TWI450866B - 淨水裝置 - Google Patents

Description

淨水裝置

本案係關於一種淨水裝置，尤指一種包含氯化銀光觸媒之淨水裝置。

水是人類生活不可或缺的必需品，舉凡飲食、洗滌、清潔、澆花都需要水，而隨著工業的發展，環境污染問題也日益嚴重，導致水源遭受污染，使得人們可能飲用到不乾淨的水，而影響了身體健康；同樣地，工廠和產業界也會因為水質異常而無法生產，損失難以計算。因此，如何提供乾淨無菌之水質，為相當重要的課題。

一般市面上對於污水處理多採用過濾方法吸附水中雜質，然而此方法對於殺菌及染料降解效果沒有很明顯，或是衝加氯氣來殺菌，但氯喝多了會對人體有害，而一直以來工廠所排放的染料廢水在處理上更是一大難題。

近年來，光觸媒(photocatalyst)也被應用於空氣濾淨及污水濾淨。光觸媒為一種利用光能進行催化作用，使周圍產生化學反應的物質，例如TiO₂ 、ZnO、SnO₂ 、ZrO₂ 等氧化物及CdS、ZnS等硫化物，其中，TiO₂ 由於化學性質安定及氧化能力強，為目前市場上主要之光觸媒材料，其經紫外光的照射後，可用來除臭、去污及殺菌。目前市面上之一般作法是將粉末狀TiO₂ 加入廢水中，並利用紫外光催化反應，然而其殺菌及染料降解效果有限，且TiO₂ 光觸媒的回收也成為一大難題。

另外，習知技術亦有在淨水器殼體上設置TiO₂ 鍍膜之設計，然而無論是採用蒸鍍法或濺鍍法，都需要昂貴的蒸鍍設備或濺鍍設備來進行鍍膜，使得成本大幅提高且製程複雜，且所形成之鍍膜為一平面薄膜，無法有效提升薄膜之比表面積，造成作用面積有限。

因此，如何改善習知技術之缺失，以提供一種可有效淨化水質之淨水裝置，實為相關技術領域者之重要課題。

本案之主要目的在於提供一種淨水裝置，其係具有紫外光燈管及螺旋流道，且流道表面塗佈有具高比表面積之氯化銀薄膜，使該氯化銀薄膜在紫外光照射下，對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化之目的。

為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種淨水裝置，其係包含：一外管，係具有一入水口及一出水口；一紫外光燈管，係設置於該外管之中央部位；以及一導流板，係螺旋環繞於該紫外光燈管周圍，以於該外管內部形成一螺旋流道，且該導流板之表面塗佈有氯化銀薄膜，俾使該氯化銀薄膜在紫外光照射下，對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化之目的。

根據本案之構想，該外管係呈圓筒狀。

根據本案之構想，該紫外光燈管係由紫外光發光二極體所構成。

根據本案之構想，該氯化銀薄膜係同時塗佈於該導流板之上表面及下表面。

根據本案之構想，該外管之內壁面亦塗佈有該氯化銀薄膜。

根據本案之構想，該紫外光燈管之外壁面亦塗佈有該氯化銀薄膜。

根據本案之構想，該外管具有至少一卡槽，該導流板具有至少一凸部，其係對應該卡槽而設置，用以將該導流板定位於該外管中。

根據本案之構想，該氯化銀薄膜包含包含一支持層及一機能層，其中該支持層係由柱狀晶排列而成，而該機能層係形成於該支持層之上，並由粒狀晶堆積而成。

根據本案之構想，該氯化銀薄膜之形成方法係將一硝酸銀水溶液變化成固態後，再加入一氯化鈉水溶液，以藉由析出反應製得連續之該氯化銀薄膜；亦或是將一氯化鈉水溶液變化成固態後，再加入一硝酸銀水溶液，以藉由析出反應製得連續之該氯化銀薄膜。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖式在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。

請參閱第一圖，其係為本案較佳實施例之淨水裝置之立體結構示意圖。根據本案之構想，淨水裝置1主要包含一外管11、一紫外光燈管12及一導流板13，而在第一圖中，外管11之一部份被移除，以顯示淨水裝置1之內部結構。如圖所示，外管11係呈一圓筒狀，其係可由鋼材或軟材製成，且具有一入水口111及一出水口112。紫外光燈管12則設置於外管11之中央部位，其係可為傳統之紫外光燈管，亦可由紫外光發光二極體(LED)所構成，藉以發揮發光二極體之發光效率高及使用壽命長之功效。另外，將紫外光燈管12設置於外管11之中央部位，除可達到較佳之空間利用及材料配置外，也可得到較全面之照光範圍。紫外光燈管12之兩端可設置防水遮罩(未顯示)，以保護紫外光燈管12。

請參閱第二圖，其係為本案較佳實施例之淨水裝置之剖面結構圖。從第二圖可見，導流板13係螺旋環繞於紫外光燈管12之周圍，以於外管11內部形成一螺旋流道。導流板13之表面塗佈有氯化銀薄膜20，其係作為一種光觸媒材料，當紫外光照射氯化銀時，氯化銀內部電子會由價帶躍遷至導帶而產生電子電洞對，並進而將水分子游離出的氫氧根離子氧化成氫氧自由基。由於氫氧自由基具有強氧化能力，能分解有機物質以及破壞細菌之細胞壁與DNA，故具有去污、除臭、殺菌及染料降解等功效。

根據本案之構想，導流板13之上下表面皆塗佈有氯化銀薄膜20。由於水流在螺旋流道中流動時，會因翻轉攪動而撞擊導流板13之上表面及下表面，故同時在導流板13之上下表面塗佈有氯化銀薄膜20，可增加光觸媒之反應區域，充分達到光觸媒之反應效果。此外，利用螺旋流道之設計，可增長流道路徑，藉此延長反應時間，使光觸媒充分對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化的目的。

在一實施例中，外管11之內壁面可選擇性塗佈氯化銀薄膜20’，而紫外光燈管12之外壁面亦可選擇性塗佈氯化銀薄膜20”，其目的同樣為增加光觸媒之反應區域，以更強化光觸媒之反應效果。

請參閱第一圖及第三圖，其中第三圖係顯示淨水裝置之外管移除後之結構。如圖所示，外管11具有至少一卡槽113，導流板13則在對應卡槽113之位置設置有至少一凸部131，用以將導流板13嵌入並定位於外管11之卡槽113中，進而固定導流板13於外管11中。卡槽113之數目並不限於第一圖所示之三個卡槽113，且可根據需要做調整，而導流板之凸部131數目亦可配合外管之卡槽113而調整。當然，卡槽及凸部之位置亦可對調，例如將卡槽設計在導流板上，並將凸部設計於外管上。此外，導流板與外管之卡固結構也不限於前述之卡槽及凸部，任何相對應之卡固結構皆可應用本案中。

由於本案之導流板13及紫外光燈管12係設計為可自外管11拆卸出來，故當紫外光燈管12需要維修或更換時，即可方便地自淨水裝置1中拆卸出來以進行維修或更換。

另一方面，習知形成氯化銀薄膜之方法主要係將硝酸銀水溶液及氯化鈉水溶液進行反應，得到氯化銀之固體沈澱物後，再採用溶膠凝膠法(sol-gel)配合旋塗技術(spin coat)，將氯化銀固體分子塗佈在一基材上，以形成氯化銀薄膜。然而利用此種方法來將氯化銀塗佈在螺旋狀的導流板表面上在實行上有一定之困難度，也將使得其成本大大提高，且此種方法形成之氯化銀薄膜為一平面薄膜，其比表面積較小，因此作用面積有限，亦相對地使氯化銀薄膜無法發揮較佳之去污、除臭、殺菌及染料降解等功效。

為了解決此問題，本案發明人研發出一種形成氯化銀薄膜之方法，其係將硝酸銀水溶液變化成固態後，再加入氯化鈉水溶液，以藉由析出反應製得連續之氯化銀薄膜。另一方面，亦可將氯化鈉水溶液變化成固態後，再加入硝酸銀水溶液，以藉由析出反應製得連續之氯化銀薄膜。以下將詳細敘述該形成氯化銀薄膜之方法。

首先製作一容器，如第四圖A所示，取一聚氯乙烯(PVC)管30，以鐵氟龍膠帶31將一端封閉作為形成氯化銀薄膜的容器，並置於鋁基板32之上。接著分別提供一硝酸銀水溶液及一氯化鈉水溶液，其係分別以去離子水配置成濃度為8.4M之硝酸銀水溶液及濃度為5.4M之氯化鈉水溶液。之後將硝酸銀水溶液加至PVC管30內，以液態氮33給予冷凍，使硝酸銀水溶液結冰固化形成固態硝酸銀水溶液34，如第四圖B所示。接著將氯化鈉水溶液35倒入PVC管30內，如第四圖C所示，使氯化鈉水溶液35與固態硝酸銀水溶液34進行24小時的析出反應。

析出反應首先如第四圖D所示，氯化銀固體分子36會析出於固態硝酸銀水溶液34之表面，亦即固態及液態之交界處，且如第四圖E所示，初步析出之氯化銀固體分子36會藉由異質成核(heterogeneous nucleation)過程成長成柱狀晶36a，並形成一連續薄膜之態樣。且在析出過程中，由於不再以液態氮對容器進行冷卻處理，使得固態硝酸銀水溶液34自表面逐漸液化成液態硝酸銀水溶液34’，同時，在柱狀晶36a下表面會形成氯化銀微小顆粒之粒狀晶36b，並逐漸堆積如第四圖F所示，該柱狀晶36a及該粒狀晶36b即構成氯化銀薄膜結構，其中柱狀晶36a係作為支持層(supporting layer)，而粒狀晶36b則作為機能層(functional layer)，以藉由機能層之高比表面積來提高薄膜之作用面積。

待析出反應完成後，先將薄膜上表面的氯化鈉水溶液35吸出，並以去離子水將薄膜上表面清洗數次以確保洗淨殘留之氯化鈉水溶液35，接著將封住PVC管30一端的鐵氟龍膠帶31除去，同理以去離子水清洗薄膜下表面以洗淨殘留之硝酸銀水溶液34’。最後，將氯化銀薄膜從PVC管30取出，並以無塵紙將薄膜大部分的水分吸去，再置入100℃烘箱烘烤8小時，乾燥後即可得到氯化銀薄膜，其厚度約70-90μm。

第五圖係顯示前述析出反應所得之氯化銀薄膜之掃瞄式電子顯微鏡(SEM)圖，從圖中可清楚看到，氯化銀薄膜40包含支持層41及機能層42，支持層41係由柱狀晶排列而成，而機能層42則係形成於支持層41之上，並由粒狀晶堆積而成，使得薄膜具有高比表面積，進而提高薄膜之作用面積。

因此，藉由前述方法，可快速形成具有高比表面積之氯化銀薄膜，並可進一步將氯化銀薄膜塗佈在本案淨水裝置之螺旋狀導流板表面上。由於所形成之氯化銀薄膜具有較厚之支持層，故可輕易利用黏著劑或其他方式，將氯化銀薄膜塗佈在螺旋狀導流板表面上，再藉由氯化銀薄膜之機能層進行殺菌及染料降解等作用。

綜上所述，本案提供之淨水裝置主要包含外管、紫外光燈管及螺旋狀之導流板，其中導流板表面上塗佈有氯化銀薄膜，使氯化銀薄膜在紫外光照射下，對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化之目的。除藉由螺旋流道設計增加氯化銀光觸媒之反應面積及時間外，本案更採用具高比表面積之氯化銀薄膜，使得氯化銀薄膜之作用效率大大提升，使得水流從入水口進入淨水裝置再由出水口流出時，即已完成水質淨化，而得到乾淨的水。

再者，本案採用之氯化銀光觸媒較市面上常用之二氧化鈦光觸媒有更強之殺菌及染料降解效果，且氯化銀之吸收波長區段較二氧化鈦來得大，也不侷限於低波長紫外光。此外，由於本案係將氯化銀光觸媒塗佈在流道中，故沒有光觸媒回收之問題，且氯化銀光觸媒可重複使用而不降低其殺菌及染料降解效果。

由於本案之淨水裝置構造簡單，方便針對需求調整尺寸大小，故可應用於水塔管線、工廠或家用廢水處理系統、污水處理廠、或家用水管源頭等，用以有效淨化水質，使民生或工業用水之水質提升，故本案所提出之淨水裝置極具產業價值，爰依法提出申請。

本案得由熟習此技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所欲保護者。

1‧‧‧淨水裝置

11‧‧‧外管

111‧‧‧入水口

112‧‧‧出水口

113‧‧‧卡槽

12‧‧‧紫外光燈管

13‧‧‧導流板

131‧‧‧凸部

20、20’、20”‧‧‧氯化銀薄膜

30‧‧‧PVC管

31‧‧‧鐵氟龍膠帶

32‧‧‧鋁基板

33‧‧‧液態氮

34‧‧‧固態硝酸銀水溶液

34’‧‧‧液態硝酸銀水溶液

35‧‧‧氯化鈉水溶液

36‧‧‧氯化銀固體分子

36a‧‧‧柱狀晶

36b‧‧‧粒狀晶

40‧‧‧氯化銀薄膜

41‧‧‧支持層

42‧‧‧機能層

第一圖：係為本案較佳實施例之淨水裝置之立體結構示意圖。

第二圖：係為本案較佳實施例之淨水裝置之剖面結構圖。

第三圖：係顯示淨水裝置之外管移除後之結構。

第四圖A至F：係為氯化銀薄膜之形成方法示意圖。

第五圖：係為氯化銀薄膜之掃瞄式電子顯微鏡圖。

11．．．外管

111．．．入水口

112．．．出水口

12．．．紫外光燈管

13．．．導流板

20、20’、20”．．．氯化銀薄膜

Claims (8)

1. 一種淨水裝置，其係包含：一外管，係具有一入水口及一出水口；一紫外光燈管，係設置於該外管之中央部位；以及一導流板，係螺旋環繞於該紫外光燈管周圍，以於該外管內部形成一螺旋流道，且該導流板之表面塗佈有氯化銀薄膜，俾使該氯化銀薄膜在紫外光照射下，對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化之目的；其中，該氯化銀薄膜包含一支持層及一機能層，其中該支持層係由柱狀晶排列而成，而該機能層係形成於該支持層之上，並由粒狀晶堆積而成，且該氯化銀薄膜之形成方法係將一硝酸銀水溶液變化成固態後，再加入一氯化鈉水溶液，以藉由析出反應製得連續之該氯化銀薄膜。
2. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該外管係呈圓筒狀。
3. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該紫外光燈管係由紫外光發光二極體所構成。
4. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該氯化銀薄膜係同時塗佈於該導流板之上表面及下表面。
5. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該外管之內壁面塗佈有該氯化銀薄膜。
6. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該紫外光燈管之外壁面塗佈有該氯化銀薄膜。
7. 如申請專利範圍第1項所述之淨水裝置，其中該外管具 有至少一卡槽，該導流板具有至少一凸部，其係對應該卡槽而設置，用以將該導流板定位於該外管中。
8. 一種淨水裝置，其係包含：一外管，係具有一入水口及一出水口；一紫外光燈管，係設置於該外管之中央部位；以及一導流板，係螺旋環繞於該紫外光燈管周圍，以於該外管內部形成一螺旋流道，且該導流板之表面塗佈有氯化銀薄膜，俾使該氯化銀薄膜在紫外光照射下，對水流進行殺菌及染料降解作用，達到水質淨化之目的；其中，該氯化銀薄膜包含一支持層及一機能層，其中該支持層係由柱狀晶排列而成，而該機能層係形成於該支持層之上，並由粒狀晶堆積而成，且該氯化銀薄膜之形成方法係將一氯化鈉水溶液變化成固態後，再加入一硝酸銀水溶液，以藉由析出反應製得連續之該氯化銀薄膜。