[发明专利]物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，具体地涉及一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置。

背景技术

水是生命之源，一般从大自然中直接获取的水源可能含有细菌、有毒有害金属离子等杂质，直接饮用会对人体造成危险，在野外行军、野外施工、震后重建等场合都需对原水进行处理，目前处理方式主要是煮沸、加药净化或过滤器处理。

烧水需要器具、浪费燃料，而且耗时间。净水药品的缺点是有药物残留、异味异色、容易引起过敏，同时会和某些食物或是用具起化学反应。现有的过滤器在局限是价格贵，体积大，重量大，使用时也需要经常维护，很难运用到野外行军等应急场合。

经过对现有的便携技术的检索发现：现有的便携净水器有挤压式，这种设计外部加的压力有限，限制了活性炭滤芯的大小，过滤效果不理想，另外出水中没有去除细菌病毒。中国专利申请号为：ZL200620063423.9只采用了一级滤膜过滤，没有经过活性炭等吸附滤材的预处理，滤膜易污染、使用寿命短，特别是对细菌病毒的去除不能保证。中国专利申请号为：200610032761.0的吸管式便携净水器，该技术实现了人将原水直接吸取经过过滤层的技术，但是需要使用人不断吸取，消耗体力，滤出水量也受到了体力的限制，采用了一级活性炭过滤，滤程短过滤效果不能得到保障。

电化学氧化法是一种具有广泛应用前景的绿色污染控制技术，可以使非生化降解的有机物转化为可生化降解的有机物，或使非生化降解的有机物燃烧而生成CO₂和H₂O；电化学方法还能阳极氧化和阴极还原无机重金属离子，使之产生沉淀或变价来降低毒性。这种高级氧化方法具有无需化学药品、装置占地面积小、无二次污染等优点，被称为“环境友好”技术。但是这种方法的缺点是电能是最高品位的能量；适合中低浓度废水，极低浓度造成的传质问题将阻碍电催化降解效果。

光催化自1972年Fujishima和Honda发现半导体单晶电极光分解水的反应后，作为一种半导体多相光催化技术，在废水处理、空气净化及新能源开发等众多领域得到广泛利用。当入射光的能量大于半导体(TiO₂、ZnO、CdS、Fe₂O₃和WO₃)本身的带隙能量(Bandgap)时，在光的照射下半导体价带(Valence band)上的电子吸收光能而被激发到导带(Conduction band)上，即在导带上产生带有很强负电性的高活性电子(e-)，同时在价带上产生带正电的空穴(h+)，从而产生具有很强活性的电子/空穴对，形成氧化还原体系，此时，如果在电子和空穴(氧化电位2.0)的附近存在合适的电子受主或电子施主，将发生氧化还原反应，光生空穴可以在水中产生氧化能力极强的·OH自由基(氧化电位2.8eV)，可在常温常压下几乎无选择地对水中难于降解的有机污染物完全矿化。但是在实际反应过程中，主要问题是光生空穴和电子容易复合，寿命短，限制了光催化的效率。

因此，迫切需要开发一种利用高效光催化与电催化反应的净水方法，以及基于这种净水方法达到净化效果好、环境友好的、简易便携的净水装置。

发明内容

本发明提供了一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法。

本发明并以常用杯形为原形，提供了一种便携净水装置。最优化的结构实现了滤材吸附、悬浮式光电催化和膜过滤方法的协同结合，分级处理大体积杂物、腐殖质、重金属离子、细菌、病毒等污染物、气密性好、加压方式可靠方便、取水方便、可反复取水、出水安全、方便携带以及机构单元可拆卸、过滤材料回收替换功能的一体化结合，可广泛运用于行军、野外勘探、探险旅行、震后重建等场合。

本发明第一方面提供了一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水装置，包括：杯盖、杯体、前置过滤机构、悬浮式光电催化净水机构、和后置过滤机构，

其中，杯体的顶端设有入水口，杯体的底端设有出水口，杯体与杯盖活动连接，前置过滤机构设置于杯体中部，悬浮式光电催化净水机构位于杯体下部，后置过滤机构位于杯体下部且正对出水口。

在另一优选例中，所述的悬浮式光电催化净水机构包括：阳极板、阴极板、悬浮式半导体光催化颗粒、紫外LED、导线、和电池。

在另一优选例中，所述阳极板、阴极板、悬浮式半导体光催化颗粒、和紫外LED位于杯体内壁和后置过滤机构之间；电池位于杯体外底部，与电极板用导线连接。

在另一优选例中，所述电池采用3-5V。