CN105077474B

CN105077474B - 一种海水淡化急救包

Info

Publication number: CN105077474B
Application number: CN201510445016.8A
Authority: CN
Inventors: 莫文辉
Original assignee: Qingdao Wosai Sea Water Desalination Technology Co Ltd
Current assignee: Qingdao Wosai Environmental Protection Technology Co.,Ltd.; Qingdao Wosai Seawater Desalination Technology Co ltd
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-12-22
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: CN105077474A

Abstract

本发明涉及海水淡化领域，特别涉及一种海水淡化急救包。该海水淡化急救包，其特征在于：包括急救包本体，所述急救包本体一端为喂水室，另一端为出水室，所述出水室与喂水室之间由正向渗透膜分开，所述喂水室的一侧设有进水口，所述进水口处设有网过滤器，所述出水室的一侧设有出水口。本发明提供了一种可靠的、有效的、易于操作的、可以在紧急情况下维持生命，为人体提供干净的饮用水及足够的营养的海水淡化急救包，经过滤后得到的饮料非常类似于从挤榨的葡萄汁或者葡萄糖液体，并且提供了紧急状况时非常重要的热量，能够从海水、咸盐水、污染水表面、地下水等，生产救命的营养饮料，主要的目标市场是船民，航海人员，登山者和野营者。

Description

一种海水淡化急救包

技术领域

本发明涉及海水淡化领域，特别涉及一种海水淡化急救包。

背景技术

当发生地震、海啸或其他灾难性情况中，饮用水和食物的供应被大大损坏，受污染的水携带的病菌是导致疾病和死亡的重要原因。现有的海水淡化装置，设备一般较为庞大，不方便携带，且淡化时间较长，使用的反渗透膜为一种压力驱动膜，需要有外部水压来驱动，且具有较高的膜结垢倾向性，在紧急情况下不适用。而现在市场上可得到的正渗透（FO）膜都只有相对较差的渗透流通性能（低水转移率和较慢的膜湿润速率），易于表面结垢，这都使得急救海水淡化包的整体性能效率较低和吸引性较差。为使在自然灾害中救急应用，以及室外工作者在没用安全用水的情况下维持生命，急需去开发一种可靠的、有效的、便于携带的，且能够从海水、咸盐水、污染水表面、地下水等得到可以安全饮用、且能为人体提供能量的急救产品。

发明内容

本发明为了弥补现有技术的缺陷，提供了一种结构简单，便于携带、方便操作的海水淡化急救包。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种海水淡化急救包，其特征在于：包括急救包本体，所述急救包本体一端为喂水室，另一端为出水室，所述出水室与喂水室之间由正向渗透膜分开，所述喂水室的一侧设有进水口，所述进水口处设有网过滤器，所述出水室的一侧设有出水口。

所述出水室内装有吸拉溶液，所述吸拉溶液为浓度大于2mol/L的单糖或双糖溶液，其产生的渗透压大于0.2MPa，当海水或是苦咸水进入喂水室后，经正向渗透膜过滤，阻挡掉其中的盐分子、细菌、病毒等后，进入到出水室，以稀释出水室内的吸拉溶液，从而制备出可以安全饮用的可做急救用的液体。

所述正向渗透膜为经过表面修正的醋酸纤维素膜，所述修正后的醋酸纤维素膜的接触角小于50°，以达到较高的渗透流通量，较高的电荷密度，pH为7时电势能约为-10mV,表面平均粗糙度Ra大于 20nm，可以明显地减少有机和无机杂质在醋酸纤维素膜的表面结垢。醋酸纤维素膜是将醋酸纤维素浇铸到一种非编织多孔的、纤维性的聚酯、或聚乙烯、或聚丙烯材料制成的基底上；所述基底还可以为聚丙烯腈（PAN），聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚苯醚砜（PES），聚砜（PS），聚氯乙烯（PVC），聚偏二氟乙烯（PVDF）的一种或几种的混合基体，尽管以这些聚合物为基底的醋酸纤维素膜结构的表面功能层，比起反渗透（RO）膜或者纳滤（NF）膜来讲，是不太易受垢物的影响，但对于有机和生物膜结构还是相当敏感的，对其具有一定的吸附作用，因此渗透流即水分子转移也会被限制，因为它的主要驱动能是简单地基于喂入和拉出溶液之间的浓度差，而不是基于水压。因此，为了使得本发明达到最佳的和最理想的特性，以获得一个有效地高于现在和将来的竞争者的同类产品的杰出的表现，正向渗透膜（FO）的总体流量和选择性性能以及反结垢性质必须改善。

醋酸纤维素膜进行表面修正是改善其整体性能的关键，经修正后醋酸纤维素膜的活跃层的表面亲水性、表面电荷和表面粗糙度性质可以被细化和优化。表面修正技术包括但是不限于以下的化学和物理修正：

物理修正 – 二氧化碳（CO2）等离子体，氮气（N2）等离子体，紫外线（UV）辐射，氧气（O2）等离子体，粒子束辐射，氨气（NH3）等离子体，氩气/氨气（NH3）和氧气/氨气（NH3）等离子体，X-射线，臭氧感应等的表面嫁接。

化学修正： —采用聚合体和表面活性剂，例如：聚乙烯醇（PVA），聚乙烯吡咯烷酮（PVP），聚乙二胺（PEI），聚吡咯，四份分的聚乙烯（乙烯基咪唑），磷脂，聚磺酰胺，MPC 共聚物，PVDF 嫁接共聚物，三重氢核 X-100，聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚) F108，Tween20，氟化作用，磷酸，甲基丙烯酸缩水甘油酯，氯磺酸的磺化作用，PEO/PPO替代乙二胺，二氧化钛（TiO2）纳米粒子沉淀，三氧化二铝（Al2O3）纳米粒子，聚氨基葡萄糖和葡萄聚糖硫酸盐稳定的银纳米粒子等。

表面修正技术也可以包括仿生的，表面薄膜层，和表面-修正大分子法。

所述正向渗透膜也可以为掺杂有埃洛石纳米管的聚酰亚胺纳米复合薄膜，所述埃洛石纳米管的掺杂量最小为0.1%，相对于未进行功能化的聚酰亚胺薄膜，掺杂有埃洛石纳米管的聚酰亚胺纳米复合薄膜具有优异的亲水性能以及表面粗糙度，可以极大地提高水的渗透性，其接触角小于60°，表面平均粗糙度Ra大于 60nm ，pH为7时电势能约为-10mV。

进一步的，基于渗透流通量和温度的直接关联性，当喂入溶液的温度每升高 10℃，渗透流通量增加两倍，因此为增加正向渗透膜的渗透流通量，所述喂水室连接有加热室，喂水室与加热室之间为热传导层，所述加热室由中间的绝缘层分成左、右两部分，当通过物理方法如弯曲或摇动等方式，将绝缘层除去时，加热室左、右两部分的成分混合后慢慢的释放热量，释放的热量可通过热传导层转移至喂水室，来增加正向渗透膜的渗透流通量。

进一步的，为增加喂水室的压强，以改善水的转移速率，所述加热室连接有压力室，所述压力室上设置有止回阀，使用手泵或者简单的通过用嘴吹的方式将空气通过止回阀进入压力室产生压力，压力通过压力室传到至加热室，然后通过加热室传到至喂水室，此外压力室也可作为加热室在进行热转移时的热绝缘层，把通过对流到周围环境的热损失减到最低。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种可靠的、有效的、易于操作的、可以在紧急情况下维持生命，为人体提供干净的饮用水及足够的营养的海水淡化急救包，经过滤后得到的饮料非常类似于从挤榨的葡萄汁或者葡萄糖液体，并且提供了紧急状况时非常重要的热量，在人受伤的情况下可以仅靠一只手操作；适用于军事和民用，特别是在自然灾害时（地震和水灾等）的救急应用，和室外工作者在没有安全用水的时候，能够从海水、咸盐水、污染水表面、地下水等，生产救命的营养饮料，而不需要使用电力或化学品，产品满足安全饮用水的标准，主要的目标市场是船民，航海人员，登山者和野营者。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图1为本发明实施例1的结构示意图；

附图2为本发明实施例2的结构示意图；

附图3为本发明实施例3的结构示意图。

图中，1．急救包本体，2.出水室，3.正向渗透膜，4.喂水室，5.出水口， 6.进水口，7.网过滤器，11.热传导层，12.加热室，13．绝缘层，21.压力室，22.止回阀。

具体实施方式

实施例1

附图1为本发明的一种具体实施例，一种海水淡化急救包，包括急救包本体1，所述急救包本体1一端为喂水室4，另一端为出水室2，所述出水室2与喂水室4之间由正向渗透膜3分开，所述喂水室4的一侧设有进水口6，所述进水口6处设有网过滤器7，所述出水室2的一侧设有出水口5，出水口5能够用插入一个吸管打开；所述出水室2内装有吸拉溶液，吸拉溶液为浓度大于2mol/L的葡糖糖溶液，其产生的渗透压大于0.2MPa，当海水或是苦咸水进入喂水室4后，经正向渗透膜3过滤，阻挡掉其中的盐分子、细菌、病毒等，进入到出水室2，以稀释出水室2内的吸拉溶液，从而制备出可以安全饮用的可做急救用的液体。

实施例2

一种海水淡化急救包，包括急救包本体1，所述急救包本体1一端为喂水室4，另一端为出水室2，所述出水室2与喂水室4之间由正向渗透膜3分开，所述喂水室4的一侧设有进水口6，所述进水口6处设有网过滤器7，所述出水室2的一侧设有出水口5，出水口5能够用插入一个吸管打开；所述出水室内装有吸拉溶液，吸拉溶液为为吸拉溶液为为浓度大于2mol/L的双糖溶液，其产生的渗透压大于0.2MPa，当海水或是苦咸水进入喂水室4后，经正向渗透膜3过滤，阻挡掉其中的盐分子、细菌、病毒等，进入到出水室2，以稀释出水室2内的吸拉溶液，从而制备出可以安全饮用的可做急救用的液体，喂水室4连接有加热室12，喂水室4与加热室12之间为热传导层11，所述加热室12由中间的绝缘层13分成左、右两部分，当通过物理方法如弯曲或摇动等方式，将绝缘层13除去时，加热室12左、右两部分的成分混合后慢慢的释放热量，释放的热量可通过热传导层11转移至喂水室4，来增加正向渗透膜3的渗透流通量，所述加热室12的左右两部分的成分可以为水和石灰等混合后放热的物质，当喂入溶液的温度每升高 10℃，渗透流通量增加两倍。

实施例3

一种海水淡化急救包，包括急救包本体1，所述急救包本体1一端为喂水室4，另一端为出水室2，所述出水室2与喂水室4之间由正向渗透膜3分开，所述喂水室4的一侧设有进水口6，所述进水口6处设有网过滤器7，所述出水室2的一侧设有出水口5，出水口5能够用插入一个吸管打开；所述出水室内装有吸拉溶液，吸拉溶液为吸拉溶液为浓度大于2mol/L的双糖溶液，其产生的渗透压大于0.2MPa，当海水或是苦咸水进入喂水室4后，经正向渗透膜3过滤，阻挡掉其中的盐分子、细菌、病毒等，进入到出水室2，以稀释出水室2内的吸拉溶液，从而制备出可以安全饮用的可做急救用的液体，喂水室4连接有加热室12，喂水室4与加热室12之间为热传导层11，所述加热室12由中间的绝缘层13分成左、右两部分，当通过物理方法如弯曲或摇动等方式，将绝缘层13除去时，加热室12左、右两部分的成分混合后慢慢的释放热量，释放的热量可通过热传导层11转移至喂水室4，来增加正向渗透膜3的渗透流通量，所述加热室12的左右两部分的成分可以为水和石灰等混合后放热的物质，当喂入溶液的温度每升高 10℃，渗透流通量增加两倍，为增加喂水室4的压强，以改善水的转移速率，所述加热室12连接有压力室21，所述压力室21上设置有止回阀22，使用手泵或者简单的通过用嘴吹的方式将空气通过止回阀11进入压力室21产生压力，压力通过压力室21传到至加热室12，然后通过加热室12传到至喂水室4，此外压力室21也可作为加热室12在进行热转移时的热绝缘层，把通过对流到周围环境的热损失减到最低。

上述实施例1-3中，所述正向渗透膜3为经过表面修正的醋酸纤维素膜，所述醋酸纤维素膜的接触角小于50°，以达到较高的渗透流通量，较高的电荷密度，pH为7时电势能约为10mV,表面平均粗糙度Ra大于 20nm，可以明显地减少有机和无机杂质的在醋酸纤维素膜的表面结垢。醋酸纤维素膜是将醋酸纤维素浇铸到一种非编织多孔的、纤维性的聚酯、或聚乙烯、或聚丙烯材料上制成的基底上；所述基底还可以为聚丙烯腈（PAN），聚乙烯（PE），聚丙烯（PP），聚苯醚砜（PES），聚砜（PS），聚氯乙烯（PVC），聚偏二氟乙烯（PVDF）的一种或几种的混合基体，尽管以这些聚合物为基底的醋酸纤维素膜结构的表面功能层，比起反渗透（RO）膜或者纳滤（NF）膜来讲，不太易受垢物的影响，但对于有机和生物膜结构还是相当敏感的，对其具有一定的吸附作用，因此渗透流即水分子转移也会被限制，因为它的主要驱动能是简单地基于喂入和拉出溶液之间的浓度差，而不是基于水压。因此，为了使得本发明达到最佳的和最理想的特性，以获得一个有效地高于现在和将来的竞争者的同类产品的杰出的表现，正向渗透膜（FO）的总体流量和选择性性能以及反结垢性质必须改善。

物理修正 – 二氧化碳（CO₂）等离子体，氮气（N₂）等离子体，紫外线（UV）辐射，氧气（O₂）等离子体，粒子束辐射，氨气（NH₃）等离子体，氩气/氨气（NH₃）和氧气/氨气（NH₃）等离子体，X-射线，臭氧感应等的表面嫁接。

采用冷等离子体嫁接对聚合物基底进行表面修正，在不改变基底属性的条件下，将小官能团和大分子化合物共价嫁接到聚合物基底的表面。

进行冷等离子嫁接时，先将聚合物基底置于密闭的真空容器中，气体注入局部真空容器中，在射频电磁场（RF）或微波（MW）条件下进行电离。在射频电磁场或微波的作用下，气体分子被激发成具有较宽能级分布的自由电子、离子、自由基、亚稳态和中性原子。一旦脱离它们的基态，等离子体电子发出紫外和可见光，所有的活性粒子（自由基、离子、各种中性粒子和电子）具有足够的能量使聚合物的C-C键和C-H键断裂。

当聚合物基体接触到等离子体气体时，表面会受到被激发粒子（如离子、自由基、亚稳态粒子和光子）的轰击，这些被激发的粒子的能量，并通过多种化学和物理过程从等离子体转移到基体上并消散于材料内部，将基体表面进行修正。由于等离子气体和聚合物基本的化学性质的差异，表面修正时会发生多种反应，如消融/刻蚀、交联、聚合以及活化过程。

例如：聚偏二氟乙烯（PVDF）的表面修正过程可分为两步。首先，通过等离子体诱导的聚合作用将聚丙烯酸（PAA）嫁接到具有表面孔隙聚的偏二氟乙烯膜上；然后，肝素在1-乙基-3（3-二甲基胺丙基)碳化二亚胺盐酸盐）（EDAC）的作用下共价键合到聚丙烯酸上。

聚丙烯的表面同样可以用非聚合气体如Ar、O₂、N₂在180W和 6.7Pa的条件下进行等离子体表面修正，在聚丙烯酰胺的水溶液中发生共聚反应，得到具有优良亲水性和耐污染性的膜结构。

化学修正：采用聚合体和表面活性剂，例如：聚乙烯醇（PVA），聚乙烯吡咯烷酮（PVP），聚砜(PS), 聚乙二胺（PEI），聚吡咯，四份分的聚乙烯（乙烯基咪唑），磷脂，聚磺酰胺，MPC 共聚物，PVDF 嫁接共聚物，三重氢核 X-100，聚丙二醇与环氧乙烷的加聚物(聚醚)F108，Tween 20，氟化作用，磷酸，甲基丙烯酸缩水甘油酯，氯磺酸的磺化作用，PEO/PPO替代乙二胺，二氧化钛（TiO2）纳米粒子沉淀，三氧化二铝（Al2O3）纳米粒子，聚氨基葡萄糖和葡萄聚糖硫酸盐稳定的银纳米粒子等。

羧化作用和磺化作用是聚砜基底典型的两种化学嫁接技术，通过有机化学反应将亲水官能团加到聚合物链上。羧化作用和磺化作用的反应过程如下所示：

羧化作用通过两步即锂化反应以及后续用干冰将羧基基团（-COOH）添加到聚砜的芳烃主链上。同样的，磺化作用是将磺化试剂中的硫酸基团以游离酸-SO₃H、盐-SO₃ ^-Na⁺ 或酯-SO₃R 的形式添加到主链上，磺化试剂如H₂SO₄、SO₃-TEP 、ClSO₃H 。利用羧化/磺化聚砜的相转变来获得具有独特功能的膜结构，也同样适用于其他聚合物基底。

利用仿生技术对膜表面进行修正，需嵌入蛋白质分子作为多孔亲水载体之间的输水通道，经表面修正后的膜功能与细胞壁类似，膜通过形成脂类双层膜结构，蛋白质作为水分子传输的通道。插入的蛋白质分子形成穿过膜的隔离层的微细“通道”，但离子被排斥并保留在喂入端的机制并不是尺寸排斥而是静电排斥作用，这种高渗透率的通道对水分子具有低的阻力，但由于电荷排斥作用对离子进行选择性的排斥。

所述正向渗透膜3也可以为掺杂有埃洛石纳米管的聚酰亚胺纳米复合薄膜，所述埃洛石纳米管的掺杂量最小为0.1%，相对于未进行功能化的聚酰亚胺薄膜，掺杂有埃洛石纳米管的聚酰亚胺纳米复合薄膜具有优异的亲水性能以及表面粗糙度，可以极大地提高水的渗透性，其接触角小于60°，表面平均粗糙度Ra大于 60nm ，pH为7时电势能约为-10mV。

显然，附图中描述的仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种海水淡化急救包，其特征在于：包括急救包本体（1），所述急救包本体（1）一端为喂水室（4），另一端为出水室（2），所述出水室（2）与喂水室（4）之间由正向渗透膜（3）分开，所述喂水室（4）的一侧设有进水口（6），所述进水口（6）处设有网过滤器（7），所述出水室（2）的一侧设有出水口（5）；喂水室（4）连接有加热室（12），喂水室（4）与加热室（12）之间为热传导层（11），所述加热室（12）由中间的绝缘层（13）分成左、右两部分，所述正向渗透膜（3）为经过表面修正的醋酸纤维素膜，所述修正后的醋酸纤维素膜的接触角小于50°，pH为7时电势能为-10mV，表面平均粗糙度Ra大于 20nm。

2.根据权利要求1所述的一种海水淡化急救包，其特征是：所述出水室（2）内装有吸拉溶液，所述吸拉溶液为浓度大于2mol/L的单糖或双糖溶液，产生的渗透压大于0.2MPa。

3.根据权利要求1所述的一种海水淡化急救包，其特征是：所述正向渗透膜（3）为掺杂有埃洛石纳米管的聚酰亚胺纳米复合薄膜，所述埃洛石纳米管的掺杂量最小为0.1%。

4.根据权利要求1所述的一种海水淡化急救包，其特征是：所述加热室（12）连接有压力室（21），所述压力室（21）上设置有止回阀（22）。