CN104843915B - 一种便携式污水净化及电力产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于水净化和电力设备制造技术领域的一种便携式污水净化及电力产生装置。储水容器内设有多层光催化反应膜片，储水容器的顶部设有密封盖，密封盖上设有污水进入口和氢气排出管，氢气排出管与氢电池相连，储水容器下部与过滤装置相连。本发明的便携式污水净化及电力产生装置可以有效净化有机物污染的污水，并且能够产生氢气，用于氢电池的发电原料，该装置制备成本低，适合第三世界的家庭用水净化和小型电力设备供电用，将该装置的原理应用于屋顶及屋内，可以处理生活污水，变为饮用水，节约水源。
Description
技术领域
本发明属于水净化和电力设备制造技术领域，具体涉及一种便携式污水净化及电力产生装置。
背景技术
目前，发达国家饮用水主要靠净水机对河水或者污水进行净化，沿海地区采用海水淡化制备饮用水，在水源较为干净的河水处理，可以采用过滤的办法，但是，大部分饮用水处理采取的处理技术为反渗透膜处理技术，该技术处理的水纯度最高，对处理水质要求不高，各种受污染的水都可以被净化，该处理方法主要包括两个步骤，第一步是过滤，将污水中的大颗粒分子和有色物质过滤掉，然后进入反渗透膜净化，该过程为耗能过程，需要额外加功，耗费电能，且尾水不能循环利用，需排放掉，浪费水资源。
净水机设备对于欠发达的第三世界的人来说，成本太高，耗电且浪费部分水资源。第三世界的人生活的地方一般没有较发达的工业，其水的污染主要为有机物，如果能发明一种能有效去除水中的有机污染物，并且能够产生电能的设备，无疑对第三世界贫困人口改善其生活来说，具有很大的帮助。
二氧化钛为一种对紫外光敏感的化合物分子，其吸收紫外线的能量，电子被激发，通过激发电子还原，氧形成超氧化物阴离子(O2-·)，超氧化物阴离子与水反应产生羟基自由基(·OH)，羟基自由基具有清除有机物，吸附灰尘等，同时，水被激发的电子分解，氢接受电子产生氢气，氧被激发的电子还原，生成超氧化物阴离子(O2-·)，形成循环，目前，尚没有人利用此原理研发水净化和电力生产的装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种便携式污水净化及电力产生装置，适用于第三世界国家的人民家庭用水和小型供电用。
发明人发现，当二氧化钛吸收紫外线的能量，电子会比激发产生，随之而生便是电子和空穴，通过激发电子还原，氧形成超氧化物阴离子(O2-·)，超氧化物阴离子与水反应产生羟基自由基(·OH)，这产生过程的自由基氧化有机化合物，从而导致水的净化，基于上述情况，有机化合物分解，以产生无害的二氧化碳和水。利用二氧化钛分解水分子，首次由Akira Fujishima提出，电解进行，使光生的电子和空穴引起的氧化还原反应，使形成氢气和氧(最后氧气被消耗在副反应，因此氢是主要产物)。
电子倾向于移动到较低的能量，当此转移由价带和导带间发生，它则称为重组。在此工艺中，电子(e-)已被激发从价带向二氧化钛的导带，落回到在价带中，这是孔(H+)空的状态。这种现象阻碍了水分解反应和光催化氧化还原。因此，为克服这种现象，防止重组发生。加入适量的还原剂或氧化剂是最好选择一-空穴对的再结合；掺杂二氧化钛与贵金属的例子。当光催化发生在水溶液中包括还原剂，又名电子给体/空穴清除剂，光生空穴不可逆地氧化该还原剂，而不是水。因此，氢气产量被提高。许多常见的有机污染物，如甲醇，甘油和EDTA都可作为优良的还原剂-空穴清除剂，它们可降低电子-空穴对的再结合的机会，从而增强氢产生速率。同时，它们可以有效地被分解。
一种便携式污水净化及电力产生装置，储水容器1内设有多层光催化反应膜片2，储水容器1的顶部设有密封盖3，密封盖3上设有污水进入口4和氢气排出管5，氢气排出管5与氢电池6相连，储水容器1下部与过滤装置7相连；
所述光催化反应膜片2为六边形网格结构，网格的边上涂有纳米二氧化钛。
所述过滤装置7分为3层，上层为活性炭层8，中层为石英砂层9，下层为纤维颗粒层10。
所述纤维颗粒层10采用天然植物纤维制备而成，颗粒大小在0.1-5um。
所述污水进入口4设有密封开关11。
所述氢气排出管5上设有阀门12。
所述储水容器1和密封盖3的材质为丙烯酸酯。
一种污水净化及电力产生装置，屋顶13上铺设光催化反应膜片2，光催化反应膜片2上设有透明树脂17，透明树脂17四周与屋顶13的连接处密封，透明树脂17距离屋顶13顶面的距离为0.5-5cm，透明树脂17上连接有氢气排出管5，氢气排出管5与氢电池6相连，屋内14设有废水管15通到屋顶13高处的透明树脂17上，屋顶13的低处设有回流口16，回流口16与过滤器19相连，过滤器19与储水器18相连；
所述光催化反应膜片2为六边形网格结构，网格的边上涂有纳米二氧化钛。
所述透明树脂17的材质为丙烯酸酯。
本发明的有益效果：本发明的便携式污水净化及电力产生装置可以有效净化有机物污染的污水，并且能够产生氢气，用于氢电池的发电原料，该装置制备成本低，适合第三世界的家庭用水净化和小型电力设备供电用，将该装置的原理应用于屋顶及屋内，可以处理生活污水，变为饮用水，节约水源。
附图说明
图1为实施例1便携式污水净化及电力产生装置结构示意图；
图2为实施例2污水净化及电力产生装置结构示意图；
图3为光催化反应膜片结构示意图；
图中，1-储水容器，2-光催化反应膜片，3-密封盖，4-污水进入口，5-氢气排出管，6-氢电池，7-过滤装置，8-活性炭层，9-石英砂层，10-纤维颗粒层，11-密封开关，12-阀门，13-屋顶，14-屋内，15-废水管，16-回流口，17-透明树脂，18-储水器，19-过滤器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1
一种便携式污水净化及电力产生装置，如图1所示，储水容器1内设有多层光催化反应膜片2，储水容器1的顶部设有密封盖3，密封盖3上设有污水进入口4和氢气排出管5，氢气排出管5与氢电池6相连，储水容器1下部与过滤装置7相连；
如图3所示，所述光催化反应膜片2为六边形网格结构，网格的边上涂有纳米二氧化钛。六边形网格结构材质为高分子树酯聚合物或者不锈钢，二氧化钛采用溅射的方式涂覆在其表面，呈均匀分布，网格状的设计不仅增大了羟基自由基与有机污染物反应的接触面，也增加了紫外线照射的表面积，增加了净化效率和产氢气的效率。
所述过滤装置7分为3层，上层为活性炭层8，中层为石英砂层9，下层为纤维颗粒层10。所述纤维颗粒层10采用天然植物纤维制备而成，颗粒大小在0.1-5um。
活性炭层8可以吸附污水中的难以去除的色素分子和未反应完全的有机大分子颗粒，石英砂层可以去除部分无机盐离子和无机大分子，植物纤维层的设置很关键，因为是水处理的最后一道关卡，天然植物纤维的粒径要小，吸附大部分有害无机盐离子和有机物小分子，并且能吸附未处理好的细菌，病毒等生物活性因子，天然植物纤维可以采用椰壳，花生壳，柽柳树皮等晒干，粉碎制成。
因为细菌，病毒等具有生物活性的因子，有一定的抵抗羟基自由基攻击的能力，在该系统中可能无法彻底的去除，发明人经过试验发现，败酱草的汁液具有吸附细胞和病毒并将其杀死的活性，发明人采用化学提取的方法，提取到败酱草的活性提取物，在进行水净化时，按照提取物与污水的质量比1∶10000-50000的比例，加入败酱草提取物，净化效果更好，可以有效杀灭水中的病毒和细菌，特别适用于西非埃博拉疫情爆发的地区，为避免通过饮用水途径传染埃博拉病毒提供了良好的方法和工具，所述酱草的活性提取物提取方法为：将败酱草叶晒干，研成粉末，以10-15倍质量的70％乙醇溶液回流提取3次，滤渣在用3-5倍质量的30％的乙醇溶液回流提取1次，合并两次提取的滤液，脱色，蒸干得到白色粉末，制成。
所述污水进入口4设有密封开关11。所述氢气排出管5上设有阀门12。所述储水容器1和密封盖3的材质为丙烯酸酯。所述丙烯酸酯为超透明材质，保证紫外光顺利透过该材质。
本实施例的氢电池的阳极和阴极由隔膜隔开，氧气在阴极产生而氢则在阳极生出，H2与催化剂在阳极发生反应，转换H2成电子和氢离子移动电子通过导线产生电流，氢离子移动通过电解质膜，与氧离子在阴极结合产生水。
实施例2
一种污水净化及电力产生装置，如图2所示，屋顶13上铺设光催化反应膜片2，光催化反应膜片2上设有透明树脂17，透明树脂17四周与屋顶13的连接处密封，透明树脂17距离屋顶13顶面的距离为0.5-5cm，透明树脂17上连接有氢气排出管5，氢气排出管5与氢电池6相连，屋内14设有废水管15通到屋顶13高处的透明树脂17上，屋顶13的低处设有回流口16，回流口16与过滤器19相连，过滤器19与储水器18相连；
所述透明树脂17的材质为丙烯酸酯。
如图3所示，所述光催化反应膜片2为六边形网格结构，网格的边上涂有纳米二氧化钛。六边形网格结构材质为高分子树酯聚合物或者不锈钢，二氧化钛采用溅射的方式涂覆在其表面，呈均匀分布，网格状的设计不仅增大了羟基自由基与有机污染物反应的接触面，也增加了紫外线照射的表面积，增加了净化效率和产氢气的效率。
使用该装置时，采用加压泵将生活污水泵入废水管中，废水管中的废水升到屋顶最高处，自上而下缓慢留下来，接触到网格上的二氧化钛催化剂，在阳光的紫外线照射下，清除有机污染物并产生氢气，氢气入氢电池使用，清除有机污染物的水进入过滤器过滤，最后进入储水器保存留用。
Claims (1)
1.一种污水净化及电力产生装置，其特征在于，屋顶(13)上铺设光催化反应膜片(2)，光催化反应膜片(2)上设有透明树脂(17)，透明树脂(17)四周与屋顶(13)的连接处密封，透明树脂(17)距离屋顶(13)顶面的距离为0.5-5cm，透明树脂(17)上连接有氢气排出管(5)，氢气排出管(5)与氢电池(6)相连，屋内(14)设有废水管(15)通到屋顶(13)高处的透明树脂(17)上，屋顶(13)的低处设有回流口(16)，回流口(16)与过滤器(19)相连，过滤器(19)与储水器(18)相连；
所述光催化反应膜片(2)为六边形网格结构，网格的边上涂有纳米二氧化钛；
所述透明树脂(17)的材质为丙烯酸酯。
Priority Applications (2)
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