CN203833753U - 一种基于压电纳米材料的离子过滤器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于压电纳米材料的离子过滤器，其包括压电纳米材料过滤芯，其上具有作为滤料的压电纳米材料。所述压电纳米材料包括：氮化镓、氮化铟和／或氧化锌。所述压电纳米材料的纳米结构为纳米线、纳米棒或纳米带。本实用新型公开的所述离子过滤器中的压电纳米材料可以对液体如水中的多种离子杂质，如重金属离子、钙镁离子及氯离子进行吸附，因而减少了所用净化材料的种类，如阳离子交换树脂、梯度陶瓷等，提高了净化效率，降低了制造成本。压电纳米材料在使用一段时间后，可以用清水浸泡使其再生，相比与阳离子交换树脂的交换剂，使用清水降低了本净水器的使用成本。用于过滤水中的氯离子和重金属离子。
Description
技术领域
本实用新型涉及液体净化技术领域，尤其涉及一种基于压电纳米材料的离子过滤器。
背景技术
2007年，佐治亚理工学院王中林教授团队发现了压电电子学效应。像氮化镓、氮化铟、氧化锌等的压电半导体纳米线在受到外应力作用时，在纳米线的表面会产生压电电荷，利用这些压电电荷，人们可以调控半导体纳米线的输运性质。另一方面，如果使水溶液通过放置有压电半导体纳米线的容器时，纳米线受到大量水分子及溶质分子的碰撞将产生形变，从而在表面形成压电电荷。这些压电电荷可以吸附溶液中的带电离子，很可能在生活用水净化系统中起到关键作用。
目前，随着我国经济的快速发展，水污染的程度越来越高，发展高效、价格低廉、容易再生的水净化器的任务愈加紧迫。家庭净水器中所采用的净化材料种类很多，包括PP棉，活性炭、梯度陶瓷、阳离子树脂、超滤膜，纳滤膜，反渗透膜等。他们的净化对象、净化效率及成本都不尽相同。要想得到杂质含量很低的优质净化水，往往需要多种材料复合使用，这样既降低了净化效率，又增加了成本。另外，滤除水溶液中钙镁离子的阳离子树脂每使用一段时间都需要使用交换剂再生，进一步增加了传统水净化器的使用成本。
发明内容
(一)要解决的技术问题
鉴于上述技术问题，本实用新型提供了一种基于压电纳米材料的离子过滤器。这种离子过滤器中的压电纳米材料吸附液体的各种离子杂质，起到净化液体的作用。其用途广泛，可应用于家庭用水、工业用水或医用用水等的净化，其也可以用于净化其它液体。另外，压电纳米材料在使用一段时间后，用清水浸泡就可使其再生，相比于阳离子交换树脂节约了使用成本。
(二)技术方案
根据本实用新型的一个方面，提供了一种基于压电纳米材料的离子过滤器，其包括压电纳米材料过滤芯，其上具有作为滤料的压电纳米材料。
其中，所述压电纳米材料包括：氮化镓、氮化铟和／或氧化锌。
其中，所述压电纳米材料的纳米结构为纳米线、纳米棒或纳米带。
其中，所述压电纳米材料为氮化镓纳米线。
其中，所述离子过滤器用于过滤水中的氯离子和重金属离子。
其还包括：活性炭滤芯，其上具有颗粒活性炭滤料。
其中，所述活性炭滤芯位于所述压电纳米材料过滤芯的上游。
其还包括：聚丙烯滤芯，其上具有聚丙烯滤料。
其还包括：超滤亲水膜，其位于所述压电纳米材料过滤芯中，所述压电纳米材料平铺于所述超滤亲水膜的表面。
其还包括：麦饭石矿化料层和／或强力磁化器。
(三)有益效果
从上述技术方案可以看出，本实用新型提出的基于压电纳米材料的离子过滤器具有以下有益效果：
(1)压电纳米材料可以对液体如水中的多种离子杂质，如重金属离子、钙镁离子及氯离子进行吸附，因而减少了所用净化材料的种类，如阳离子交换树脂、梯度陶瓷等，提高了净化效率，降低了制造成本。
(2)压电纳米材料在使用一段时间后，可以用清水浸泡使其再生，相比与阳离子交换树脂的交换剂，使用清水降低了本净水器的使用成本。
附图说明
图1为本实用新型实施例中基于氮化镓纳米线的家庭用水净化器的结构示意图；
图2为本实用新型中采用氮化镓纳米线作为净化器材料在水中的净化原理示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。此外，以下实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本实用新型。
本实用新型提供了一种基于压电纳米材料的离子过滤器，其包括压电纳米材料的滤芯，其上具有作为滤料的压电纳米材料，用于滤除液体中的各种离子杂质。其中，压电纳米材料包括很多，如氮化镓、氮化铟、及氧化锌等。另外，压电纳米材料的结构种类也较多，如纳米线、纳米棒、纳米带等等。上面仅列举了一部分常见的压电纳米材料和纳米材料的结构种类，本实用新型不限于以上几种，所有能够在外力作用下产生压电电荷的纳米材料均适用于本实用新型提出的技术方案中。
本实用新型提出的所述离子过滤器中压电纳米材料优选为氮化镓纳米线，其能够过滤的各种离子包括氯离子、重金属离子、钙镁离子等，尤其是过滤钙镁离子的效果极佳，非常适用于净化水质等。氮化镓纳米线在本领域中属于现有技术，其制备方法已经发表在了2011年的《纳米技术》杂质上。这种纳米线的长度为10-20微米，半径为100-500纳米，在受到外应力的情况下可以给出上至1.2伏特的输出电势。另外，在2013年《纳米技术》的另一篇报道中，观察到了压电半导体纳米线对不同气体分子的吸附行为。然而以上的报道只是对压电纳米材料合成及所具有的吸附能力做了演示，并没有将其作为水净化材料加以利用。
本实用新型提出的上述离子过滤器用于过滤对压电纳米材料溶解度不大的液体介质中的杂质，如水中的重金属离子、钙镁离子、及氯离子等。离子过滤器的一种常见应用为家庭用的净化器，下面以家庭用的净化器及优选压电纳米材料氮化镓纳米线为例说明本实用新型提出的基于压电纳米材料的离子过滤器的结构及其过滤原理。
在本实用新型的一个示例性实施例中，提供了一种基于氮化镓纳米线的家庭用水净化器。净水器所用的滤料都放在相同尺寸的滤芯中。滤芯可在市场上买到，由PET塑料制成，厚度不小于5毫米，其上有若干个直径不小于5毫米的筛孔用以填充滤料。
图1示出了本实用新型实施例中基于氮化镓纳米线的家庭用水净化器的结构框图。如图1所示，该净水器由上至下包括：
进水口。
聚丙烯(PP)滤料，用来进行初过滤，主要过滤水中的大颗粒悬浮物，如泥沙、水藻、微生物、铁锈、铜锈、磷污等。
颗粒活性炭滤料，其内部具有多孔，孔内有许多毛细管，具有吸附作用，主要滤除水中的各种杂质如氯、酚、氰化物、农药等，所述颗粒活性炭滤料位于氮化镓纳米线滤料的上游。
氮化镓纳米线滤料，其包括氮化镓纳米线，并采用蒸汽-液-固流程合成，主要作用是吸附水中存在的各种离子，包括钙、镁、氯离子及各种重金属离子。
超滤亲水膜，其用于进一步去除有机物、杂质、胶体、细菌等粒状悬浮物和部分病毒，过滤阻力很小。
麦饭石矿化料层，主要作用是矿化净化水质，增加水的生物活性。
强力磁化器，通过强力磁化器磁化的水含有多种人体所需的微量元素，磁化作用能有效地预防多种疾病，促进人体新陈代谢。
出水口。
其中，氮化镓滤料与超滤亲水膜放在同一个滤芯中，氮化镓平铺在超滤亲水膜之上。上面的滤料可以根据净化器的具体功能可选择使用一种或多种的组合。
除氮化镓纳米线滤料外，其他净化材料都可以在相关市场方便购得。下面对氮化镓纳米线滤料的获得及净化原理进行详细说明。
下面介绍本实用新型中采用改进的蒸汽-液-固流程获得氮化镓纳米线的具体流程。
首先，用磁控溅射的方法将2纳米厚的镍薄膜沉积在硅(001)基底上，镍用作氮化镓纳米线生长的催化剂。
之后，将沉积着镍的硅基底置于一个铝制的小船的中央，将两块镓金属放在小船的两端，他们不仅可以充当镓源，还可以防止产物氧化。
最后，将整个铝制小船放在一个管式炉中央，抽真空至8×10-3托以去除氧气和水蒸气。在流入氨气量为30立方厘米每分钟的同时加热管式炉至900度并保持30分钟，金属镓和氨气反应生成氮化镓纳米线。
图2为本实用新型中采用氮化镓纳米线作为净化器材料在水中的净化原理示意图。如图2所示，当含有杂质如钙、镁、氯离子及重金属离子的水经过氮化镓纳米线所在容器时，大量水分子与氮化镓纳米线发生碰撞，使纳米受力线弯曲。由于氮化镓具有压电性质，在完全的氮化镓纳米线表面会出现压电电荷。这些压电电荷可以吸附水中的杂质离子，如钙镁离子，进而起到净化水质的作用。
至此，已经结合附图对本实施例进行了详细描述。依据以上描述，本领域技术人员应当对本实用新型基于氮化镓纳米线的家庭用水净化器有了清楚的认识。
此外，上述对各材料和方法的定义并不仅限于实施方式中提到的各种具体结构、形状和方法，本领域的普通技术人员可对其进行简单地熟知地替换，例如：
(1)作为初步过滤的水净化材料，不仅可以使用PP棉，还可以使用如微孔陶瓷及梯度陶瓷等材料。
(2)作为水净化材料使用的活性炭包括颗粒活性炭、渗银活性炭，以及纤维活性炭。他们可以替换使用。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，包括压电纳米材料过滤芯，其上具有作为滤料的压电纳米材料。
2.如权利要求1所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，所述压电纳米材料包括：氮化镓、氮化铟和/或氧化锌。
3.如权利要求1-2任一项所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，所述压电纳米材料的纳米结构为纳米线、纳米棒或纳米带。
4.如权利要求3所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，所述压电纳米材料为氮化镓纳米线。
5.如权利要求1-2任一项所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，其还包括：
活性炭滤芯，其上具有颗粒活性炭滤料。
6.如权利要求5所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于所述活性炭滤芯位于所述压电纳米材料过滤芯的上游。
7.如权利要求1-2、6任一项所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，其还包括：
聚丙烯滤芯，其上具有聚丙烯滤料。
8.如权利要求1-2、6任一项所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，其还包括：
超滤亲水膜，其位于所述压电纳米材料过滤芯中，所述压电纳米材料平铺于所述超滤亲水膜的表面。
9.如权利要求7所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，其还包括：
超滤亲水膜，其位于所述压电纳米材料过滤芯中，所述压电纳米材料平铺于所述超滤亲水膜的表面。
10.如权利要求1、2、6或9所述的基于压电纳米材料的离子过滤器，其特征在于，其还包括：麦饭石矿化料层和/或强力磁化器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201420072888.5U CN203833753U (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 一种基于压电纳米材料的离子过滤器 |
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| CN201420072888.5U CN203833753U (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 一种基于压电纳米材料的离子过滤器 |
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|---|---|
| CN203833753U true CN203833753U (zh) | 2014-09-17 |
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| CN201420072888.5U Expired - Lifetime CN203833753U (zh) | 2014-02-20 | 2014-02-20 | 一种基于压电纳米材料的离子过滤器 |
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| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105060605A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-18 | 李纳 | 超滤膜家用净水机 |
| CN107983046A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-05-04 | 厦门大学 | 高效过滤空气净化器 |
-
2014
- 2014-02-20 CN CN201420072888.5U patent/CN203833753U/zh not_active Expired - Lifetime
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| CN105060605A (zh) * | 2015-08-26 | 2015-11-18 | 李纳 | 超滤膜家用净水机 |
| CN107983046A (zh) * | 2017-12-30 | 2018-05-04 | 厦门大学 | 高效过滤空气净化器 |
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