CN105665163A - 淋浴莲蓬头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种淋浴莲蓬头，包括莲蓬头本体和健康洗浴用水制取装置，所述健康洗浴用水制取装置包括设有出水口的封闭容器、阴阳成对的第一电极和第二电极以及电解电源，所述出水口与所述进水口连通；所述第一电极和第二电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜；所述电解电源的正负极性可切换；所述第一电极外侧设有完全包敷所述第一电极的活性炭滤芯，所述透水性隔膜紧贴在活性炭滤芯的外表面从而使所述活性炭滤芯与封闭容器隔绝，所述第二电极位于封闭容器内；所述封闭容器和活性炭滤芯分别通过第一管路、第二管路与市供自来水连接。该莲蓬头能够去除水中的余氯和氡等污染物、少用乃至不用洗发水和沐浴露即可满足洗浴要求。

Description

淋浴莲蓬头

技术领域

本发明涉及一种淋浴莲蓬头，属于生活用水水质深度处理技术领域。

背景技术

当前，水环境加剧恶化，但国内外大多数自来水厂至今仍采用沉淀、过滤、加氯消毒的陈旧工艺方法，将江河水或地下水简单加工。然而，面对工业污水、农业污水和生活污水猖獗泛滥涌入生活水源，自来水厂已经不堪重负无能为力。

随着自来水受污染的状况日趋严重，人类关于自身健康的问题也日益关注，淋浴用水的健康问题越来越引起人们的注意，研制和开发淋浴用水过滤器具有广阔的市场前景。

在日常生活中，家庭供水中的微污染物质一般通过三种渠道进入人体：饮用、呼吸和皮肤吸收。在淋浴过程中，我们吸收的污染物质远比饮用水中多得多。淋浴时，热水打开了皮肤上的毛孔，水中残留余氯和其他污染物质就会趁虚而入。污染物质通过皮肤被吸收，然后直接进入血液循环系统，就像饮用水通过消化系统迂回地进入血液循环，具有同样的危害。另一值得注意的地方是洗澡时吸入了大量的蒸汽，致使人体很容易吸入氯和其他水生气体。

事实上，人通过呼吸吸入的化学物质要比从口腔进入的要多6～80倍。如水中的氡，加热后会挥发出来，通过呼吸进入人体，长期积累会形成肺癌。水中含有的挥发性物质大多是挥发性有机物(VOCs)，皮肤吸收和呼吸摄入是不容忽视的两条危害身体健康的重要途径。另一方面，洗发液、沐浴露均不同程度含有有害乃至致癌化学物质，应尽量减少乃至避免使用。

目前市场所见淋浴过滤器产品，均为添加特种滤料（例如亚硫酸钙、KDF、固体炭层、高能活化石滤材等等）以吸附去除余氯等水中污染物的纯物理净化方式，存在性能有限、滤料等易饱失效需经常更换等不足。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种能够去除水中的余氯和氡等污染物、少用乃至不用洗发水和沐浴露即可满足洗浴要求的淋浴莲蓬头。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种淋浴莲蓬头，包括莲蓬头本体和健康洗浴用水制取装置，所述莲蓬头本体上设有进水口；所述健康洗浴用水制取装置包括设有出水口的封闭容器、至少一对作为阴阳成对的第一电极和第二电极以及用于对所述成对的阴阳电极供电的电解电源，所述出水口与所述进水口连通；所述第一电极和第二电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜；所述电解电源的正负极性可切换；所述第一电极外侧设有完全包敷所述第一电极的活性炭滤芯，所述透水性隔膜紧贴在活性炭滤芯的外表面从而使所述活性炭滤芯与封闭容器隔开，所述第二电极位于封闭容器内；所述封闭容器通过第一管路与市供自来水连接，所述活性炭滤芯通过第二管路与市供自来水连接；当所述第一管路连通、第二管路断开且所述电解电源切换电源极性使第二电极为阴电极、第一电极为阳电极时，生成碱性洗浴水；当第二管路连通、第一管路断开且所述电解电源切换电源极性使第二电极为阳电极、第一电极为阴电极时，生成酸性洗浴水。

本发明的健康洗浴用水制取装置可以根据淋浴需要，只需控制第一管路和第二管路的通断以及电解电源的极性，即可分别制取碱性洗浴水和酸性洗浴水。本发明制取的碱性洗浴水和酸性洗浴水均去除了自来水中的余氯及氡等污染物，而且在使用时不需要洗发液、沐浴露等化学洗涤剂，避免了要淋浴时家庭供水及化学洗涤剂中的微污染物质进入人体。

当本发明需要制取碱性洗浴水时，第一管路连通、第二管路断开，外供电解电源切换电源极性使第二电极为阴电极、活性炭滤芯内包覆的第一电极为阳电极。这时所述封闭容器以透水性隔膜为分界，所述阴电极在封闭容器内，所述阳电极在封闭容器外并在其外表面包敷有活性炭滤芯。

本发明中透水性隔膜的结构在微观上表现为无数透水微孔的过水通道区域，由于透水性隔膜是非导电性材料制成，因而在透水微孔的过水通道内产生电压降，即当电解电源的电解电压施加于外电极（阳电极）和内电极（阴电极）后，形成如下的电压降落关系：透水性隔膜外阳电极（+）→阳电极与透水性隔膜之间水膜的电压降U1→透水性隔膜自身阻抗产生的压降U2→透水性隔膜与封闭容器内的阴电极之间水阻抗产生的电压降U3。

这样水电解时的析氢、析氧反应生成的气体很容易进入透水微孔的过水通道内并在过水通道内的水中生成气泡，在透水性隔膜的透水微孔的过水通道内的狭小环境中气泡很容易破碎从而产生局部高温高压，进而以极小电压（即透水性隔膜与封闭容器内的阴电极之间水阻抗产生的电压降U3）激发出高效的水体等离子放电，在透水性隔膜中及透水性隔膜周边区域水中生成羟基自由基类暂态氧化因子的等离子体（等离子体是和固态、液态、气态处于同一层次的物质第四态，低温等离子体富含电子、离子、自由基和激发态分子,电子与离子有很高的反应活性,可以使通常条件下难以进行或速度很难的化学反应变得十分迅速，通过水体放电生成等离子群，可以大大提高水体中污染物的降解效率），该羟基自由基暂态氧化因子的氧化性极强，具有非常好的杀菌效果，同时在水中的存在时间又较短，可以直接还原为水从而在杀菌后不留任何毒副作用。

制水时，市供自来水进入本发明洗浴用水装置，源水中余氯和氡移向阳电极，透过透水性隔离膜被活性炭吸附。源水中的有害污染物（阴离子）也随水流穿过透水性隔离膜和活性炭滤芯，被阳电极表面直接氧化降解。同时也被透水性隔离膜中发生超低压等离子放电所生成的暂态离子群（包括e(溶剂化电子)、·OH、H⁺、原子态氢、OH^-等）强氧化除去。从而得到去除余氯及氡等且呈碱性、氧化还原电位为负、适合去油除污的碱性净化水。

当需要制取酸性洗浴水时，当第二管路连通、第一管路断开，外供电解电源切换电源极性使第二电极为阳电极、活性炭滤芯内包覆的第一电极为阴电极。制水时，市供自来水穿过活性炭滤芯及透水性隔膜，从透水性隔膜及封闭容器壳体之间空隙（出水口即设置于此）流出。此时，封闭容器壳体与透水隔离膜之间构成阳极室，阴极室则由内埋阴电极的活性炭所填充。活性炭滤芯具有吸附、导电和催化性能，是一种具有良好应用前景的电极材料，在本发明中，活性炭滤芯与内埋第一电极一起，构成三维复合电极。在制取酸性洗浴水时，高比表面积的活性炭阴极表面与水中溶解氧作用发生两电子还原反应生成H₂O₂，也加入到阳极室出水中。反应式为：

O₂+2H⁺+2e→H₂O₂

因为电化学降解有机物的反应发生在电极表面，即通过直接电极表面的反应或者被电极表面生成的活性中间产物所氧化，因此电化学反应的反应区域集中在电极表面及其附近区域。而活性炭具有巨大的比表面积，氧分子可以更加有效地在阴极表面还原，从而增加了生成H₂O₂的浓度。又由于活性炭在电解过程中可以吸附原水中的有机物，将其浓缩到电极表面，故而源水中有机物在进入活性炭滤芯时也得到降解。

从微观看，粗糙的活性炭颗粒等效于无数个高曲率半径的放电电极，向与其紧贴的透水性隔膜中释放出大量高能电子，加上电解反应生成的氢气或氧气泡体的参与，在膜中诱发等离子放电，生成具有良好杀菌作用的暂态离子群（生成暂态离子群的原理参见制取酸性洗浴水的陈述），加入到出水中，最终出水为消除了余氯、氡及有机物等污染物、具有良好杀菌效果的偏酸性洗浴水。

本发明制取的碱性洗浴水和酸性洗浴水均去除了自来水中的余氯及氡等污染物，而且在使用时不需要洗发液、沐浴露以及洗洁精等化学洗涤剂，避免了要洗浴时家庭供水及化学洗涤剂中的微污染物质进入人体。

为了进一步提高膜中等离子放电特性，可以使所述透水性隔膜都采用亲水性的隔膜。亲水性膜表面能与水形成氢键有序结构，可以改善膜孔充水浸润状态，有利于膜中等离子放电过程持续进行。

优选的，所述透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状基本相同。

本发明中，如果透水性隔膜的透水微孔的孔径过大（即微孔空间过大）则等效于变相增大了电极直径（电极曲率半径）致使水中放电起始激发电压增高，并且使产生气泡体积变大减小了气液两相接触反应的比表面积。而透水性隔膜的透水微孔的孔径过小（即过水通道过小），会使电解产气无法发生或是产气效率极其低下，小到一定程度会使电解产气无法进入微孔的透水孔径，从而使等离子放电无法正常进行。因此，经过发明人的反复试验，确定所述透水性隔膜的透水微孔的孔径范围是2毫米～1纳米，所述透水性隔膜的透水微孔的孔径尺寸相互之间彼此相差小于20%。

膜微孔的形状均匀性以及孔径大小的均匀性，对膜中等离子放电影响甚大。为了更好更多的生成羟基自由基等离子群，优选的，在使用时，所述透水性隔膜的每个透水微孔中均形成等离子放电。这样在使用放电时，阴阳电极间的电场方向可以透过每个透水微孔的等离子群，将等离子放电引导到透水性隔膜的所有过水通道内进行，从而以极小电压即可激发出水体等离子放电，在水中生成大量极具杀菌能力的暂态氧化因子，可以大大提高水体中污染物的降解效率，更好的进行杀菌消毒等。

为了更好的获得孔径均匀的微孔，并进一步改善隔膜的亲水性，从而产生更多的等离子群（更多的等离子群意味着在水中生成更多极具杀菌能力的暂态氧化因子），本发明中所述透水性隔膜优选采用以下改性方法制得的隔膜：

1）将纳米二氧化钛溶液在温度为40℃-60℃的紫外箱内辐照10-30分钟；

2）由以下质量比的原料组成膜液：

PVDF：20%-30%

致孔剂：2-5%

步骤1）辐照后的纳米二氧化钛：2%-4%

表面活性剂：3%-5%

溶剂：70%-80%；

3）将配置好的膜液通过超声波振荡20-40分钟；

4）用刮膜机刮成液膜，将液膜在空气中静置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成透水性隔膜；

5）所述隔膜在浓度为10%酒精水溶液中浸泡10-40分钟，然后放入去离子水中漂洗；

6）将所述隔膜置于施加有10kv直流脉冲高压的纯水箱内处理1小时。

另外，由于透水性隔膜得到成对电极的夹持保护，试验证明，该透水性隔膜在使用过程中不会因破损或阻塞等提前失效报废，始终保持稳定可靠工作状态。

优选的，所述电解电源是高电平窄脉宽的直流脉冲电源或正向电压电平大于反向电压电平的交变脉冲电源。

上述技术方案的进一步改进是：所述封闭容器包括管状的金属筒体以及设置在所述金属筒体两端的绝缘密封端盖，所述金属筒体兼作为第二电极，所述活性炭滤芯呈柱形并位于所述金属筒体内，所述第一电极嵌设在活性炭滤芯内，所述透水性隔膜满覆布设在活性炭滤芯外表面，所述第一电极、活性炭滤芯和金属筒体同心设置。这样，可使本发明装置的结构更紧凑，且成对的阴、阳电极的面积相比同体积其他结构更大，从而可以提高电解效率。

优选的，所述第一电极为钛材涂覆铂族氧化物制成的电极。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一的结构示意图。

图2是图1中健康洗浴用水制取装置的结构示意图。

图3是本发明实施例二的结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的淋浴莲蓬头如图1和图2所示，包括莲蓬头本体10和健康洗浴用水制取装置20，莲蓬头本体上设有进水口；健康洗浴用水制取装置20包括设有出水口1-2的封闭容器1、成对的阴阳电极以及用于对成对的阴阳电极供电的电解电源（图中未示出），所述出水口1-2与所述莲蓬头本体10的进水口连通；成对的阴阳电极包括第一电极3和第二电极2，第一电极3和第二电极2之间设有非导电材料制成的透水性隔膜5；电解电源的正负极性可切换；第一电极3外侧设有完全包敷第一电极3的活性炭滤芯4，透水性隔膜5紧贴在活性炭滤芯4的外表面从而使活性炭滤芯4与封闭容器1完全隔开，第二电极2位于封闭容器1内；封闭容器1通过第一管路与市供自来水连接，活性炭滤芯4通过第二管路与市供自来水连接，第一管路上设有第一阀门6-1，第二管路上设有第二阀门6-2。

本实施例可以根据需要分别制取碱性洗浴水和酸性洗浴水，而且制取的碱性洗浴水和酸性洗浴水均去除了自来水中的余氯及氡等污染物，因此在使用时不需要洗发液、沐浴露等化学洗涤剂，避免了要洗浴时家庭供水及化学洗涤剂中的微污染物质进入人体

本实施例还可以作以下改进：

透水性隔膜5的透水微孔的孔径大小和形状基本相同。优选的，透水性隔膜的最大透水孔径比最小透水孔径的值相差在20%以内（即不大于20%）。为了得到透水微孔的孔径尺寸均匀的透水性隔膜5，可以采用公知的物理或化学工艺技术对现有的超滤膜、微滤膜或纳滤膜进行改性，诸如膜孔规整化整形、二氧化钛光催化、极窄高压脉冲对膜预处理，等等。本实施例中透水性隔膜5优选采用以下改性方法制得的隔膜：

1）将纳米二氧化钛溶液在温度为40℃-60℃的紫外箱内辐照10-30分钟；

2）由以下质量比的原料组成膜液：

PVDF：20%-30%

致孔剂：2-5%

步骤1）辐照后的纳米二氧化钛：2%-4%

表面活性剂：3%-5%

溶剂：70%-80%；

3）将配置好的膜液通过超声波振荡20-40分钟；

4）用刮膜机刮成液膜，将液膜在空气中静置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成透水性隔膜；

5）所述隔膜在浓度为10%酒精水溶液中浸泡10-40分钟，然后放入去离子水中漂洗；

6）将所述隔膜置于施加有10kv直流脉冲高压的纯水箱内处理1小时。

实施例二

本实施例是在实施例一基础上的改进，与实施例一的不同之处在于：如图3所示，本实施例中封闭容器1包括管状的金属筒体以及设置在金属筒体两端的绝缘密封端盖，金属筒体兼作为第二电极2，活性炭滤芯4呈柱形并位于金属筒内，第一电极3嵌设在活性炭滤芯4内，透水性隔膜5满覆布设在活性炭滤芯4外表面，第一电极3、活性炭滤芯4和金属筒体同心设置。本实施例中金属筒体优选不锈钢或钛材涂覆铂族氧化物制成的筒体。这样可以使结构更紧凑，且成对的阴、阳电极的面积相比同体积其他结构更大，从而可以提高电解效率，生成的洗浴水指标更佳。

本实施例还可以作以下改进：

1）活性炭滤芯4上设有排污阀。

2）第一电极3为钛材涂覆铂族氧化物制成的电极。

3）电解电源采用高电平窄脉宽的直流脉冲电源或正向电压电平大于反向电压电平的交变脉冲电源。

4）透水性隔膜都采用亲水性的隔膜。

5）为了更好更多的生成羟基自由基等离子群，透水性隔膜5采用在使用时每个透水微孔中均形成等离子放电的隔膜。

本发明不局限于上述实施例所述的具体技术方案，除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换形成的技术方案，均为本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种淋浴莲蓬头，包括莲蓬头本体，所述莲蓬头本体上设有进水口；其特征在于：还包括健康洗浴用水制取装置，所述健康洗浴用水制取装置包括设有出水口的封闭容器、至少一对作为阴阳成对的第一电极和第二电极以及用于对所述成对的阴阳电极供电的电解电源，所述出水口与所述进水口连通；所述第一电极和第二电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜；所述电解电源的正负极性可切换；所述第一电极外侧设有完全包敷所述第一电极的活性炭滤芯，所述透水性隔膜紧贴在活性炭滤芯的外表面从而使所述活性炭滤芯与封闭容器隔开，所述第二电极位于封闭容器内；所述封闭容器通过第一管路与市供自来水连接，所述活性炭滤芯通过第二管路与市供自来水连接；当所述第一管路连通、第二管路断开且所述电解电源切换电源极性使第二电极为阴电极、第一电极为阳电极时，生成碱性洗浴水；当第二管路连通、第一管路断开且所述电解电源切换电源极性使第二电极为阳电极、第一电极为阴电极时，生成酸性洗浴水。

2.根据权利要求1所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述封闭容器包括管状的金属筒体以及设置在所述金属筒体两端的绝缘密封端盖，所述金属筒体兼作为第二电极，所述活性炭滤芯呈柱形并位于金属筒体内，所述透水性隔膜满覆布设在活性炭滤芯外表面，所述第一电极、活性炭滤芯和金属筒体同心设置。

3.根据权利要求1所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述透水性隔膜的透水微孔的孔径大小和形状基本相同。

4.根据权利要求1所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述透水性隔膜是亲水性的透水性隔膜。

5.根据权利要求1-4之任一所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：在使用时，所述透水性隔膜的每个透水微孔中均形成等离子放电。

6.根据权利要求1-4之任一所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述电解电源是高电平窄脉宽的直流脉冲电源或正向电压电平大于反向电压电平的交变脉冲电源。

7.根据权利要求1-4之任一所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述第一电极为钛材涂覆铂族氧化物制成的电极。

8.根据权利要求2所述的淋浴莲蓬头，其特征在于：所述金属筒体为不锈钢或钛材涂覆铂族氧化物制成的筒体。