CN105948347B - 净水机 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种净水机，其包括沿水流方向依次串联相接的前置过滤器、PP棉过滤器、活性碳纤维/活性炭复合过滤器和二氧化钛光催化处理器，所述二氧化钛光催化处理器包括具有进、出水口，并在其内壁上涂覆有二氧化钛光催化涂层的处理器本体，以及插装于所述处理器本体内的紫外灯，所述紫外灯上联接有控制器。本发明所述的净水机通过设置前置过滤器、PP棉过滤器、活性碳纤维/活性炭复合过滤器及二氧化钛光催化处理器，通过各过滤器可去除水源中的各种杂质、总金属离子，通过二氧化钛光催化处理器可分解灭杀各种细菌、病毒和有机污染物，从而可实现对水源的净化，并可获得较好的净化能力，而具有较好的使用效果。
Description
技术领域
本发明涉及技术水处理领域，特别涉及一种净水机。
背景技术
随着社会的发展，人民群众对用水品质的要求越来越高，但地表水源及地下水源的污染却日趋严重，虽然对水污染治理的力度在持续加大，但短期内很难有明显的改观。目前，水污染呈现出由单一污染源的简单污染向多种污染源复杂污染转变的态势，特别是环境激素、内分泌干扰素等新型有机污染物的出现，使得污染物种类更为复杂，传统水处理和杀菌技术已很难满足水体杀菌消毒的要求。
传统的家用净水杀菌技术有药剂杀菌和物理杀菌，药剂杀菌一般采用氯和臭氧，物理杀菌则采用紫外线辐照。此外，近年来蓬勃发展的RO技术也已开始成为家用净水技术的主流。采用氯和臭氧杀菌，存在药剂过量产生二次危害的可能，且杀菌过程中产生的许多消毒副产物都具有致癌性。紫外线杀菌技术在使用中存在细菌复活现象，而且对部分病毒和细菌没有灭杀效果。RO技术在使用中虽然较为安全，但其会产生大量的废水，而会造成水资源的浪费，且RO技术只截留不灭杀的纯物理过滤技术也容易造成二次污染，其制得的纯净水因不保留任何营养元素，长期饮用下也不利于人体健康。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种净水机，以能够用于水源的净化，并具有较好的使用效果。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种净水机，其包括沿水流方向依次串联相接的前置过滤器、PP棉过滤器、活性碳纤维/活性炭复合过滤器和二氧化钛光催化处理器，所述二氧化钛光催化处理器包括具有进、出水口，并在其内壁上涂覆有二氧化钛光催化涂层的处理器本体，以及插装于所述处理器本体内的紫外灯，所述紫外灯上联接有控制器
进一步的，在所述紫外灯的发光部位套装有透光的石英套管。
进一步的，所述前置过滤器的过滤精度为20-90μm。
进一步的，所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器中活性碳纤维与活性炭的质量比大于1:1，所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器的过滤精度为0.1-1μm。
进一步的，所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器中活性碳纤维与活性炭的质量比在3:2至4:1之间。
进一步的，所述紫外灯的波长为254nm或365nm。
进一步的，所述处理器本体内壁上的二氧化钛光催化涂层由以下方法形成，
a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；
b、将喷涂浆料喷涂在处理器本体内壁表面，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在50-150℃下热处理20-40min，然后在150-300℃下热处理10-30min，最后在300-400℃下热处理10-20min。
进一步的，所述步骤a包括以下步骤，
a1、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(1-6):(1-8)；
a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体的用量为每1LTiO2溶胶稀释液加入30g纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的加入量为纳米TiO2粉体加入量的0.1-2％。
进一步的，所述步骤b中喷涂过程的喷涂速度0.4-0.6m/s，气压压力0.45-0.55MPa。
进一步的，所述反应器本体为钛管或不锈钢管
相对于现有技术，本发明具有以下优势：
本发明的净水机通过设置前置过滤器、PP棉过滤器、活性碳纤维/活性炭复合过滤器及二氧化钛光催化处理器，通过各过滤器可去除水源中的各种杂质、总金属离子，通过二氧化钛光催化处理器可分解灭杀各种细菌、病毒和有机污染物，从而可实现对水源的净化，并可获得较好的净化能力，而具有较好的使用效果。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例一所述的净水机的结构简图；
图2为图1中A部分的局部放大图；
图3为本发明实施例二所述的净水机的结构简图；
图4为本发明实施例三所述的净水机的结构简图；
附图标记说明：
1-前置过滤器，2-PP棉过滤器，3-活性碳纤维/活性炭复合过滤器，4-二氧化钛光催化处理器，5-处理器本体，51-进水口，52-出水口，6-石英套管，7-紫外灯，8-控制器，9-电磁阀，10-水流开关，11-第一流量计，12-第二流量计。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
实施例一
本实施例涉及一种净水机，由图1结合图2所示，该净水机包括沿水流方向依次串联相接的前置过滤器1、PP棉过滤器2、活性碳纤维/活性炭复合过滤器3和二氧化钛光催化处理器4。本实施例中前置过滤器1可采用折纸滤芯，其过滤精度设置为20-90μm，如可为20μm、30μm或50μm等。PP棉过滤器2的过滤精度设置为1-5μm，如可为3μm，而活性碳纤维/活性炭复合过滤器3中活性炭纤维与活性炭可为任意质量比混合，优选的，活性碳纤维与活性炭的质量比大于1:1，进一步优选的活性碳纤维与活性炭的质量比介于3:2至4:1之间，如可为2:1。
本实施例中活性碳纤维/活性炭复合过滤器3的过滤精度设置为0.1-1μm，如其可为0.3μm、0.5μm或0.75μm。本实施例中，二氧化钛光催化处理器4具体包括具有进水口51和出水口52，并在其内壁上涂覆有二氧化钛光催化涂层的处理器本体5，还包括插装于处理器本体5内的紫外灯7，在紫外灯7上联接有控制紫外灯7开闭的控制器8。
本实施例中处理器本体5为一端封堵的管状结构，其可采用钛管或不锈钢管，具体结构尺寸上，处理器本体5的长度可设计为100-400mm，如可为370mm，处理本体5的直径则可设计为40-45mm，如可为43mm。为保护紫外灯7，在紫外灯7位于处理器本体5内的发光部位也套装有透光的石英套管6，紫外灯7在装配时通过螺纹连接于处理器本体5上即可，紫外灯7与控制器8之间通过导线联接。
本实施例中紫外灯7的波长采用254nm或365nm，而涂覆于处理器本体5内壁上的二氧化钛涂层则经由如下的方法形成，该方法具体包括，
a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；
b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在50-150℃下热处理20-40min，然后在150-300℃下热处理10-30min，最后在300-400℃下热处理10-20min。
其中，步骤a中进一步包括以下步骤，
a1、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶。钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(1-6):(1-8)，优选为1:(2-4):(3-6)，有机溶剂则为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的至少一种，钛源前驱体为四氯化钛、硫酸钛、有机醇氧钛中的至少一种，有机醇氧钛为钛酸四异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯的至少一种。
a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，优选为1-2倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料。纳米TiO2粉体的用量为每1LTiO2溶胶稀释液加入30g纳米TiO2粉体，表面活性剂的加入量为纳米TiO2粉体加入量的0.1-2％，优选为0.1-1％。纳米TiO2粉体为锐钛型TiO2或锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，且锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物中锐钛型TiO2的质量含量不低于70％。表面活性剂为阳离子纤维素、六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异丁基磺酸钠、双硬酯酸聚乙醇醚中的至少一种。
而步骤b中，进一步的，多级热处理工艺优选的可包括先在100-130℃下热处理30min，然后在200-250℃下热处理20min，最后在330-370℃下热处理15min。喷涂过程中，喷涂速度则可为0.4-0.6m/s，气压压力为0.45-0.55MPa。
上述的二氧化钛涂层的形成方法，通过采用混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶作为喷涂浆料，以提高喷涂浆料中活性物质TiO2的浓度，防止因制备操作对TiO2浓度损失的影响造成的光催化活性降低，同时，为配合高浓度含量下TiO2浆料在基体表面的结合牢固性，特别限定由三级不同温度下的热处理组成的多级热处理工艺，通过各级温度对二氧化钛光催化涂层依次处理，使涂层与基材之间的结合作用不断转化，最终达到最佳的结合强度，同时，热处理过程促使涂层内粉体态TiO2与溶胶态TiO2各自及相互的物理、化学变化，激发涂层的光催化活性，从而使二氧化钛光催化涂层具有高结合强度和高催化活性。
而在向稀释后的均相TiO2溶胶中加入TiO2粉体时，通过同时加入表面活性剂，促进粉体的高度分散，为后续喷涂过程提供均匀的浆料，以获得更高的光催化活性。进一步优化多级处理工艺中各级热处理的温度和时间，也可使涂层更牢固结合，进而提高二氧化钛光催化涂层的使用稳定性。限定喷涂速度和气压压力，则可获得更均匀涂覆的二氧化钛涂层，进而获得更高的光催化活性。
基于如上的二氧化钛涂层的形成方法，实际制备中的几种具体实施例如下，
实施例1.1
本实施例涉及在直径φ43的钛管内壁上涂覆二氧化钛光催化涂层，制备方法包括以下步骤：
a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶300ml，作为喷涂浆料：
a1、配制甲醇与去离子水的混合溶剂，加入四氯化钛，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述甲醇与四氯化钛、去离子水的摩尔比为1:3:5；
a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用去离子水稀释至1.5倍，然后加入9g纳米TiO2粉体和为纳米TiO2粉体质量0.5％的阳离子纤维素，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体为锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，其中锐钛型TiO2质量占比80％、金红石型TiO2质量占比20％；
b、将喷涂浆料以喷涂速度0.5m/s、气压压力0.5MPa的工艺条件喷涂到预处理好的钛管内壁表面，所述钛管内壁的预处理操作包括对钛管内壁依次进行喷砂、清水冲洗、晾干；然后进行多级热处理工艺处理，先在120℃下热处理30min，然后在230℃下热处理20min，最后在350℃下热处理15min，热处理完毕后在环境温度下降温至室温，然后将含有二氧化钛光催化涂层的钛管基层部分在净水中冲洗5分钟，晾干，得到涂覆在钛管内壁上的二氧化钛光催化涂层。
实施例1.2
本实施例涉及在一直径φ43的钛管内壁上涂覆二氧化钛光催化涂层，制备方法包括以下步骤：
a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶300ml，作为喷涂浆料：
a1、配制乙醇与去离子水的混合溶剂，加入硫酸钛，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述乙醇与硫酸钛、去离子水的摩尔比为1:2.5:5；
a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用去离子水稀释至2倍，然后加入9g纳米TiO2粉体和为纳米TiO2粉体质量1％的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体为锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，其中锐钛型TiO2质量占比75％、金红石型TiO2质量占比25％；
b、将喷涂浆料以喷涂速度0.4m/s、气压压力0.4MPa的工艺条件喷涂到预处理好的钛管内壁表面，所述钛管内壁的预处理操作包括对钛管内壁依次进行喷砂、清水冲洗、晾干；然后进行多级热处理工艺处理，先在100℃下热处理30min，然后在200℃下热处理20min，最后在330℃下热处理15min，热处理完毕后在环境温度下降温至室温，然后将含有二氧化钛光催化涂层的钛管基层部分在净水中冲洗6分钟，晾干，得到涂覆在钛管内壁上的二氧化钛光催化涂层。
对实施例1.1和实施例1.2获得的二氧化钛光催化涂层进行光催化效果实验，以评价二氧化钛光催化涂层的光催化性能。光催化效果实验为：将涂覆有二氧化钛光催化涂层的钛管、不锈钢板、不锈钢丝网放置在新鲜的甲基橙的溶液里并搅拌，在紫外光下照射，每隔一分钟测试甲基橙溶液的吸光度值，计算吸光度的减少率，对每一种基材上的二氧化钛光催化涂层进行3次照射试验测试，测试结果如下表所示：
吸光度减少率＞0.008/min证明涂层具有良好的光催化效果。由上表结果可见，本发明制备的二氧化钛光催化涂层具有良好的光催化效果，在制备方法中最优的条件参数如下：TiO2粉体优选为锐钛型TiO2占比80％、金红石型TiO2占比20％的混合物；表面活性剂的用量优选为占TiO2粉体质量的0.5％；均相TiO2溶胶的稀释倍数优选为1.5倍；喷涂过程优选喷涂速度0.5m/s，气压压力0.5MPa；多级热处理工艺优选为先在120℃下热处理30min，然后在230℃下热处理20min，最后在350℃下热处理15min。在此条件下获得的二氧化钛光催化涂层具有最佳的光催化效果。
而为进一步体现本发明的二氧化钛光催化涂层形成方法所获得的二氧化钛光催化涂层的优势，本实施例中也将经由上述方法制得的二氧化钛光催化涂层与不同热处理工艺处理条件下获得的二氧化钛光催化涂层，以及现有的二氧化钛光催化涂层进行了对比测试。
对比例1
在与实施例1.1相同的钛管内壁上涂覆制备二氧化钛光催化涂层，采用与实施例1.1相同的喷涂浆料，以及与实施例1.1基本相同的制备方法，不同之处在于制备方法中不采用本发明的多级热处理工艺，而是经一次热处理烘干，在350℃温度条件下烘烤20分钟，然后在环境温度下降温至室温，得到二氧化钛光催化涂层。
将实施例1.1与对比例1的二氧化钛光催化涂层进行光催化效果实验(光催化效果实验操作与前述的操作方式相同)，结果如下表所示：
由上表结果可见，本发明获得的二氧化钛光催化涂层具有极其优异的光催化效果，显著高于对比例1获得的二氧化钛光催化涂层的光催化性能，可见在本发明的制备方法中，多级处理工艺对于光催化性能具有至关重要的作用。
此外，为体现本发明获得的二氧化钛光催化涂层具有牢固的结合力，本实施例中也对二氧化钛光催化涂层进行了结合牢固度及使用寿命测试。
结合牢固度测试方法为：将带有二氧化钛光催化涂层的基材用水进行擦拭，通过观察表面是否出现水珠及亲水性变化，说明涂层在擦拭过程的损失。
结果为：实施例1.1的钛管在擦拭50次后仍然没有出现亲水性降低的情况。对比例1的钛管在测试30次后表面出现水珠，失去亲水性，说明该钛管表面的涂层在擦拭的过程中损失。
实验结果说明本发明制备的二氧化钛光催化涂层具有良好的结合牢固度和使用寿命，可见多级热处理工艺对于涂层的结合牢固度也具有至关重要的作用。
综上所述，通过本发明的上述方法所形成的二氧化钛光催化涂层能大幅提高光催化杀菌效率，以及涂层的结合强度，保持较长的使用寿命，实现保留水中营养元素的同时彻底分解水中的细菌、病毒，确保用水安全。
实施例二
本实施例涉及一种净水机，其具有和实施例一中的净水机大致相同的结构，不同之处在于如图3中所示，相较于实施例一中反应器本体5上的进水口51和出水口52分别位于反应器本体5的上部和底部，本实施例中使进水口51位于反应器本体5的底部，而使出水口52位于反应器本体5的上部，其可具有和实施例一中的二氧化钛光催化反应器相同的使用效果。
实施例三
本实施例中涉及一种净水机，其具有和实施例一中的净水机大致相同的结构，不同之处在于如图4中所示，本实施例的净水机在前置过滤器1和PP棉过滤器2之间的进水管路上依次串接了电磁阀9、水流开关10，以及两个流量计第一流量计11和第二流量计12。
电磁阀9可根据净水机的工作情况，控制净水机中管路中水流的通断，水流开关10可用于检测管路中是否有水流，以在管路中存在水流的情况下才使得控制器8控制紫外灯7开始工作，第一流量计11和第二流量计12则用于检测净水机的流量，并可保证流量检测结果的准确性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种净水机，其特征在于：包括沿水流方向依次串联相接的前置过滤器、PP棉过滤器、活性碳纤维/活性炭复合过滤器和二氧化钛光催化处理器，所述二氧化钛光催化处理器包括具有进、出水口，并在其内壁上涂覆有二氧化钛光催化涂层的处理器本体，以及插装于所述处理器本体内的紫外灯，所述紫外灯上联接有控制器；
所述反应器本体为钛管或不锈钢管，所述处理器本体内壁上的二氧化钛光催化涂层由以下方法形成，
a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；
b、将喷涂浆料喷涂在处理器本体内壁表面，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二氧化钛光催化涂层；所述多级热处理工艺包括：先在100-130℃下热处理30min，然后在200-250℃下热处理20min，最后在330-370℃下热处理15min。
2.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：在所述紫外灯的发光部位套装有透光的石英套管。
3.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：所述前置过滤器的过滤精度为20-90μm。
4.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器中活性碳纤维与活性炭的质量比大于1:1，所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器的过滤精度为0.1-1μm。
5.根据权利要求4所述的净水机，其特征在于：所述活性碳纤维/活性炭复合过滤器中活性碳纤维与活性炭的质量比在3:2至4:1之间。
6.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：所述紫外灯的波长为254nm或365nm。
7.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：
所述步骤a包括以下步骤，
a1、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶；所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1:(1-6):(1-8)；
a2、将步骤a1获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料；所述纳米TiO2粉体的用量为每1LTiO2溶胶稀释液加入30g纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的加入量为纳米TiO2粉体加入量的0.1-2％。
8.根据权利要求1所述的净水机，其特征在于：所述步骤b中喷涂过程的喷涂速度0.4-0.6m/s，气压压力0.45-0.55MPa。
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