膜在烘炉中用120℃烘30min后，继续以20℃/min的平稳温度上升至550℃并保温1.5h，待炉内温度自然降至室温得下涂层，膜厚可达180nm，接着用P_H4的稀硝酸(AR级)溶液浸泡10min，能去除其下涂层表面的Ti、O、C、Na、Ca等元素。下涂层能阻止玻璃管基材中的Na⁺、Ca⁺离子在热处理过程中扩散入成膜中，可提高成膜的催化效率。

4、光触媒多孔TiO₂薄膜的制备：将洁净的涂有下涂层的玻璃管采用恒量降液法以6cm/min平稳降速制备湿膜三次，前二次湿膜各用120℃烘30min后取出自冷至室温，第三次湿膜在烘炉中用120℃烘30min后，继续以20℃/min的平稳温度上升至550℃并保温1.5h，待炉内温度自然降至室温可得纳米多孔TiO₂薄膜，膜厚可达300nm，可全部晶化呈锐钛型能提高催化效率。

5、玻璃管(H80cm×φ26cm)管身扭成360°的六条螺纹齿线，它能使水流自动搅拌，并增大光照面积，可采用串连、并连的方式可将玻璃管组合成单机、组机和机组，自动化操作能实现工业规模化生产。

6、采用节能高辐照强度的LED紫外光灯珠束，能增加TiO₂膜表面电子和电洞的激发，提高催化速率。

7、采用六面双回路高能磁力场装置，可断开水分子团簇缔合的氢键，使水分子团变细小，增强水的渗透力。

8、玻璃管单面涂膜采用恒量降液法，该装置简单、可靠还降耗。

所述内容2中的聚乙二醇_2000/g其投入量是钛酸四正丁酯/M的15g∶1，营造成膜的多孔能增加粗糙度、增大比表面积、自洁性能及提高催化效率。

所述内容2中的乙醋铜/mM与无水乙醇/M混合溶液其滴加摩尔浓度比是钛酸四正丁酯/M的1mM∶0.15∶1，营造电子陷阱抑制与电洞的简单复合，提高催化速率。

本发明的有益效果

1、经过对光触媒TiO₂的负载化，极大地提高了纳米多孔TiO₂薄膜的附着力和寿命及光催化活性，用紫外光照作灭菌实验：将大肠杆菌和金色葡萄球菌均匀地涂布于经高温灭菌的膜表面，细菌密度1×10⁵/cm²，将接菌的膜样品置于无菌箱内培养，用TOK10V4W型紫外灯(主玻长253.7nm、功率4W、辐照强度0.5mW/cm²)光照15min内灭菌超过90％，30min后已全部杀灭。

2、自来水经过光触媒深层净化的装置和采用的方法，可生成洁净、富氧、均衡的矿物质及一种水分子团特别细小而渗透力强的高能量直饮水，饮用它能提升体内天然的免疫细胞量，从而增强抗体活力，还能增进体内的细胞吸收和排毒功能，促进细胞的新陈代谢，使身体保持健康，重建人类与大自然的和谐。该装置可对生活小区、场、镇、区、市提供直饮水或二次供水。

附图说明

为了使发明专利的目的、装置和技术方案及优点更加清楚，下面将结合说明书附图对发明专利作进一步的详细描述，其中图1为光触媒深层净化自来水的装置和方法的结构示意图：由进水口₁、电磁阀_{(停电关水)32}、水减压阀_2×2、磁力场_3×2、压力表_4×2、流量计_5×2、前过滤_6×2构成往后供给两股小分子团的清洁的恒量水流；由分流环_7×2、集流环_8×2、油封盖_14×4、氟油封圈_15×4、法兰盘_16×4、氟胶垫_17×8、玻璃管_19×4、交接阀兰盘_18×2、石英玻管_22×2、锁紧拉杆_20×10、护管_21×2等组合成先串连后并连的两支玻璃管腔体，这是光触媒催化氧化自来水的芯；经后过滤₉、鱼木石火山石储罐₁₀，由针阀₁₁、恒压玻璃球₁₂和储瓶₁₃组合成微元素微流恒量注入器；由出水口₃₃流出直饮水；由排气阀₂₃、下水阀_24×2为玻璃管腔体定期排渣；由开关_{(代指示灯)27}、电源适配器₂₈供LED白灯_26×5为仪表照明、供LED紫外光灯珠束_25×2对玻璃管腔体辐照和冷却扇_24×2为其降温，安插光纤束_31×2、看玻璃管腔体是否工作的指示光等，以上部件与机箱₃₄和红外线₃₀停水报警器可构成能自动操作的光触媒深层净化自来水的装置。

图中1.进水口、2.水减压阀_×2、3.磁力场_×2、4.压力表_×2、5.流量计_×2、6.前过滤_×2、7.分流环_×2、8.集流环_×2、9.后过滤、10.鱼木石火山石储罐、11.针阀、12.恒压玻璃球、13.储瓶、14.油封盖_×4、15.氟油封圈_×4、16.阀兰盘_×4、17.氟胶垫_×8、18.交连阀兰盘_×2、19.玻璃管_×4、20.锁紧拉杆_×10、21.护管_×2、22.石英玻管_×2、23.排气阀、24.下水阀_×2、25.LED紫外光灯珠束_×2、26.LED白灯_×5、27.开关、28.电源适配器、29.冷却扇_×2、30.红外停水报警器、31.光纤束_×2、32.电磁阀_{(停电关水)}、33.出水口、34.机箱。

其图2为六面双回路磁力场装置图：由长方体磁块_4×4，以磁块大面N极与另一块S极……叠为一体，在N极与S极之间粘有一定厚度的垫条_3×9，形成三层的双路通道_2×6，但三层通道中间的三条垫条一端有一小段空位_9×3，此端与铝板₆密封粘接，则另一端与铝板₇也密封粘接，该铝板上有进水口₁，内凹槽_5×2和出水口₈，这样就构成六面双回路磁力场装置。

图中1.进水口、2.通道_×6、3.垫条_×9、4.磁块_×4、5.凹槽_×2、6.后铝板、7.前铝板、8.出水口。

其图3为恒量降液法的装置图：由针阀₁、恒压玻璃球₂、下阀兰盘₃组成托架，由氟胶垫_4×2、玻璃管₆、上阀兰盘₆、锁紧拉杆_7×5与托架构成恒量降液法的装置。该装置简易、可靠，将对其玻璃管₅单面涂膜。

图中1.针阀、2.恒压玻璃球、3.下阀兰盘、4.氟胶垫_×2、5.玻璃管、6.上阀兰盘、7.锁紧拉杆_×5。

其图4为光触媒深层净化自来水的装置和方法的各部件之间的管道连接图，也是水流走向图，其四氟管头与部件之间用专用锁紧扣连接。

具体实施方式

以下将参照说明书附图对本发明专利的优选实施例进行详细的描述：首先按说明书附图2所示装配磁力场装置，其次按说明书附图1所示将分流环_7×2、集流环_8×2、油封盖_14×4、氟油封圈_15×4、阀兰盘_16×4、氟胶垫_17×8、交连阀兰盘_18×2、玻璃管_19×4、石英玻管_22×2、锁紧拉杆_20×10、护管_21×2装配成2支玻璃管腔体，再次把进水口₁、电磁阀_{(停电关水)32}、水减压阀_2×2、磁力场_3×2、压力表_4×2、流量计_5×2、前过滤_6×2、玻璃管腔体_×2、后过滤₉、鱼木石火山石储罐₁₀、针阀₁₁、恒压玻璃球₁₂、储瓶₁₃、排气阀₂₃、下水阀_24×2、出水口₃₃等以上部件在机箱 ₃₄里按设计的位置用螺栓固定，然后将用电部件LED紫外光灯珠束_25×2、LED白灯_26×5、冷却扇_29×2、红外停水报警器₃₀、电磁阀₃₂、开关₂₇及电源适配器₂₈固定到位并用导线连接，同时安插光纤束_31×2，最后将以上各部件之间用四氟管和专用锁紧扣连接，其顺序如说明书附图4所示。

Claims

1.光触媒深层净化自来水的装置和方法，可基本表述为顺次连接进水口、电磁阀_(停电关 _水)、水减压阀_×2、磁力场_×2、压力表_×2、流量计_×2、前过滤_×2、玻璃管腔体_×2、下水阀_×2、排气阀、后过滤、鱼木石火山石储罐、微元素微流恒量注入器、出水口，以及用导线连接的LED仪表灯_×5、LED紫外光灯珠束_×2、冷却扇_×2、电磁阀、红外停水报警器、电源适配器、开关和安插光纤束_×2，自来水通过该装置和采用的方法可制备洁净、富氧、均衡的矿物质及一种水分子团特别细小而渗透力强的高能量直饮水。

(1)采用六面双回路磁力场装置。

(2)玻璃管管身扭成360°六条螺纹齿线，其管内壁涂有光触媒多孔TiO₂薄膜，在螺纹齿线中间安置有LED紫外光灯珠束。

2.根据光触媒深层净化自来水的装置和方法，玻璃管内壁的单面涂膜采用恒量降液法。

3.本装置的玻璃管基材采用涂布下涂层。

4.本装置的玻璃管可采用串连、并连方式组合成单机、组机和机组，可自动操作能实现工业规模化生产。

5.光触媒多孔TiO₂溶胶的制备：准确称取一定量的钛酸四正丁酯(AR级)在保温28℃(全程)搅拌下溶于无水乙醇(AR级)中，接着加入二乙醇胺(AR级)缓其强烈水解并搅拌1h，再用15min滴加1M的去离子水与3.09M的无水乙醇(总量一部分)的混合溶液再搅30min，其摩尔比为n钛酸四正丁酯∶n无水乙醇∶n水∶n二乙醇胺＝1∶[(20.4(与钛酸四正丁酯)+3.09(与水)+0.15(与乙醋铜)]∶1∶1，然后投入一定量的聚乙二醇₂₀₀₀(AR级)，再后用10min滴加一定量的乙醋铜(AR级)与无水乙醇(总量一部分)的混合溶液，最后延搅1h可获得钛摩尔浓度(Ti)为0.6mol/l均匀透明的浅兰色溶胶。

所述的聚乙二醇₂₀₀₀/g其投入量是钛酸四正丁酯/M的15g∶1，其营造成膜的多孔能增加粗糙度、增大比表面积、自洁性能和提高催化效率。

所述的乙醋铜/mM与无水乙醇/M混合溶液其滴加摩尔比是钛酸四正丁酯/M的1mM∶0.15∶1，其营造电子陷阱抑制与电洞的简单复合，提高催化速率。

6.下涂层的制备和处理：在洁净的玻璃管装满TiO₂溶胶静置10min，用恒量降液法将溶胶面以6cm/min平稳速度竖直下降至完，湿膜在烘炉中用120℃烘30min后，继续以20℃/min的平稳温度上升至550℃并保温1.5h，待炉内温度自然降至室温得下涂层，膜厚可达180nm，接着用P_H4的稀硝酸(AR级)溶液浸泡10min，能去除其表面的Ti、O、C、Na、Ca等元素，下涂层能阻止玻璃管基材中的Na⁺、Ca⁺离子在热处理过程中扩散入成膜中，提高成膜的催化效率。

7.光触媒多孔TiO₂薄膜的制备：将洁净的涂有下涂层的玻璃管用恒量降液法以6cm/min降速制备湿膜三次，前二次湿膜各用120℃烘30min后取出自冷至室温，第三次湿膜在烘炉中用120℃烘30min后，继续以20℃/min的平稳温度上升至550℃并保温1.5h，待炉内温度自然降至室温可得纳米多孔TiO₂薄膜，膜厚可达300nm，可完全晶化呈锐钛型能提高催化效率。