CN107915286A - 一种硬水净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种硬水净化装置，包括水槽、直流电源，水槽的内部设有阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板，水槽被阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板分隔为第一处理池、第二处理池和第三处理池，第二处理池位于阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板之间；水槽的外部设置有水泵，水泵的输入端与第一处理池连通，水泵的输出端与第三处理池连通，第一处理池的内部设置有与直流电源的正极电连接的阳电极，第三处理池的内部设置有与直流电源的负极电连接的阴电极。该硬水净化装置能够对硬水进行净化，净化后水的硬度小，出水量高，净水效率高；阳电极和阴电极使用寿命长，清洁、维修方便。
Description
技术领域
本发明涉及一种硬水净化装置，属于水处理技术领域。
背景技术
目前硬水的净化方法有多各种，主要有以下几类：
一、硬水软化处理方法，采用鼓气加氧、瀑布加氧等工程方法，去除水中的钙、铁、锰、铅、汞、铬、镉等。这类水处理方法的处理效果差、运行成本昂贵，设备系统庞大，占地面积大，工程投资高。已有的氧化水中有机物的净化水处理方法，是向水中添加氧化剂如次氯酸钠或其它氯制剂来氧化水中的有机物，缺点是费用高，不可避免地增加了处理对象的化学污染。
二、离子膜电渗式硬水淡化方法，将硬水流经由正电极板和负电极板及其之间的正离子膜和负离子膜所形成三个流道式的电解室，利用正离子膜只允许正离子通过，负离子膜只允许负离子通过的特性，在由正负电极板电场的作用下，去除硬水中带电荷的微粒和离子的污染物而淡化硬水。这种离子膜电渗式硬水淡化方法由于负离子和正离子分别在正离子膜和负离子膜上迅速积累，不仅产出的淡水的纯度低，而且造成对离子膜的机械性破坏，必须经常更换离子膜，离子膜的使用寿命极短，此外离子膜之间的距离小，流量小，处理效率低。因此，自离子膜电渗式硬水淡化方法在上世纪中期发明以来，在当今世界普遍缺乏淡水的情况下，始终没有能在生产或生活中得到广泛的应用。
三、压力反渗透方法，是一种目前广泛使用的硬水净化方法，利用多层压力反渗透膜，在压力下过滤式的净化饮用纯水，其优点是净化效率高，经处理后的饮用纯水地纯度高。但是，净化率低，只有5～15％；其次是压力反渗透膜易堵塞，每工作一段时间就需要清洗或更换。第三是设备价格高，投资费用高，运行费用高。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种硬水净化装置，具体技术方案如下：
一种硬水净化装置，包括水槽、直流电源，所述水槽的内部设置有阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板，所述水槽被阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板分隔为第一处理池、第二处理池和第三处理池，所述第二处理池位于阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板之间；所述水槽的外部设置有水泵，所述水泵的输入端与第一处理池连通，所述水泵的输出端与第三处理池连通，所述第一处理池的内部设置有与直流电源的正极电连接的阳电极，所述第三处理池的内部设置有与直流电源的负极电连接的阴电极。
作为上述技术方案的改进，所述阳离子选择性透过隔板由表面带有大量硅羟基的硅藻土挤压堆砌组成。
作为上述技术方案的改进，所述阴离子选择性透过隔板由键合了季胺基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或丙烯酸系中至少一种的聚合物挤压堆砌组成。
作为上述技术方案的改进，所述阳电极包括卷筒，所述卷筒的上端喷涂有合金层，所述卷筒的下端涂覆有绝缘密封层，所述卷筒包括位于中央的石墨柱，石墨柱的外侧卷绕有薄膜；所述薄膜包括多个长方形石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的尾端设置有连接层，所述石墨烯薄膜的首尾之间通过连接层连接成整体，所述连接层的背面涂覆有压敏胶粘剂。
作为上述技术方案的改进，利用喷金机在卷筒的上端喷涂制成合金层，所述绝缘密封层是利用热熔胶喷涂在卷筒的下端制成。
作为上述技术方案的改进，所述阴电极包括不锈钢板，所述不锈钢板的正面固设有石墨板，所述石墨板的正面设置有镀银层，所述镀银层的表面设置有石墨烯层，所述石墨烯层的表面设置有纳米银层，所述纳米银层的表面设置有一层致密的氧化银薄膜。
作为上述技术方案的改进，所述阴电极的制作方法为：先在石墨板的正面通过化学镀银法或电镀银法生成镀银层，形成石墨板-镀银层；然后在镀银层的表面通过化学气相沉积法生长石墨烯层，形成石墨板-镀银层-石墨烯层；再将石墨板-镀银层-石墨烯层放入纳米银异丙醇溶液中，在石墨烯层上通过电泳法沉积纳米银层，形成石墨板-镀银层-石墨烯层-纳米银层；再将石墨板-镀银层-石墨烯层-纳米银层放入到质量分数为30％且温度为40～43℃的双氧水中10～20秒，取出后用热风吹干；最后在不锈钢板的正面涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂，将经过双氧水处理的石墨板-镀银层-石墨烯层 -纳米银层中石墨板的背面与涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂的不锈钢板紧贴，所述氰基丙烯酸酯胶粘剂固化后即得到所述阴电极。
本发明的有益效果：该硬水净化装置能够对硬水进行净化，净化后水的硬度小于2mg/L(以碳酸钙计)，出水量高，净水效率高；阳电极和阴电极使用寿命长，清洁、维修方便。
附图说明
图1为本发明所述硬水净化装置结构示意图；
图2为本发明所述阳电极结构示意图；
图3为本发明所述卷筒结构示意图；
图4为图3中A处局部放大图；
图5为本发明所述薄膜结构示意图；
图6为本发明所述阴电极结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，所述硬水净化装置，包括水槽1、直流电源2，所述水槽 1的内部设置有阳离子选择性透过隔板3和阴离子选择性透过隔板4，所述水槽1被阳离子选择性透过隔板3和阴离子选择性透过隔板4分隔为第一处理池11、第二处理池12和第三处理池13，所述第二处理池12位于阳离子选择性透过隔板3和阴离子选择性透过隔板4之间；所述水槽1的外部设置有水泵5，所述水泵5的输入端与第一处理池11连通，所述水泵5的输出端与第三处理池13连通，所述第一处理池11的内部设置有与直流电源2的正极电连接的阳电极6，所述第三处理池13的内部设置有与直流电源2的负极电连接的阴电极7。其中，所述阳离子选择性透过隔板3由表面带有大量硅羟基的硅藻土挤压堆砌组成。所述阴离子选择性透过隔板4由键合了季胺基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或丙烯酸系中至少一种的聚合物
挤压堆砌组成。
该硬水净化装置的净化原理是：直流电源2产生20V以上的直流电促使第一处理池11、第二处理池12、第三处理池13、阳离子选择性透过隔板 3、阴离子选择性透过隔板4内的水电离，产生大量的H+和OH－；硬水先进入到第一处理池11，在第一处理池11中的阳离子在电迁移的作用下向阳离子选择性透过隔板3迁移并被阳离子选择性透过隔板3吸附，第一处理池11中的溶液在水泵5的作用下被进入到第三处理池13，在第三处理池 13中阴离子在电迁移的作用下向阴离子选择性透过隔板4迁移并被阴离子选择性透过隔板4吸附，第三处理池13出来的水即为净化后的淡化水；再利用所产生的H+或OH－对阳离子选择性透过隔板3或阴离子选择性透过隔板4进行再生，产生的H+向阳离子选择性透过隔板3迁移，对阳离子选择性透过隔板3进行再生，产生的OH－向阴离子选择性透过隔板4迁移对阴离子选择性透过隔板4进行再生，使阳离子选择性透过隔板3或阴离子选择性透过隔板4恢复吸附性能，被交换下来的阳离子和阴离子迁移进入第二处理池12，等到第二处理池12中的离子浓度达到一定程度再排出或循环再利用。
如图2～5所示，所述阳电极6包括卷筒61，所述卷筒61的上端喷涂有合金层62，所述卷筒61的下端涂覆有绝缘密封层63，所述卷筒61包括位于中央的石墨柱611，石墨柱611的外侧卷绕有薄膜612；所述薄膜612包括多个长方形石墨烯薄膜6121，所述石墨烯薄膜6121的尾端设置有连接层 6122，所述石墨烯薄膜6121的首尾之间通过连接层6122连接成整体，所述连接层6122的背面涂覆有压敏胶粘剂。
所述阳电极6的制作方法为：
1)、制作薄膜612
在离型膜上涂覆一层石蜡层，然后在石蜡层上将石墨烯薄膜6121拼接成长条状，相邻的石墨烯薄膜6121之间留有5～10毫米的间隔，在相邻石墨烯薄膜6121之间的间隔中涂覆一层环氧树脂快干胶，环氧树脂快干胶可选用张家港市鹏泰贸易有限公司型号ca40h的胶水，当环氧树脂快干胶固化后形成连接层6122，连接层6122将相邻的石墨烯薄膜6121固接为一体。其中，石蜡层与石墨烯薄膜6121能够紧密贴合，避免在涂覆环氧树脂快干胶的时候环氧树脂快干胶渗入到石墨烯薄膜6121和石蜡层之间；该薄膜612 制作完成后，薄膜612与石蜡层之间脱离方便，可通过热风或有机溶剂清洗的方式除去残留在薄膜612上的石蜡，操作方便。
2)、薄膜612制作完成后，在连接层6122的背面涂覆有压敏胶粘剂，当将薄膜612在石墨柱611的外侧卷绕成卷后，在压敏胶粘剂的作用下，最终成卷状的薄膜612无需再绑扎即成一个不易散开的卷筒61。
3)、利用喷金机在卷筒61的上端喷涂制成合金层62，喷金原理是采用电弧或火焰等热源，将需喷涂的各类焊料丝材熔化并在高压空气的作用下雾化；粉碎后的金属粒子以高速喷涂在卷筒61的端面层隙中，使卷筒61 端面自内绕层至外绕层形成一个等电位的金属电极面，为阳电极6与直流电源2的正极电连接提供一个连接平台。利用热熔胶喷涂在卷筒61的下端制成绝缘密封层63，绝缘密封层63不但将卷筒61下端的层隙堵住，而且还能够对卷筒61再次固定，防止其散开。
所述阳电极6在使用时，合金层62是露出水面的。所述阳电极6由于其最外层主要为石墨烯薄膜6121，所述阳电极6表面附着的污垢易除去，所述阳电极6的使用寿命是普通石墨电极的1.85倍。当该阳电极6由于长时间使用后，其表面附着的污垢不但难清理且严重影响到阳电极6的正常工作时，需要更换阳电极6；由于单个石墨烯薄膜6121即可卷成一个圈状，然后其上端被合金层62封住，下端被绝缘密封层63封住，侧壁被压敏胶粘剂固定且封住，因此水垢主要附着在最外一层的石墨烯薄膜6121上，只需要用刀将最外一层的石墨烯薄膜6121割掉，无需再移动整个阳电极6，操作方便。
如图6所示，所述阴电极7包括不锈钢板71，所述不锈钢板71的正面固设有石墨板72，所述石墨板72的正面设置有镀银层73，所述镀银层73 的表面设置有石墨烯层74，所述石墨烯层74的表面设置有纳米银层75，所述纳米银层75的表面设置有一层致密的氧化银薄膜。所述阴电极7的制作方法为：先在石墨板72的正面通过化学镀银法或电镀银法生成镀银层73，形成石墨板72-镀银层73；然后在镀银层73的表面通过化学气相沉积法生长石墨烯层74，形成石墨板72-镀银层73-石墨烯层74；再将石墨板72-镀银层73-石墨烯层74放入纳米银异丙醇溶液中，在石墨烯层74上通过电泳法沉积纳米银层75，形成石墨板72-镀银层73-石墨烯层74-纳米银层75；再将石墨板72-镀银层73-石墨烯层74-纳米银层75放入到质量分数为30％且温度为40～43℃的双氧水中10～20秒使得纳米银层75的表面形成一层致密的氧化银薄膜，取出后用热风吹干；最后在不锈钢板71的正面涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂，将经过双氧水处理的石墨板72-镀银层73-石墨烯层74- 纳米银层75中石墨板72的背面与涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂的不锈钢板71紧贴，所述氰基丙烯酸酯胶粘剂固化后即得到所述阴电极7。
由于石墨板72质地软，将其固定在不锈钢板71上，使得阴电极7安装方便，石墨板72不易发生破碎；由于石墨烯层74不易附着在石墨板72 上，因此先在石墨板72上设置镀银层73，再往镀银层73上设置石墨烯层 74，这使得石墨板72-镀银层73-石墨烯层74三者之间结合紧密，不易分开。纳米银层75在石墨烯层74的表面形成一个镜面，这使得阴电极7的纳米银层75所在平面不易附着污垢，纳米银层75与镀银层73配合对石墨烯层 74进行保护，使得石墨烯层74不易受到损伤。当不锈钢板71上附着大量的污垢时，可采用打磨的方式清洁。所述阴电极7的使用寿命是普通不锈钢电极的2.63倍，所述阴电极7的使用寿命是普通石墨电极的5.56倍。
在本发明中，所述硬水选普通自来水，硬度为230～235mg/L(以碳酸钙计)；直流电源2的工作电压为30V，本发明所述硬水净化装置连续正常运行24小时后，净化后水的硬度小于2mg/L(以碳酸钙计)，净化后水的电导率为0.15～0.23μS/cm，出水量为710～870m3/h。
对比实验，对比实验与本发明的区别是：对比实验中阴电极7使用普通常用的不锈钢电极，所述阳电极6使用普通石墨电极。在对比实验中，同样所述硬水选普通自来水，硬度为230～235mg/L(以碳酸钙计)；直流电源2的工作电压为30V，装置连续正常运行24小时后，净化后水的硬度小于2mg/L(以碳酸钙计)，出水量为200～550m3/h。
在上述实施例中，本发明所述阴电极7和阳电极6协同配合还具有提高净化水的出水量的效果，也就是说，净水效率相对于使用普通不锈钢电极、石墨电极的装置来说，本发明的净水效率高。
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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种硬水净化装置，其特征在于：包括水槽、直流电源，所述水槽的内部设置有阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板，所述水槽被阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板分隔为第一处理池、第二处理池和第三处理池，所述第二处理池位于阳离子选择性透过隔板和阴离子选择性透过隔板之间；所述水槽的外部设置有水泵，所述水泵的输入端与第一处理池连通，所述水泵的输出端与第三处理池连通，所述第一处理池的内部设置有与直流电源的正极电连接的阳电极，所述第三处理池的内部设置有与直流电源的负极电连接的阴电极。
2.根据权利要求1所述的一种硬水净化装置，其特征在于：所述阳离子选择性透过隔板由表面带有大量硅羟基的硅藻土挤压堆砌组成。
3.根据权利要求1所述的一种硬水净化装置，其特征在于：所述阴离子选择性透过隔板由键合了季胺基、伯胺基、仲胺基、叔胺基或丙烯酸系中至少一种的聚合物挤压堆砌组成。
4.根据权利要求1所述的一种硬水净化装置，其特征在于：所述阳电极包括卷筒，所述卷筒的上端喷涂有合金层，所述卷筒的下端涂覆有绝缘密封层，所述卷筒包括位于中央的石墨柱，石墨柱的外侧卷绕有薄膜；所述薄膜包括多个长方形石墨烯薄膜，所述石墨烯薄膜的尾端设置有连接层，所述石墨烯薄膜的首尾之间通过连接层连接成整体，所述连接层的背面涂覆有压敏胶粘剂。
5.根据权利要求4所述的一种硬水净化装置，其特征在于：利用喷金机在卷筒的上端喷涂制成合金层，所述绝缘密封层是利用热熔胶喷涂在卷筒的下端制成。
6.根据权利要求1所述的一种硬水净化装置，其特征在于：所述阴电极包括不锈钢板，所述不锈钢板的正面固设有石墨板，所述石墨板的正面设置有镀银层，所述镀银层的表面设置有石墨烯层，所述石墨烯层的表面设置有纳米银层，所述纳米银层的表面设置有一层致密的氧化银薄膜。
7.根据权利要求6所述的一种硬水净化装置，其特征在于：所述阴电极的制作方法为：先在石墨板的正面通过化学镀银法或电镀银法生成镀银层，形成石墨板-镀银层；然后在镀银层的表面通过化学气相沉积法生长石墨烯层，形成石墨板-镀银层-石墨烯层；再将石墨板-镀银层-石墨烯层放入纳米银异丙醇溶液中，在石墨烯层上通过电泳法沉积纳米银层，形成石墨板-镀银层-石墨烯层-纳米银层；再将石墨板-镀银层-石墨烯层-纳米银层放入到质量分数为30%且温度为40~43℃的双氧水中10~20秒，取出后用热风吹干；最后在不锈钢板的正面涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂，将经过双氧水处理的石墨板-镀银层-石墨烯层-纳米银层中石墨板的背面与涂覆有氰基丙烯酸酯胶粘剂的不锈钢板紧贴，所述氰基丙烯酸酯胶粘剂固化后即得到所述阴电极。
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