一種鍍膜玻璃片的制備方法以及光催化凈水裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種鍍膜玻璃片的制備方法以及光催化凈水裝置，鍍膜玻璃片的制備方法包括：取2重量份無水乙醇，加入鈦酸丁酯，充分溶解后加入冰醋酸得到第一溶液；取1重量份無水乙醇，調(diào)節(jié)pH值后加入FeCl3攪拌均勻后得到第二溶液，將第二溶液逐滴滴入第一溶液中，劇烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠，采用浸漬提拉法在玻璃片表面覆蓋一層二氧化鈦溶膠，真空下干燥并活化后得到鍍膜玻璃片；光催化凈水裝置包括殼體、紫外光源、光催化室和超濾組件，光催化室內(nèi)設(shè)有多個采用上述制備方法制成的鍍膜玻璃片；光催化凈水裝置對待凈化的水采用過濾、光催化氧化和超濾三重凈化，不僅能夠完全去除水中的消毒副產(chǎn)物，還能有效抑制細菌滋生，提高了最終出水效果。
【專利說明】一種鍍膜玻璃片的制備方法以及光催化凈水裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于環(huán)保與節(jié)能【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種玻璃片的制備方法以及催化式凈水裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]我國水資源總量上并不豐富，特別是近年來由于地表水源受到工業(yè)廢水的亂排亂放、不合理的礦產(chǎn)開發(fā)以及諸多人為因素的影響，已經(jīng)有上百種有機化合物、重金屬離子等進入水源，使得飲用水的安全性越來越令人擔(dān)憂，水資源面臨匱乏的問題越來越突出。解決這一問題的根本措施在于對水源污染物進行控制排放和減量排放以及水廠對水源污染物的深度處理，但上述措施在短期內(nèi)均難以實現(xiàn)。
[0003]目前，在全國縣級以上的4000多家自來水廠中，有98%仍在使用傳統(tǒng)的水處理工藝，該種處理工藝難以有效去除水中含有的重金屬離子和有機化合物。另外，有些自來水廠采用吸附凈化或超濾凈化等處理手段來凈化水，雖然能夠使水中的一些有害物質(zhì)得到有去除，但是吸附劑的更換和再生比較困難，若長久不更換更易滋生細菌，從而對飲用者的健康造成額外的損害。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，目的在于提供一種鍍膜玻璃片的制備方法以及光催化凈水裝置，該光催化凈水 裝置不僅能夠有效去除水中的多種有機或無機消毒副產(chǎn)物還能同時抑制水中細菌的滋生。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明的解決方案是:
[0006]一種鍍膜玻璃片的制備方法，其包括如下步驟:
[0007](I)、取2重量份無水乙醇，加入鈦酸丁酯，待充分溶解后加入冰醋酸作為抑制劑，得到第一溶液；
[0008](2)、取I重量份無水乙醇，用去離子水調(diào)節(jié)pH值至2.0±0.2，加入FeCl3攪拌均勻后得到第二溶液；
[0009](3)、將第二溶液逐滴滴入第一溶液中，劇烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；
[0010](4)、采用浸潰提拉法在玻璃片表面覆蓋一層二氧化鈦溶膠，把覆蓋有二氧化鈦溶膠的玻璃片置于真空下干燥，用馬弗爐對玻璃片上的二氧化鈦進行活化，得到鍍膜玻璃片。
[0011]上述無水乙醇與鈦酸丁酯的體積比為5:1，冰醋酸和鈦酸丁酯的摩爾比為0.5，F(xiàn)eCl3的摩爾分數(shù)為鈦酸丁酯的0.4%。
[0012]一種光催化凈水裝置，包括由隔紫外光的材料制成的殼體、設(shè)置在殼體內(nèi)的光催化室以及設(shè)置在殼體的內(nèi)表面和光催化室的外表面所形成空腔內(nèi)的若干個紫外光源，殼體的頂部設(shè)有進水口并且其底部設(shè)有出水口，光催化室包括由透光材料制成的外殼和多塊插接在外殼內(nèi)側(cè)面上預(yù)留的插孔內(nèi)的鍍膜玻璃片，鍍膜玻璃片由權(quán)利要求1的制備方法而制成。[0013]上述隔紫外光的材料為不銹鋼、碳鋼、玻璃鋼和隔光塑料中的一種。上述紫外光源為波長為254nm的紫外燈。進一步地，若干個紫外燈均勻排布在外殼的周圍，優(yōu)選地，紫外燈有四根。
[0014]上述透紫外光的材料為有機玻璃。上述進水口的底部設(shè)有濾網(wǎng)，優(yōu)選地，濾網(wǎng)的平均網(wǎng)孔孔徑為100~130目。上述光催化凈水裝置還包括用于對從光催化室的排水口排出的水進行超濾的超濾組件，超濾組件的一端與排水口相連并且其另一端與出水口相連。進一步地，超濾組件由并聯(lián)的兩排納濾膜組成，優(yōu)選地，納濾膜用于截留分子量為200~1000的污染物。
[0015]由于采用上述方案，本發(fā)明的有益效果是:
[0016]在本發(fā)明的光催化凈水裝置中，因為光催化室的透光外殼能夠使紫外光源所發(fā)出的紫外光透射到光催化室內(nèi)，從而對光催化室內(nèi)的水進行紫外殺菌，并且透射的紫外光同時也能使光催化室內(nèi)的鍍膜玻璃片上的二氧化鈦產(chǎn)生光生空穴和光生電子，光生空穴可使光催化室內(nèi)的水產(chǎn)生具有強氧化性的羥基自由基，該羥基自由基能夠把水中的污染物降解成無害物質(zhì)，所以光催化凈水裝置能夠同時利用紫外殺菌法和光催化氧化法對水進行雙重凈化，從而提高了水的凈化效果。
【專利附圖】

【附圖說明】[0017]圖1為本發(fā)明實施例中的光催化凈水裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1所示實施例的俯視圖。
[0019]附圖標(biāo)記:
[0020]殼體1、光源室2、濾網(wǎng)3、外殼4、納濾膜5、紫外燈6、光催化室7、鍍膜玻璃片8、進水口 9、出水口 10、排水口 11、排水管12、出水管13和超濾室14。
【具體實施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0022]實施例
[0023]本實施例提供了一種用于對水進行凈化的光催化凈水裝置，其不僅能夠有效去除水中的污染物(例如自來水在消毒過程中產(chǎn)生的多種副產(chǎn)物)還能同時殺滅水中的細菌。該光催化凈水裝置包括殼體1、光催化室7、光源室2和超濾室14。
[0024]其中，殼體I為空心的立方體結(jié)構(gòu)，由阻隔紫外光透過的隔光材料制成。該隔光材料可以為不銹鋼、碳鋼、玻璃鋼和隔光塑料中的任意一種。殼體I的頂部設(shè)有進水口 9并且其側(cè)壁的底部設(shè)有出水口 10。進水口 9的底部設(shè)有濾網(wǎng)3，濾網(wǎng)3用于對從進水口 9進入的待凈化水中的顆粒物進行過濾。濾網(wǎng)3的平均網(wǎng)孔孔徑為100~130目。
[0025]光催化室7設(shè)置在濾網(wǎng)3的下方，用于對被濾網(wǎng)3過濾后的水進行氧化除污。光催化室7包括外殼4和設(shè)置在外殼4內(nèi)的多塊鍍膜玻璃片8。外殼4由允許紫外光透射的透光材料制成，本實施例中為有機玻璃。外殼4的底部設(shè)置有排水口 11,排水口 11用于把經(jīng)過光催化室7處理后的水排出。外殼4的內(nèi)側(cè)面上預(yù)留了多個圖中未顯示的插孔，鍍膜玻璃片8 對應(yīng)插接在相應(yīng)的插孔內(nèi)。多塊鍍膜玻璃片8在外殼4的內(nèi)側(cè)面上排列成數(shù)排，相鄰兩排的鍍膜玻璃片8呈錯位排列，每排中相鄰兩塊鍍膜玻璃片8之間留有用于供過濾后的水通過的間隙。上述的鍍膜玻璃片8采用溶膠凝膠法自行制得，其制備方法如下:
[0026]第一步，取2重量份無水乙醇，加入鈦酸丁酯作為前驅(qū)體，待充分溶解后加入冰醋酸作為抑制劑，得到第一溶液；
[0027]第二步，取I重量份無水乙醇，用去離子水調(diào)節(jié)pH值至2.0±0.2，加入FeCl3攪拌均勻后得到第二溶液；
[0028]第三步，將第二溶液逐滴滴入第一溶液中，劇烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠；
[0029]第四步，采用浸潰提拉法在玻璃片表面覆蓋一層二氧化鈦溶膠，把覆蓋有二氧化鈦溶膠的玻璃片置于真空下干燥，然后用馬弗爐對干燥后的二氧化鈦進行活化，以除去二氧化鈦溶膠中的有機成分，得到本實施例所使用的鍍膜玻璃片。
[0030]其中，無水乙醇與鈦酸丁酯的體積比為5:1，冰醋酸和鈦酸丁酯的摩爾比為0.5，F(xiàn)eCl3的摩爾分數(shù)為鈦酸丁酯的0.4%。
[0031]光源室2是殼體I的內(nèi)表面和光催化室7的外表面所圍成的空腔,其內(nèi)設(shè)置有多個用于發(fā)射紫外光的紫外光源。本實施例中的紫外光源為波長為254nm的紫外燈6。紫外燈6共有四根，它們均勻排布在光催化室7的周圍，以確保光催化室7內(nèi)的光照均勻。因為光催化室7的外殼4由允許紫外光透射的透光材料制成，所以紫外燈6所發(fā)出的紫外光能夠透過光催化室7的外殼4而入射到光催化室7內(nèi)。透射的紫外光不僅對光催化室7內(nèi)的水具有殺菌抑菌作用，還使得鍍膜玻璃片8產(chǎn)生能夠氧化水中某些污染物的羥基自由基(-OH)和能夠還原水中另一些污染物的光生電子(eT)，從而同時對光催化室7內(nèi)的水進行殺菌和氧化型或者還原 型除污處理。紫外光使得鍍膜玻璃片8產(chǎn)生羥基自由基的原理如下:
[0032]二氧化鈦(TiO2)是η型半導(dǎo)體材料中的一種,禁帶(Forbidden Band)為3.2eV,在波長小于或等于387.5nm的光線(例如紫外光)的照射下,二氧化鈦價帶(Valence Band)中的電子會受激發(fā)而傳到導(dǎo)帶(Conduction Band)上,形成高活性帶負電的光生電子,與此同時價帶也會產(chǎn)生光生空穴(h+)。光生電子具有強還原性，光生空穴具有強氧化性，從而形成電子-空穴對氧化還原性體系。光生電子與光生空穴會在電場的作用下發(fā)生分離，從而遷移到二氧化鈦粒子表面的各個位置。一方面，粒子表面的光生空穴可以將附著在其表面的OH^和H2O分子氧化成羥基自由基。羥基自由基的標(biāo)準(zhǔn)電極電位為2.80eV,是水體中存在的氧化能力最強的氧化劑，能夠不加選擇地全部氧化水中因消毒而產(chǎn)生的有機污染物或部分氧化水中的因消毒而產(chǎn)生的無機污染物，使其最終降解成co2、h2o以及其它無害物質(zhì)，因此不會產(chǎn)生二次污染物；另一方面，二氧化鈦的表面產(chǎn)生的光生電子具有很強的還原能力，可以將水體中的某些污染物質(zhì)進行還原而去除。因此，采用紫外光源加上鍍膜玻璃片8對水進行凈化具有生物降解所無可比擬的高速度、無選擇性和降解完全等優(yōu)點，而且價格低廉、不產(chǎn)生新的有毒有害物質(zhì)和具有副作用的物質(zhì)，能夠有效地避免二次污染，能夠長期使用，具有廣闊的應(yīng)用前景。摻雜的FeCl3X能夠有效抑制光生電子和光生空穴的復(fù)合，提高了量子效率，得到更好的降解效果。因此，本實施例的光催化凈水裝置通過光催化氧化作用，將水中的消毒副產(chǎn)物等污染物徹底礦化，能夠去除常規(guī)水處理工藝所無法降解的有機物或具有潛在威脅的污染物質(zhì)，如三鹵甲烷(THMs)、鹵乙酸(HAAs)和可能的三氯乙醛氫氧化物(CH)0實踐證明，光催化凈水裝置對這些消毒副產(chǎn)物的去除效果達100%。
[0033]超濾室14設(shè)置在光催化室7的下方，內(nèi)置了用于對從排水口 11排出的水進行超濾的超濾組件。超濾組件由并聯(lián)的兩排納濾膜5組成，納濾膜5的一端通過排水管12與排水口 11相連并且另一端通過出水管13與出水口 10相連，用于截留水中分子量為200~1000的污染物。經(jīng)過光催化降解后的水再經(jīng)由納濾膜5反應(yīng)體系進行過濾，能夠有效保證凈化后的水的水質(zhì)安全。
[0034]本實施例中的光催化凈水裝置對待凈化的水進行凈化的步驟如下:
[0035]( I )、當(dāng)待凈化的水通過進水口 9流入時，濾網(wǎng)3將待凈化的水中的懸浮物或大型顆粒物截留下來，截留完畢后的水進入光催化室7 ；
[0036](2)、紫外燈6發(fā)出的紫外光對光催化室7中的細菌進行殺滅并激發(fā)鍍在鍍膜玻璃片8表面的二氧化鈦產(chǎn)生電子-空穴對氧化還原性體系,光生空穴能夠?qū)2O分子氧化成具有很強的氧化活性的羥基自由基，從而不加選擇地對水中的有機或無機污染物進行氧化，使其最終降解成CO2和H2O等無害物質(zhì)，同時，光生電子具有很強的還原能力，能夠?qū)⑺械哪承┪廴疚镔|(zhì)進行還原而去除；光催化氧化完畢的水進入超濾室14 ；
[0037](3)、超濾室14內(nèi)的納濾膜5截留水中分子量為200~1000的污染物，經(jīng)過納濾膜5凈化后的水最終從出水口 10排出，供使用者使用。圖1中的短箭頭表示水的流向。
[0038]本實施例中的光催化凈水裝置具有以下優(yōu)點:
[0039]首先，光催化凈水裝置先后采用紗網(wǎng)、光催化室和超濾室對待凈化的水進行逐級凈化，將過濾、光催化氧化和超濾步驟結(jié)合在一起，大大提高了出水質(zhì)量。
[0040]其次，紫外光和光催化生成的羥自由基不僅具有強烈的抑止細菌生長和殺菌消毒的能力，還可以徹底去除飲用水在消毒階段產(chǎn)生的多種消毒副產(chǎn)物，極大地提高了飲用水的安全性，具有出許多傳統(tǒng)水處理技術(shù)無法比擬的優(yōu)異特性。
[0041]另外，光催化凈水裝置的鍍膜玻璃片--插接在外殼的內(nèi)側(cè)面預(yù)留的插孔內(nèi)，便
于更換，具體更換周期視水質(zhì)而定，以保證較好的出水效果。
[0042]最后，光催化凈水裝置結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量小，制造成本低，可直接與自來水龍頭相連，也可以與飲水機相連，應(yīng)用范圍比較靈活。
[0043]總之，本實施例中的光催化凈水裝置采用自制的鍍膜玻璃片，不僅能夠完全除去水中的多種消毒副產(chǎn)物，還能利用紫外光的殺菌作用有效抑制細菌滋生，同時又以超濾作為保安過濾手段，有效地確保了水質(zhì)安全，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0044]上述的對實施例的描述是為便于該【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員能理解和使用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于上述實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種鍍膜玻璃片的制備方法，其特征在于:包括如下步驟: 取2重量份無水乙醇，加入鈦酸丁酯，待充分溶解后加入冰醋酸作為抑制劑，得到第一溶液； 取1重量份無水乙醇，用去離子水調(diào)節(jié)PH值至2.0±0.2，加入FeCl3攪拌均勻后得到第二溶液； 將所述第二溶液逐滴滴入所述第一溶液中，劇烈攪拌直至形成二氧化鈦溶膠； 采用浸潰提拉法在玻璃片表面覆蓋一層所述二氧化鈦溶膠，把覆蓋有所述二氧化鈦溶膠的玻璃片置于真空下干燥，用馬弗爐對所述玻璃片上的二氧化鈦進行活化，得到鍍膜玻璃片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鍍膜玻璃片的制備方法，其特征在于:所述無水乙醇與所述鈦酸丁酯的體積比為5:1，或， 所述冰醋酸和所述鈦酸丁酯的摩爾比為0.5，或， 所述FeCl3的摩爾分數(shù)為所述鈦酸丁酯的0.4%。
3.一種光催化 凈水裝置，其特征在于:包括由隔紫外光的材料制成的殼體、設(shè)置在所述殼體內(nèi)的光催化室以及設(shè)置在所述殼體的內(nèi)表面和所述光催化室的外表面所形成空腔內(nèi)的若干個紫外光源，所述殼體的頂部設(shè)有進水口并且其底部設(shè)有出水口，所述光催化室包括由透紫外光的材料制成的外殼和多塊插接在所述外殼內(nèi)側(cè)面上預(yù)留的插孔內(nèi)的鍍膜玻璃片，所述鍍膜玻璃片由權(quán)利要求1或2所述的制備方法而制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述隔紫外光的材料為不銹鋼、碳鋼、玻璃鋼和隔光塑料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述紫外光源為波長為254nm的紫外燈。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述若干個紫外燈均勻排布在所述外殼的周圍，優(yōu)選地，所述紫外燈有四根。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述透紫外光的材料為有機玻璃。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述進水口的底部設(shè)有濾網(wǎng)，優(yōu)選地，所述濾網(wǎng)的平均網(wǎng)孔孔徑為100~130目。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的光催化凈水裝置，其特征在于:還包括用于對從所述光催化室的排水口排出的水進行超濾的超濾組件，所述超濾組件的一端與所述排水口相連并且其另一端與所述出水口相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的光催化凈水裝置，其特征在于:所述超濾組件由并聯(lián)的兩排納濾膜組成，優(yōu)選地，所述納濾膜用于截留分子量為200~1000的污染物。
【文檔編號】C03C17/23GK103936294SQ201410110859
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年3月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月24日
【發(fā)明者】高乃云, 張艷森, 邵益生, 肖雨亮, 周石慶, 陳石 申請人:同濟大學(xué)