酸性洗浴水制取裝置的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種酸性洗浴水制取裝置，包括封閉容器、設置在封閉容器內(nèi)成對的陰電極和陽電極以及用于對所述陰電極和陽電極供電的電解電源，所述封閉容器具有與市供自來水管連接的進水口和出水口；所述為陰電極和陽電極之間設有非導電材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜將封閉容器分割成陰極室和陽極室，所述透水性隔膜具有均勻透水孔徑的微孔；所述陰電極外側(cè)設有完全包敷該陰電極的活性碳濾芯，所述活性碳濾芯與透水性隔膜緊貼；所述進水口設置在活性碳濾芯上，所述出水口設置在封閉容器的殼體上且與所述陽極室連通。
【專利說明】
酸性洗浴水制取裝置
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種酸性洗浴水制取裝置，屬于生活用水水質(zhì)深度處理技術領域。
【背景技術】
[0002]當前，水環(huán)境加劇惡化，但國內(nèi)外大多數(shù)自來水廠至今仍采用沉淀、過濾、加氯消毒的陳舊工藝方法，將江河水或地下水簡單加工。然而，面對工業(yè)污水、農(nóng)業(yè)污水和生活污水猖獗泛濫涌入生活水源，自來水廠已經(jīng)不堪重負無能為力。
[0003]隨著自來水受污染的狀況日趨嚴重，人類關于自身健康的問題也日益關注，淋浴用水的健康問題越來越引起人們的注意，研制和開發(fā)淋浴用水過濾器具有廣闊的市場前景。
[0004]在日常生活中，家庭供水中的微污染物質(zhì)一般通過三種渠道進入人體:飲用、呼吸和皮膚吸收。在淋浴過程中，我們吸收的污染物質(zhì)遠比飲用水中多得多。淋浴時，熱水打開了皮膚上的毛孔，水中殘留余氯和其他污染物質(zhì)就會趁虛而入。污染物質(zhì)通過皮膚被吸收，然后直接進入血液循環(huán)系統(tǒng)，就像飲用水通過消化系統(tǒng)迂回地進入血液循環(huán)，具有同樣的危害。另一值得注意的地方是洗澡時吸入了大量的蒸汽，致使人體很容易吸入氯和其他水生氣體。
[0005]事實上，人通過呼吸吸入的化學物質(zhì)要比從口腔進入的要多6?80倍。如水中的氡，加熱后會揮發(fā)出來，通過呼吸進入人體，長期積累會形成肺癌。水中含有的揮發(fā)性物質(zhì)大多是揮發(fā)性有機物(VOCs)，皮膚吸收和呼吸攝入是不容忽視的兩條危害身體健康的重要途徑。另一方面，洗發(fā)液、沐浴露均不同程度含有有害乃至致癌化學物質(zhì)，應盡量減少乃至避免使用。
[0006]目前市場所見淋浴過濾器產(chǎn)品，均為添加特種濾料(例如亞硫酸鈣、KDF、固體炭層、高能活化石濾材等等)以吸附去除余氯等水中污染物的純物理凈化方式，存在性能有限、濾料等易飽失效需經(jīng)常更換等不足。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]本實用新型要解決技術問題是:提供一種既能去除水中余氯和氡等污染物、又可產(chǎn)生健康酸性洗浴水的制取裝置。
[0008]為了解決上述技術問題，本實用新型提出的技術方案是:一種酸性洗浴水制取裝置，包括封閉容器、成對的陰電極和陽電極以及用于對所述陰電極和陽電極供電的電解電源，所述封閉容器具有進水口和出水口；所述為陰電極和陽電極之間設有非導電材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜將封閉容器分割成陰極室和陽極室;所述陰電極外側(cè)設有完全包敷該陰電極的活性碳濾芯，所述透水性隔膜緊貼在活性炭濾芯的外表面從而使所述活性炭濾芯與封閉容器隔開;所述進水口設置在活性碳濾芯上，所述出水口設置在封閉容器的殼體上且與所述陽極室連通。
[0009]本實用新型中封閉容器與透水隔離膜之間的空間構(gòu)成陽極室，陰極室則由內(nèi)埋陰電極的活性炭濾芯所填充。在使用時，市供自來水通過進水口進入本實用新型洗浴用水制取裝置，源水首先進入陰極室并透過透水隔膜進入陽極室，此時活性炭芯內(nèi)包覆有陰電極，水中余氯被活性炭所吸附，在電解電壓的作用下，源水中余氯移向陰電極，出水略偏酸性。本實用新型制取的酸性洗浴水均去除了自來水中的余氯及氡等污染物，而且在使用時不需要洗發(fā)液、沐浴露等化學洗滌劑，從而避免了要洗浴時家庭供水和化學洗滌劑中的微污染物質(zhì)進入人體。
[0010]本實用新型中活性炭濾芯(尤其是活性碳纖維制成的濾芯，又名ACF)具有吸附、導電和催化性能，是一種具有良好應用前景的電極材料。本實用新型裝置中，活性炭濾芯與陰電極一起，構(gòu)成三維復合電極，高比表面積的活性碳陰極表面與水中溶解氧作用發(fā)生兩電子還原反應生成H2O2，也加入到陽極室出水中。反應式為:
[0011]02+2H++2e^H202
[0012]因為電化學降解有機物的反應發(fā)生在電極表面，即通過直接電極表面的反應或者被電極表面生成的活性中間產(chǎn)物所氧化，因此電化學反應的反應區(qū)域集中在電極表面及其附近區(qū)域。而活性炭濾芯具有巨大的比表面積，氧分子可以更加有效地在陰電極表面還原，從而增加了生成H2O2的濃度。又由于活性炭濾芯在電解過程中可以吸附原水中的有機物，將其濃縮到陰電極表面，故而源水中有機物在進入活性炭濾芯填充的陰極室時也得到降解。
[0013]本實用新型中透水性隔膜的結(jié)構(gòu)在微觀上表現(xiàn)為無數(shù)透水微孔的過水通道區(qū)域，由于透水性隔膜是非導電性材料制成，因而在透水微孔的過水通道內(nèi)產(chǎn)生電壓降，即當電解電源的電解電壓施加于外電極(陽電極)和內(nèi)電極(陰電極)后，形成如下的電壓降落關系:透水性隔膜外陽電極(+) —陽電極與透水性隔膜之間水膜的電壓降U1—透水性隔膜自身阻抗產(chǎn)生的壓降U2—透水性隔膜與過水容器內(nèi)的陰電極之間水阻抗產(chǎn)生的電壓降U3。
[0014]這樣水電解時的析氫、析氧反應生成的氣體很容易進入透水微孔的過水通道內(nèi)并在過水通道內(nèi)的水中生成氣泡，在透水性隔膜的透水微孔的過水通道內(nèi)的狹小環(huán)境中氣泡很容易破碎從而產(chǎn)生局部高溫高壓，進而以極小電壓(即透水性隔膜與過水容器內(nèi)的陰電極之間水阻抗產(chǎn)生的電壓降U3)激發(fā)出高效的水體等離子放電，在透水性隔膜中及透水性隔膜周邊區(qū)域水中生成羥基自由基類暫態(tài)氧化因子的等離子體(等離子體是和固態(tài)、液態(tài)、氣態(tài)處于同一層次的物質(zhì)第四態(tài)，低溫等離子體富含電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子，電子與離子有很高的反應活性，可以使通常條件下難以進行或速度很難的化學反應變得十分迅速，通過水體放電生成等離子群，可以大大提高水體中污染物的降解效率)，該羥基自由基暫態(tài)氧化因子的氧化性極強，具有非常好的殺菌效果，同時在水中的存在時間又較短，可以直接還原為水從而在殺菌后不留任何毒副作用。
[0015]從微觀看，粗糙的活性炭顆粒等效于無數(shù)個高曲率半徑的放電電極，向與其緊貼的透水性隔膜中釋放出大量高能電子，加上電解反應生成的氫氣或氧氣泡體的參與，在膜中誘發(fā)等離子放電，生成具有良好殺菌作用的暫態(tài)離子群，加入裝置出水中。最終，本實用新型裝置的出水為消除了余氯、氡及有機物等污染物、具有良好殺菌效果的偏酸性洗浴水。
[0016]為了進一步提高膜中等離子放電特性，可以使所述透水性隔膜都采用親水性的隔膜。親水性膜表面能與水形成氫鍵有序結(jié)構(gòu)，可以改善膜孔充水浸潤狀態(tài)，有利于膜中等離子放電過程持續(xù)進行。
[0017]優(yōu)選的，所述透水性隔膜的透水微孔的孔徑大小和形狀基本相同。
[0018]本實用新型中，如果透水性隔膜的透水微孔的孔徑過大(即微孔空間過大)則等效于變相增大了電極直徑(電極曲率半徑)致使水中放電起始激發(fā)電壓增高，并且使產(chǎn)生氣泡體積變大減小了氣液兩相接觸反應的比表面積。而透水性隔膜的透水微孔的孔徑過小(即過水通道過小)，會使電解產(chǎn)氣無法發(fā)生或是產(chǎn)氣效率極其低下，小到一定程度會使電解產(chǎn)氣無法進入微孔的透水孔徑，從而使等離子放電無法正常進行。因此，經(jīng)過實用新型人的反復試驗，確定所述透水性隔膜的透水微孔的孔徑范圍是2毫米?I納米，所述透水性隔膜的透水微孔的孔徑尺寸相互之間彼此相差小于20%。
[0019]膜微孔的形狀均勻性以及孔徑大小的均勻性，對膜中等離子放電影響甚大。為了更好更多的生成羥基自由基等離子群，優(yōu)選的，在使用時，所述透水性隔膜的每個透水微孔中均形成等離子放電。這樣在使用放電時，陰陽電極間的電場方向可以透過每個透水微孔的等離子群，將等離子放電引導到透水性隔膜的所有過水通道內(nèi)進行，從而以極小電壓即可激發(fā)出水體等離子放電，在水中生成大量極具殺菌能力的暫態(tài)氧化因子，可以大大提高水體中污染物的降解效率，更好的進行殺菌消毒等。
[0020]為了更好的獲得孔徑均勻的微孔，并進一步改善隔膜的親水性，從而產(chǎn)生更多的等離子群(更多的等離子群意味著在水中生成更多極具殺菌能力的暫態(tài)氧化因子)，本實用新型中所述透水性隔膜優(yōu)選采用以下改性方法制得的隔膜:
[0021 ] I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40°C-60°C的紫外箱內(nèi)輻照10-30分鐘；
[0022]2)由以下質(zhì)量比的原料組成膜液:
[0023]PVDF:20%-30%
[0024]致孔劑:2-5%
[0025]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%_4%
[0026]表面活性劑:3%_5%
[0027]溶劑:70%-80%;
[0028]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0029]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0030]5)所述隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0031]6)將所述隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內(nèi)處理I小時。
[0032]上述技術方案的進一步改進是:所述封閉容器包括管狀的金屬筒體以及設置在所述金屬筒體兩端的絕緣密封端蓋，所述金屬筒體兼作陽電極，所述活性碳濾芯呈柱形，所述透水性隔膜滿覆布設在活性炭濾芯外表面，所述陰電極、活性碳濾芯和金屬筒體同心設置。這樣，可使本實用新型裝置的結(jié)構(gòu)更緊湊，且陰、陽電極的面積相比同體積其他結(jié)構(gòu)更大，從而可以提高電解效率。
[0033]另外，由于透水性隔膜得到成對電極的夾持保護，試驗證明，該透水性隔膜在使用過程中不會因破損或阻塞等提前失效報廢，始終保持穩(wěn)定可靠工作狀態(tài)。
[0034]優(yōu)選的，所述電解電源是高電平窄脈寬的直流脈沖電源或正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源。
[0035]優(yōu)選的，所述第一電極為鈦材涂覆鉑族氧化物制成的電極。
[0036]優(yōu)選的，所述金屬筒體為不銹鋼或鈦材涂覆鉑族氧化物制成的筒體。
【附圖說明】
[0037]下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步說明。
[0038]圖1是本實用新型實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039]圖2是本實用新型實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0040]實施例一
[0041]本實施例的酸性洗浴水制取裝置如圖1所示，包括封閉容器1、設置在封閉容器I內(nèi)成對的陰電極2和陽電極3以及用于對陰電極3和陽電極2供電的電解電源(圖中未示出)，封閉容器I具有與市供自來水管連接的進水口 1-1和出水口 1-2;陰電極3和陽電極2之間設有非導電材料制成的透水性隔膜5從而使陰電極3和陽電極2完全隔開，即透水性隔膜5將封閉容器I分割成陰極室和陽極室；陰電極3外側(cè)設有完全包敷該陰電極3的活性碳濾芯4，活性碳濾芯4與透水性隔膜5緊貼;進水口 1-1設置在活性碳濾芯4上，出水口 1-2設置在封閉容器I的殼體上且出水口 1-2與陽極室連通。
[0042]本實施例中成對的陰電極和陽電極可以是一對，也可以是多對，電極對數(shù)量的增加是為了提高電解效率。
[0043]為了提高膜中的離子放電反應，透水性隔膜5優(yōu)選透水微孔的孔徑大小和形狀基本相同的隔膜。進一步的，優(yōu)選孔徑尺寸范圍是2毫米?I納米，且最大透水孔徑比最小透水孔徑的值相差在20%以內(nèi)(即不大于20%)的隔膜。
[0044]為了得到微孔的孔徑均勻的透水性隔膜5，可以采用公知的物理或化學工藝技術對現(xiàn)有的超濾膜、微濾膜或納濾膜進行改性，諸如膜孔規(guī)整化整形、二氧化鈦光催化、極窄高壓脈沖對膜預處理，等等。當然，通過改性還可以改善隔膜的親水性等。
[0045]本實施例中透水性隔膜5優(yōu)選采用以下改性方法制得的隔膜:
[0046]I)將納米二氧化鈦溶液在溫度為40 0C -60 0C的紫外箱內(nèi)輻照10-30分鐘；
[0047]2)由以下質(zhì)量比的原料組成膜液:
[0048]PVDF:20%-30%
[0049]致孔劑:2-5%
[0050]步驟I)輻照后的納米二氧化鈦:2%-4%
[0051 ] 表面活性劑:3%_5%
[0052]溶劑:70%-80%;
[0053]3)將配置好的膜液通過超聲波振蕩20-40分鐘；
[0054]4)用刮膜機刮成液膜，將液膜在空氣中靜置10-30秒，然后浸入凝固液中凝固成隔膜；
[0055]5)所述隔膜在濃度為10%酒精水溶液中浸泡10-40分鐘，然后放入去離子水中漂洗；
[0056]6)將所述隔膜置于施加有1kv直流脈沖高壓的純水箱內(nèi)處理I小時。
[0057]本實施例還可以作以下改進:1)電解電源優(yōu)選高電平窄脈寬的直流脈沖電源或正向電壓電平大于反向電壓電平的交變脈沖電源。
[0058]2)陰電極3為鈦材涂覆鉑族氧化物制成的電極。
[0059 ] 3 )透水性隔膜5是親水性的透水性隔膜。
[0060] 4)為了更好更多的生成羥基自由基等離子群，在使用時，透水性隔膜5的每個透水微孔中均形成等離子放電。
[0061 ] 實施例二
[0062]本實施例是在實施例一基礎上的改進，與實施例一的不同之處在于:如圖2所示，封閉容器I包括管狀的金屬筒體以及設置在金屬筒體兩端的絕緣密封端蓋，金屬筒體兼作陽電極2，活性碳濾芯4呈柱形并位于金屬筒體內(nèi)，透水性隔膜5滿覆布設在活性炭濾芯4外表面，陰電極3、活性碳濾芯4和金屬筒體同心設置。本實施例中金屬筒體優(yōu)選不銹鋼或鈦材涂覆鉑族氧化物制成的筒體。
[0063]本實用新型不局限于上述實施例所述的具體技術方案，除上述實施例外，本實用新型還可以有其他實施方式，凡采用等同替換形成的技術方案，均為本實用新型要求的保護范圍。
【主權項】
1.一種酸性洗浴水制取裝置，包括封閉容器、成對的陰電極和陽電極以及用于對所述陰電極和陽電極供電的電解電源，所述封閉容器具有進水口和出水口；其特征在于:所述陰電極和陽電極之間設有非導電材料制成的透水性隔膜，所述透水性隔膜將封閉容器分割成陰極室和陽極室;所述陰電極外側(cè)設有完全包敷該陰電極的活性碳濾芯，所述透水性隔膜緊貼在活性炭濾芯的外表面從而使所述活性炭濾芯與封閉容器隔開;所述進水口設置在活性碳濾芯上，所述出水口設置在封閉容器的殼體上且與所述陽極室連通。2.根據(jù)權利要求1所述的酸性洗浴水制取裝置，其特征在于:所述封閉容器包括管狀的金屬筒體以及設置在所述金屬筒體兩端的絕緣密封端蓋，所述金屬筒體兼作陽電極，所述活性碳濾芯呈柱形并位于所述金屬筒體內(nèi)，所述透水性隔膜滿覆布設在活性炭濾芯外表面，所述陰電極、活性碳濾芯和金屬筒體同心設置。3.根據(jù)權利要求1所述的酸性洗浴水制取裝置，其特征在于:所述透水性隔膜的透水微孔的孔徑大小和形狀基本相同。4.根據(jù)權利要求1所述的酸性洗浴水制取裝置，其特征在于:所述透水性隔膜是親水性的透水性隔膜。5.根據(jù)權利要求1-4之任一所述的酸性洗浴水制取裝置，其特征在于:所述陰電極為鈦材涂覆鉑族氧化物制成的電極。6.根據(jù)權利要求2所述的酸性洗浴水制取裝置，其特征在于:所述金屬筒體為不銹鋼或鈦材涂覆鉑族氧化物制成的筒體。
【文檔編號】C02F1/46GK205527893SQ201620295663
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】肖志邦, 李燁, 滕茂友
【申請人】大連雙迪創(chuàng)新科技研究院有限公司