CN105668715B - 酸性洗浴水制取装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种酸性洗浴水制取装置，包括封闭容器、设置在封闭容器内成对的阴电极和阳电极以及用于对所述阴电极和阳电极供电的电解电源，所述封闭容器具有与市供自来水管连接的进水口和出水口；所述为阴电极和阳电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜将封闭容器分割成阴极室和阳极室，所述透水性隔膜具有均匀透水孔径的微孔；所述阴电极外侧设有完全包敷该阴电极的活性炭滤芯，所述活性炭滤芯与透水性隔膜紧贴；所述进水口设置在活性炭滤芯上，所述出水口设置在封闭容器的壳体上且与所述阳极室连通。该装置既能去除水中余氯和氡等污染物、又可产生健康酸性洗浴水。

Description

酸性洗浴水制取装置

技术领域

本发明涉及一种酸性洗浴水制取装置，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：提供一种既能去除水中余氯和氡等污染物、又可产生健康酸性洗浴水的制取装置。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种酸性洗浴水制取装置，包括封闭容器、成对的阴电极和阳电极以及用于对所述阴电极和阳电极供电的电解电源，所述封闭容器具有进水口和出水口；所述为阴电极和阳电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜将封闭容器分割成阴极室和阳极室；所述阴电极外侧设有完全包敷该阴电极的活性炭滤芯，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；所述进水口设置在活性炭滤芯上，所述出水口设置在封闭容器的壳体上且与所述阳极室连通。

本发明中封闭容器与透水隔离膜之间的空间构成阳极室，阴极室则由内埋阴电极的活性炭滤芯所填充。在使用时，市供自来水通过进水口进入本发明洗浴用水制取装置，源水首先进入阴极室并透过透水隔膜进入阳极室，此时活性炭芯内包覆有阴电极，水中余氯被活性炭所吸附，在电解电压的作用下，源水中余氯移向阴电极，出水略偏酸性。本发明制取的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，从而避免了要洗浴时家庭供水和化学洗涤剂中的微污染物质进入人体。

本发明中活性炭滤芯（尤其是活性炭纤维制成的滤芯，又名ACF）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。本发明装置中，活性炭滤芯与阴电极一起，构成三维复合电极，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。而活性炭滤芯具有巨大的比表面积，氧分子可以更加有效地在阴电极表面还原，从而增加了生成H₂O₂的浓度。又由于活性炭滤芯在电解过程中可以吸附原水中的有机物，将其浓缩到阴电极表面，故而源水中有机物在进入活性炭滤芯填充的阴极室时也得到降解。

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→透水性隔膜与过水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（即透水性隔膜与过水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。

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，加入装置出水中。最终，本发明装置的出水为消除了余氯、氡及有机物等污染物、具有良好杀菌效果的偏酸性洗浴水。

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。

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，所述金属筒体兼作阳电极，所述活性炭滤芯呈柱形，所述透水性隔膜满覆布设在活性炭滤芯外表面，所述阴电极、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。

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。

优选的，所述第一电极为钛材涂覆铂族氧化物制成的电极。

优选的，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。

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

本实施例的酸性洗浴水制取装置如图1所示，包括封闭容器1、设置在封闭容器1内成对的阴电极2和阳电极3以及用于对阴电极3和阳电极2供电的电解电源（图中未示出），封闭容器1具有与市供自来水管连接的进水口1-1和出水口1-2；阴电极3和阳电极2之间设有非导电材料制成的透水性隔膜5从而使阴电极3和阳电极2完全隔开，即透水性隔膜5将封闭容器1分割成阴极室和阳极室；阴电极3外侧设有完全包敷该阴电极3的活性炭滤芯4，活性炭滤芯4与透水性隔膜5紧贴；进水口1-1设置在活性炭滤芯4上，出水口1-2设置在封闭容器1的壳体上且出水口1-2与阳极室连通。

本实施例中成对的阴电极和阳电极可以是一对，也可以是多对，电极对数量的增加是为了提高电解效率。

为了提高膜中的离子放电反应，透水性隔膜5优选透水微孔的孔径大小和形状基本相同的隔膜。进一步的，优选孔径尺寸范围是2毫米～1纳米，且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%）的隔膜。

为了得到微孔的孔径均匀的透水性隔膜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。当然，通过改性还可以改善隔膜的亲水性等。

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。

本实施例还可以作以下改进：1)电解电源优选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。

2）阴电极3为钛材涂覆铂族氧化物制成的电极。

3）透水性隔膜5是亲水性的透水性隔膜。

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

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2所示，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，金属筒体兼作阳电极2，活性炭滤芯4呈柱形并位于金属筒体内，透水性隔膜5满覆布设在活性炭滤芯4外表面，阴电极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。

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)

1.一种酸性洗浴水制取装置，包括封闭容器、成对的阴电极和阳电极以及用于对所述阴电极和阳电极供电的电解电源，所述封闭容器具有进水口和出水口；其特征在于：所述阴电极和阳电极之间设有非导电材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜将封闭容器分割成阴极室和阳极室；所述阴电极外侧设有完全包敷该阴电极的活性炭 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；所述进水口设置在活性炭 滤芯上，所述出水口设置在封闭容器的壳体上且与所述阳极室连通。

2.根据权利要求1所述的酸性洗浴水制取装置，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，所述金属筒体兼作阳电极，所述活性炭 滤芯呈柱形并位于所述金属筒体内，所述透水性隔膜满覆布设在活性炭滤芯外表面，所述阴电极、活性炭 滤芯和金属筒体同心设置。

3.根据权利要求1所述的酸性洗浴水制取装置，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所述的酸性洗浴水制取装置，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之任一项所述的酸性洗浴水制取装置，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之任一项所述的酸性洗浴水制取装置，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之任一项所述的酸性洗浴水制取装置，其特征在于：所述阴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所述的酸性洗浴水制取装置，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。