[发明专利]一种便携式轻量化个人净水装置

权利要求书

1.一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述装置包括三元梯度管式膜预处理系统、脱盐系统和电源系统；所述的三元梯度管式膜预处理系统包括三元梯度管式超滤膜，该三元梯度管式超滤膜由外到内依次由支撑层、过渡层和分离层组成，所述支撑层和过渡层是PVDF烧结层，分离层是功能化Al₂O₃/PVDF膜材料；所述脱盐系统包括碳纤维管脱盐淡化膜。

2.根据权利要求1所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述三元梯度管式超滤膜的直径为4～6cm，长度为25～30cm；所述三元梯度管式超滤膜中分离层的孔径为0.02～0.05um，厚度为0.1～0.2mm；过渡层的过滤孔径为1～10um，厚度为分离层厚度的5～10倍；支撑层的孔径为10～20um，厚度为分离层厚度的50～100倍。

3.根据权利要求1所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述的三元梯度管式膜预处理系统和脱盐系统之间还设置动态分离系统，所述动态分离系统设置三通管，三通管的其中两个端口分别通过压力调节阀与管式膜预处理系统和脱盐系统相连，三通管的另一个端口设置浓水出口；管式膜预处理系统设置透过液透水口通过高压泵连接至脱盐系统。

4.根据权利要求2所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述三元梯度管式超滤膜通过如下方法制备：

(1)将颗粒度为100～200目的PVDF粉末灌入具有内管和外管的管状模具中，通过调整外管内径与内管外径的差距控制支撑层的厚度，在压力条件及140℃～160℃温度下高温烧结0.5～1h，冷却至室温，将模具退出，形成具有一层结构的支撑层管状预制体；

(2)将颗粒度为400～600目的PVDF粉末灌入过渡层烧结模具中，过渡层烧结模具是以支撑层管状预制体的内层为过渡层的外层，用外径小于管状预制体的不锈钢管作为过渡层烧结的内管模具，并调节内管模具的外径与管状预制体的内径差距控制过渡层的厚度，在压力条件及140℃～160℃温度下高温烧结0.5～1h，冷却至室温，将模具退出，形成具有二元梯度结构的二元PVDF管状体；

(3)将纳米Al₂O₃用氰基硅烷偶联剂进行表面改性后，用酸酸化，得到功能化Al₂O₃纳米颗粒；将PVDF粉末进行等离子体处理，得到表面引入氢氧基的改性PVDF；然后将功能化Al₂O₃纳米颗粒与改性PVDF在溶剂中进行缩合反应，得到化学键合的功能化Al₂O₃/PVDF铸膜液；

(4)以步骤(2)的二元PVDF管状体为基膜，采用步骤(3)的功能化Al₂O₃/PVDF铸膜液在基膜内表面涂布成膜，形成分离层；涂布结束后，将管状体于水浴中固化，然后用乙醇水溶液浸泡，晾干，得到所述三元梯度管式超滤膜。

5.根据权利要求1所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述碳纤维管脱盐淡化膜的直径为5～7cm，长度为35～40cm，膜管重量为120～140g，最大爆破压力为20MPa。

6.根据权利要求5所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述碳纤维管脱盐淡化膜采用尼龙内衬，尼龙内衬厚度3～5mm，尼龙内衬的外面缠绕碳纤维，碳纤维的厚度3～5mm。

7.根据权利要求6所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述碳纤维管脱盐淡化膜是将尼龙内衬的外面缠绕碳纤维，采用双组分环氧树脂浸渍碳纤维，在60～80℃温度下进行固化成型得到。

8.根据权利要求1所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述电源系统由直流开关电源，储能系统和电源转化开关组成。

9.根据权利要求8所述的一种便携式轻量化个人净水装置，其特征在于：所述直流开关电源，适用AC输入电源，PWM控制和调节，内置直流电扇强迫风冷和风机开关控制，工作频率25KHz，并带有短路/过载/过压保护，输入电源电压220V，输出电压24V；所述储能系统采用便携式锂电池组，电池类型采用磷酸铁锂电芯或锰酸锂电芯或三元材料电芯，额定电压24V，额定容量8Ah；所述电源转化开关设置多控点开关实现供电方式在直流开关电源和储能系统之间的转换。