物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置
阅读：769发布：2020-05-13
专利汇可以提供物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 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。具体地，公开了一种 物理吸附 -光电催化-膜过滤联用的净水方法和使用这种净水方法的净水装置。所述装置包括：杯盖、杯体、加压泄压装置、前置过滤机构、悬浮式光电催化净水机构、后置过滤机构。所述方法将悬浮式 半导体 光电催化方法结合前置物理吸附与后置膜过滤结合，使三者协同作用，对水中大体积杂物、重 金属离子 以及对细菌、病毒分级 净化 。所述装置取水方便、可反复取水、方法简单、出水安全、结构最优化、可批量生产，可广泛运用于行军、野外勘探、探险旅行、震后重建等场合。，下面是物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置专利的具体信息内容。
1.一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水装置，其特征在于，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。
2.如权利要求1所述装置，其特征在于，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。
3.如权利要求2所述装置，其特征在于，
所述的悬浮式半导体光催化颗粒悬浮置于阴极板、阳极板之间，
所述颗粒选自下组：植物模板多级孔TiO2、石墨烯负载半导体催化材料、P25TiO2、普通锐钛矿TiO2、掺氮TiO2、掺硼TiO2、掺银TiO2、TiO2&C复合材料、TiO2&SiO2复合材料、或其组合；
所述颗粒粒径为20nm至1mm。
4.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述的阳极板、阴极板为圆筒型，其中，阴极板靠近并环绕杯体内壁、阳极板靠近并环绕于后置过滤机构；
或者，所述的阳极板、阴极板为长方形，2-6组阴阳极板，均匀排布于下部杯体与后置过滤机构之间的空间内。
5.如权利要求2所述装置，其特征在于，
所述阳极板为石墨、不锈钢、钛板、钛形稳电极、铁、或金刚石薄膜电极；
所述阴极板为石墨、铜、或铁电极。
6.如权利要求2所述装置，其特征在于，所述的紫外LED设置于杯体内壁，下层筛网周围。
7.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述的后置过滤机构为卷式过滤膜，所述滤膜孔径小于所选用的悬浮式半导体光催化颗粒粒径。
8.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述装置还包括加压泄压装置，
其中，所述的加压装置为活塞加压或气囊加压，设置于上部杯盖处；
所述的泄压装置：气囊加压时为气囊上的放气螺阀；或，活塞加压时为下部杯体侧部的放气螺阀。
9.如权利要求1所述装置，其特征在于，所述的前置过滤机构包括：上层筛网、下层筛网和过滤材料，
其中，下层筛网固定在杯体内壁，上层筛网放置于杯体内壁可上下自由移动，过滤材料位于上层筛网和下层筛网之间；
所述的过滤材料选自下组：活性炭颗粒、活性炭纤维、石墨烯、木屑、多碘树脂、秸杆或果皮。
10.一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将待净化处理的水，用前置过滤机构进行过滤，从而得到经过滤的水；
其中，所述前置过滤机构包括：上层筛网、下层筛网和过滤材料，所述过滤材料位于上层筛网和下层筛网之间；
(2)将步骤(1)得到的经过滤的水，用悬浮式光电催化体系进行净化，从而得到经光电催化处理的水，
其中，所述悬浮式光电催化体系包括：阳极板、阴极板、悬浮式半导体光催化颗粒、和紫外LED；
(3)将步骤(2)得到的经光电催化处理的水，通过膜过滤去除杂质和悬浮的半导体光催化颗粒，从而得到净化的水。
物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法和装置
技术领域
背景技术
[0002] 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。
[0003] 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。
[0004] 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。
[0005] 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。
[0006] 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。
[0007] 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
[0008] 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。
[0009] 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。
[0010] 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，[0011] 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。
[0013] 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。
[0014] 在另一优选例中，所述电池采用3-5V。
[0015] 在另一优选例中，所述的悬浮式半导体光催化颗粒悬浮置于阴极板、阳极板之间，[0016] 所述颗粒选自下组：植物模板多级孔TiO2、石墨烯负载半导体催化材料、P25TiO2、普通锐钛矿TiO2、掺氮TiO2、掺硼TiO2、掺银TiO2、TiO2&C复合材料、TiO2&SiO2复合材料、或其组合；
[0017] 所述颗粒粒径为20nm至1mm。
[0018] 在另一优选例中，所述悬浮式半导体光催化颗粒粒径为20nm至100μm，较佳地为20nm至50μm。
[0019] 在另一优选例中，所述悬浮式半导体光催化颗粒选自下组：植物模板多级孔TiO2(其粒径为100nm-1mm)、石墨烯负载半导体催化材料(其粒径为200nm～2μm)、P25TiO2(其粒径为20nm-40nm)、普通锐钛矿TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺氮TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺硼TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺银TiO2(其粒径为20nm-100nm)、TiO2&C复合材料(其粒径为500nm～3μm)、TiO2&SiO2复合材料(其粒径为5μm-1mm)或其组合。
[0020] 在另一优选例中，所述植物模板多级孔TiO2的粒径为100nm-100μm，较佳地为100nm-10μm；
[0021] 在另一优选例中，所述TiO2&SiO2复合材料的粒径为5μm-100μm，较佳地为5μm-50μm。
[0022] 在另一优选例中，所述的阳极板、阴极板为圆筒型，其中，阴极板靠近并环绕杯体内壁、阳极板靠近并环绕于后置过滤机构；
[0023] 或者，所述的阳极板、阴极板为长方形，2-6组阴阳极板，均匀排布于下部杯体与后置过滤机构之间的空间内。
[0024] 在另一优选例中，当阳极板、阴极板为圆筒型时，阳极板为多孔阳极，保证水流畅通。
[0026] 所述阴极板为石墨、铜、或铁电极。
[0027] 在另一优选例中，所述的紫外LED设置于杯体内壁，下层筛网周围。
[0028] 在另一优选例中，所述的紫外LED为2-6个，所用的波长为350-410nm。
[0029] 在另一优选例中，所述的后置过滤机构为卷式过滤膜，所述滤膜孔径小于所选用的悬浮式半导体光催化颗粒粒径。
[0030] 在另一优选例中，所述滤膜对悬浮式半导体光催化颗粒的截留率大于99％。
[0031] 在另一优选例中，所述过滤膜孔径大小为10nm-20nm。
[0032] 在另一优选例中，所述卷式滤膜的滤芯与杯底可拆卸连接。
[0033] 在另一优选例中，所述滤芯为中空柱形结构，滤芯内部为刚性网制成的筒状支撑结构，若干层纳米过滤膜绕置于支撑筒外部。
[0034] 在另一优选例中，所述装置还包括加压泄压装置，
[0035] 其中，所述的加压装置为活塞加压或气囊加压，设置于上部杯盖处；
[0036] 所述的泄压装置：气囊加压时为气囊上的放气螺阀；或，活塞加压时为下部杯体侧部的放气螺阀。
[0037] 在另一优选例中，所述的前置过滤机构包括：上层筛网、下层筛网和过滤材料，[0038] 其中，下层筛网固定在杯体内壁，上层筛网放置于杯体内壁可上下自由移动，过滤材料位于上层筛网和下层筛网之间；
[0040] 本发明第二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，包括步骤：
[0041] (1)将待净化处理的水，用前置过滤机构进行过滤，从而得到经过滤的水；
[0042] 其中，所述前置过滤机构包括：上层筛网、下层筛网和过滤材料，所述过滤材料位于上层筛网和下层筛网之间；
[0043] (2)将步骤(1)得到的经过滤的水，用悬浮式光电催化体系进行净化，从而得到经光电催化处理的水，
[0044] 其中，所述悬浮式光电催化体系包括：阳极板、阴极板、悬浮式半导体光催化颗粒、和紫外LED；
[0045] 在另一优选例中，所述光电催化体系中，所述悬浮式半导体光催化颗粒悬浮置于阴极板、阳极板之间。
[0046] 在另一优选例中，所述光电催化体系用于催化降解步骤(1)得到的经过滤的水中的细菌、病毒和其他有机质。
[0047] (3)将步骤(2)得到的经光电催化处理的水，通过膜过滤去除杂质和悬浮的半导体光催化颗粒，从而得到净化的水。
[0049] 在另一优选例中，所述的净化的水是符合国家标准的可饮用水。
[0051] 图1是本发明气囊加压-筒式电极的净水装置的剖面图。
[0052] 图2是本发明气囊加压-筒式电极的净水装置的下部截面图。
[0053] 图1、图2中：A加压泄压装置，B前置过滤机构、C悬浮式光电催化净水机构、D后置过滤机构；1杯盖、2杯体、3入水口、4气囊、5放气螺阀、6上筛网、7下筛网、8过滤材料、9阳极、10阴极、11悬浮式光催化半导体颗粒、12紫外LED、13电池和导线、14卷式滤膜、15出水口。
[0054] 图3是本发明活塞加压-板式电极的净水装置的剖面图。
[0055] 图4是本发明活塞加压-板式电极的净水装置的下部截面图。
[0056] 图3、图4中：A加压泄压装置，B前置过滤机构、C悬浮式光电催化净水机构、D后置过滤机构；1杯盖、2杯体、3入水口、4活塞、5放气螺阀、6上筛网、7下筛网、8过滤材料、9阳极、10阴极、11悬浮式光催化半导体颗粒、12紫外LED、13电池和导线、14卷式滤膜、15出水口。
[0057] 图5是本发明实施例中的浊度过滤效果图。
[0058] 图6是本发明对比例中罗丹明B在光电催化和仅使用光催化或仅使用电催化降解效果图。
[0059] 图7是本发明实施例中铜离子净化效果图。
具体实施方式
[0060] 本发明人通过长期而深入的研究，意外地发现了一种物理吸附-光电催化-膜过滤联用的净水方法：
[0061] (1)所述物理吸附预处理降低了光电催化和膜过滤的负荷、提高了效率、节省了能源、延长了后置过滤机构中过滤膜的使用寿命。
[0062] (2)所述光电催化体系中，发明人将半导体光催化颗粒悬浮于电极板之间，充分利用纳米粉颗粒大的比表面积，增加了颗粒与水中污染物的接触面积，最大程度地保留了催化剂的活性，提高了光催化的效率；在催化前阶段污染物浓度高时电催化起主要作用，在催化后阶段污染物浓度已较低时光催化起主要作用，两者协同作用深化催化降解，降解了细菌、病毒、腐殖质、有机色素等。
[0063] (3)所述的膜过滤用于分离悬浮式半导体催化颗粒，克服了其在实际应用中出现了易于流失，难以回收的问题，并且使得半导体催化颗粒不流入最终出水中，保证出水质量；并将经光电催化降解的水进一步深化处理，拦截式去除了水中残留的细菌、病毒以及水中含有的颗粒性杂物。
[0064] 并设计了一种便携净水装置，所述装置包括：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，优选地还可以包括加压泄压装置。所述装置以最优化的结构实现了滤材物理吸附、悬浮式光电催化和膜过滤方法的协同组合，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。
[0065] 在此基础上，发明人完成了本发明。
[0066] 净水装置
[0067] 下面对本发明的净水装置和净水方法作详细说明，在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述。
[0068] 气囊加压-筒式电极的净水装置
[0069] 所述装置，如图1和图2所示，包括：杯盖1、杯体2、加压泄压装置A、前置过滤机构B、悬浮式光电催化净水机构C、后置过滤机构D。其中：杯盖1处即杯口处为入水口3；杯体2与杯盖1可活动连接(如相扣的方式连接)；加压泄压装置A设置于杯盖1上；前置过滤机构B设置于杯体的中部，悬浮式光电催化净水机构C为位于下部杯体，后置过滤机构D位于杯体下中部，同轴设置且正对杯壳底端的出水口15。
[0070] 所述的杯盖1、杯体2为绝缘体，优选地为硬质塑料。
[0071] 所述的加压泄压装置A可为一气囊4以及气管上的放气螺阀5。
[0072] 所述的前置过滤机构包括：上层筛网6、下层筛网7和过滤材料8，其中，下层筛网7固定在杯体内壁，上层筛网6放置于杯体内壁可上下自由移动，过滤材料8位于上层筛网
6和下层筛网7之间；所述的过滤材料选自下组：活性炭颗粒、活性炭纤维、石墨烯、木屑、多碘树脂、秸杆、果皮等吸附材料，可将滤材装入棉包里组成滤材包。
6和下层筛网7之间；所述的过滤材料选自下组：活性炭颗粒、活性炭纤维、石墨烯、木屑、多碘树脂、秸杆、果皮等吸附材料，可将滤材装入棉包里组成滤材包。
[0073] 所述的悬浮式光电催化净水机构C包括阳极板9、阴极板10、悬浮式半导体光催化颗粒11、紫外LED12、导线和电池13。
[0075] 所述的阴极板10靠近杯壁，为圆筒型，为石墨、铜、或铁电极材料。所述的半导体光催化颗粒11悬浮置于下部杯体阴阳极板间，可为植物模板多级孔TiO2、石墨烯负载半导体催化材料、P25TiO2、普通锐钛矿TiO2、掺氮TiO2、掺硼TiO2、掺银TiO2、TiO2&C复合材料、TiO2&SiO2复合材料等，其粒径通常在20nm-1mm之间。
[0076] 优选地，所述半导体光催化颗粒选自下组：所述半导体光催化颗粒选自下组：植物模板多级孔TiO2(其粒径为100nm-1mm)、石墨烯负载半导体催化材料(其粒径为200nm～2μm)、P25TiO2(其粒径为20nm-40nm)、普通锐钛矿TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺氮TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺硼TiO2(其粒径为20nm-100nm)、掺银TiO2(其粒径为
20nm-100nm)、TiO2&C复合材料(其粒径为500nm～3μm)、TiO2&SiO2复合材料(其粒径为
5μm-1mm)或其组合。
20nm-100nm)、TiO2&C复合材料(其粒径为500nm～3μm)、TiO2&SiO2复合材料(其粒径为
5μm-1mm)或其组合。
[0077] 所述的紫外LED12设置于内部杯壁下层筛网周围，所述的紫外LED可以为2-6个(优选4个)，所用的波长可为350-410nm。
[0078] 所述的电池13采用3-5V，电解质采用NaCl或Na2SO4。
[0079] 所述的后置过滤机构D为卷式过滤膜，所述滤膜孔径小于所选用的悬浮式半导体光催化颗粒粒径，所述滤膜对悬浮式半导体光催化颗粒的截留率大于99％。
[0080] 优选地，所述滤膜孔径为10-20nm。
[0082] 活塞加压-板式电极的净水装置
[0083] 所述装置如图3和图4所示，与图1和图2所示的装置区别在于：
[0084] 所述的加压装置A设置于杯盖1内部，可为活塞4加压。
[0085] 所述的泄压装置A设置与杯体2上，可为下部杯体侧部的放气螺阀5。
[0086] 所述的阳极板、阴极板也可以为长方形，2-6组(优选4组)，组与组均匀排布于杯体下部。
[0087] 净水方法
[0088] 本发明所述净水方法包括步骤：
[0089] (1)将待净化处理的水用前置过滤机构进行过滤，从而得到经过滤的水；
[0090] 其中，所述前置过滤机构包括：上层筛网、下层筛网和过滤材料，所述过滤材料位于上层筛网和下层筛网之间；
[0091] 优选地，所述的过滤材料选自下组：颗粒活性炭、活性炭纤维、石墨烯、木屑、多碘树脂、秸杆或果皮，可将滤材装入棉包里组成滤材包。
[0092] (2)将步骤(1)得到经过滤的水用悬浮式光电催化体系进行净化，从而得到经光电催化处理的水；
[0093] 其中，所述悬浮式光电催化体系包括：阳极板、阴极板、悬浮式半导体光催化颗粒、和紫外LED。
[0094] 优选地，所述光电催化体系中，其光电催化材料悬浮置于阴极板、阳极板之间。所述光电催化体系主要用于催化降解步骤(1)得到的水中的细菌、病毒和其他有机质。
[0095] (3)将步骤(2)得到经光电催化处理的水通过膜过滤去除杂质和悬浮的半导体光催化颗粒，从而得到净化的水。
[0096] 优选地，所述的净化的水是符合国家饮用水标准的水。
[0097] 优选地，所述膜可以是卷式过滤膜，所述滤膜孔径小于所选用的悬浮式半导体光催化颗粒粒径，对悬浮式半导体光催化颗粒的截留率大于99％。
[0098] 结合本发明的净水装置进一步阐述所述净水方法：
[0099] 第一步，净水使用时，打开杯盖1；根据需要调节上层筛网6控制过滤材料8的松紧程度；装入原水，关闭杯盖1。
[0100] 净水杯的前置过滤机构B位于杯体2的中部，这种结构预留出杯口的原水盛水空间。
[0101] 所述的调节上层筛网控制过滤材料的紧密程度的实现方式是：上层筛网可沿着杯体内壁上下自由移动，实现了控制过滤材料被上层筛网压的紧密程度，过滤材料被压得越紧、孔径层次越多越细，原水越难通过，此时加压强制水流经过滤材料起到良好的过滤效果。
[0102] 第二步，利用加压装置A(如气囊加压或活塞加压)使原水通过前置过滤机构B得一级滤出水进入悬浮式光电催化净水机构C。
[0103] 在前置过滤机构中，首先利用上层筛网去除大体积杂物；其次利用中间自然形成的隔层填充过滤材料包进一步吸附性预处理，过滤材料由活性炭颗粒、活性炭纤维、石墨烯、木屑、多碘树脂、秸杆、果皮等农业及生活中的废弃物制备而成的新型多孔吸附材料等滤材组成，可将滤材装入棉包里组成滤材包；然后滤出水通过下层滤网7，一次滤出水过入杯体下部的悬浮式光电催化净水机构C。
[0105] 利用光催化氧化和电催化氧化的协同作用将一次滤出水中的细菌、病毒和其它有机质进一步催化分解，在催化前阶段污染物浓度高时电催化起主要作用，在催化后阶段污染物浓度已较低时光催化起主要作用，两者协同作用深化催化降解；在电催化反应中还能在阴极还原重金属离子。
[0106] 第四步，利用加压装置A(如气囊加压或活塞加压)使二级滤出水通过后置膜过滤机构D，三级滤出水从出水口15中流入接水容器中。
[0107] 利用卷式滤膜14进一步截流性分离半导体催化颗粒、去除残余细菌、病毒和二级出水中含有的颗粒性杂物，达到深化过滤效果。
[0108] 所述的流入接水容器的实现方式是：杯体底部外壁有凸出的结构，可以搁置在接水容器口处。
[0109] 第五步，使用加压装置A(如气囊加压或活塞加压)感觉杯体内气压过大时，适时通过泄压机构A的放气螺阀5进行放气缓解过大的杯体内的气压。
[0110] 第六步，净水使用一段时间以后，更换过滤材料、回收、再生。
[0111] 本发明的主要优点有：
[0112] (1)本发明提供了一种结合协同悬浮式半导体光电催化、前置物理吸附与后置膜过滤的净水方法。
[0113] (1.1)前置物理吸附降低了光电催化和膜过滤的负荷、提高了效率、节省了能源。
[0114] (1.2)悬浮式光电催化增加了颗粒与水的接触，提高了光催化的效率，克服了膜电极与污染物接触面积小的缺陷。在催化前阶段污染物浓度高时电催化起主要作用，在催化后阶段污染物浓度已较低时光催化起主要作用，两者协同作用降解细菌、病毒、腐殖质、有机色素等。
[0115] (1.3)后置膜过滤分离半导体催化颗粒，并将经光电催化降解的水进一步拦截式去除水中残留的细菌、病毒以及水中含有的颗粒性杂物，保证出水水质。
[0116] (2)本发明提供了一种使用上述方法的小型杯式净水装置，所述装置操作简易、携带方便、环境友好、净化时间短，效果好，可广泛运用于行军、野外勘探、探险旅行、震后重建等场合。
[0117] 下面结合具体实施，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数按重量计算。
[0118] 实施例1
[0119] 气囊加压-筒式电极的净水装置对四种污水的净化处理：
[0121] 准备四份装置，分别对以下四种污水进行处理：
[0122] (1.1)1740NTU、1160NTU、870NTU、696NTU、580NTU、497NTU的浊度的泥水；
[0123] (1.2)4mg/L、8mg/L、12mg/L、16mg/L、20mg/L浓度的罗丹明B染料溶液；
[0124] (1.3)50mg/L、40mg/L、30mg/L、20mg/L、10mg/L硫酸铜溶液；
[0125] (1.4)含一定大肠杆菌的河水；
[0126] 关闭杯盖1。
[0127] 第二步，气囊加压，使原水流经前置过滤机构B(上筛网6、过滤材料8、下筛网7)得一级滤出水，并进入光电催化净水机构C。
[0128] (2.1)测试一级滤出水浊度的变化，结果如图5和表1所示。
[0129] 表1
[0130]泥水序号 原始浊(NTU) 经滤层浊度(NTU) 经滤膜后浊度(NTU)
1 1740 234 0.57
2 1160 186 0.63
3 870 96.7 0.61
4 696 93.8 0.47
5 580 80.1 0.69
6 497 77.3 0.54
1 1740 234 0.57
2 1160 186 0.63
3 870 96.7 0.61
4 696 93.8 0.47
5 580 80.1 0.69
6 497 77.3 0.54
[0131] (2.2)测试一级出水中罗丹明染料浓度的变化，结果如表2所示。
[0132] 表2
[0133]滤前吸光度 经滤层后吸光度 经滤层后对应浓度(mg/L)
2.5 0.43 3.44
2 0.39 3.12
1.5 0.36 2.88
1 0.38 3.04
0.5 0.33 2.64
0 0 0
2.5 0.43 3.44
2 0.39 3.12
1.5 0.36 2.88
1 0.38 3.04
0.5 0.33 2.64
0 0 0
[0134] 第三步，打开电源开关，给电极板加3-5V的电压，同时打开紫外灯12，反应5-10分钟。
[0135] (3.1)测试一级滤出水中罗丹明染料浓度在该条件下得到二级滤出水的降解率。
[0136] 第四步，利用气囊加压使二级滤出水通过后置膜过滤机构D，所述过滤膜的孔径为10nm，三级滤出水自出水口15中流入接水容器中。
[0137] (4.1)测试经滤材吸附、光电催化、膜过滤之后三级出水中浊度的变化，结果如图5和表1所示。
[0138] (4.2)测试经滤材吸附、光电催化、膜过滤之后三级出水中铜离子的去除率，结果如图7所示。
[0139] (4.3)测试经滤材吸附、光电催化、膜过滤之后三级出水中大肠杆菌的去除率，结2
果：在3V电压、10m A/cm 电流密度时，反应十分钟大肠杆菌的去除率可达90％。经光电催化反应的二级出水再经卷式滤膜后检测不到大肠杆菌，滤膜将细菌完全截留。
果：在3V电压、10m A/cm 电流密度时，反应十分钟大肠杆菌的去除率可达90％。经光电催化反应的二级出水再经卷式滤膜后检测不到大肠杆菌，滤膜将细菌完全截留。
[0140] 第五步，使用气囊感觉杯体内气压过大时，适时通过放气螺阀5进行放气缓解过大内压。
[0141] 第六步，净水使用一段时间以后，更换过滤材料、回收、再生。
[0142] 对比例2
[0143] 测试一定浓度罗丹明染料在光电催化和仅有电解催化降解和仅有光催化降解条件下的降解率，测试条件同实施例中第三步，不同的是该测试的反应时间为200min，在光电催化条件下，其测试结果如表3所示，三种降解条件的测试结果对比如图6所示。
[0144] 表3
[0145]反应时间(min) 吸光度 去除率 起始对应浓度(mg/L)
0 2.5 0 20
10 2.199075 0.12037 17.5926
20 2.060175 0.17593 16.4814
30 1.7361 0.30556 13.8888
40 1.504625 0.39815 12.037
50 1.3426 0.46296 10.7408
60 1.27315 0.49074 10.1852
80 1.1574 0.53704 9.2592
100 0.949075 0.62037 7.5926
120 0.949075 0.62037 7.5926
140 0.856475 0.65741 6.8518
160 0.7639 0.69444 6.1112
180 0.64815 0.74074 5.1852
200 0.277775 0.88889 2.2222
0 2.5 0 20
10 2.199075 0.12037 17.5926
20 2.060175 0.17593 16.4814
30 1.7361 0.30556 13.8888
40 1.504625 0.39815 12.037
50 1.3426 0.46296 10.7408
60 1.27315 0.49074 10.1852
80 1.1574 0.53704 9.2592
100 0.949075 0.62037 7.5926
120 0.949075 0.62037 7.5926
140 0.856475 0.65741 6.8518
160 0.7639 0.69444 6.1112
180 0.64815 0.74074 5.1852
200 0.277775 0.88889 2.2222
[0146]
[0147] 讨论：
[0148] 1.图5和表1中浊度变化显示一级滤出水即吸附效果可达86.1％；过滤膜后三级滤出水浊度保持在1NTU以下，符合国家饮用水标准。当不经过第三步光电催化反应，膜过滤后三级滤出水浊度在1-2NTU之间，还不能达到符合国家饮用水标准，而采用光电催化反应，可以进一步降低水的浊度，从而达到符合国家饮用水标准。
[0149] 2.表2中罗丹明B浓度变化显示一级滤出水即吸附效果可达80.93％，在一级滤出水中罗丹明的浓度约为3mg/L；
[0150] 表3和图6中罗丹明B浓度变化显示，当浓度从7.59mg/L开始去除率随时间呈指数上升趋势。比较一定浓度罗丹明B在光电催化和仅有电解催化和仅有光催化降解条件下的降解率：在浓度降高时仅光催化的去除效果几乎没有，电催化为主要降解去除作用，光电催化略大于电催化，说明光催化在偏压辅助下发挥一定的降解效果；在浓度已降解到较低时，光催化为主要降解作用，在偏压辅助下更呈现指数型的去降率上升，而仅电催化在低浓度下去除率很难再变化。由此可见光电产生了不仅相互增强，而且发生了分阶段的协同作用。
[0151] 实验(3.1)结果证明，对于一级滤出水中罗丹明B，光电催化反应10分钟左右去除率可达原始浓度的96.11％。可见在一级滤出水罗丹明B低浓度的状态下，光电催化降解罗丹明B的效果极为明显。
[0152] 3.实验(4.3)的测试结果证明，在3V电压、10m A/cm2电流密度时，反应十分钟大肠杆菌的去除率可达90％。再经光电催化反应的二级出水经卷式滤膜后检测不到大肠杆菌，认为滤膜将细菌完全截留。而如果不使用光电催化，大部分的细菌去除都负荷在后置滤膜上，滤膜孔会被堵塞污染，从而影响出水的速度和质量。光电催化细菌降解有很强的效果，待处理水经过光电催化后再经滤膜过滤减少了滤膜的负荷。
[0153] 4.图7中重金属离子铜离子在经一级吸附和电催化沉淀，最后的三级出水中的铜离子浓度分别为0.49mg/L、0.49mg/L、0.62mg/L、0.48mg/L、0.42mg/L，去除率达97％以上，浓度均小于0.5ppm，符合国家饮用水标准。
[0154] 5.通过扫描电镜不能观察到三级滤除水中含有竹叶基板制备的多孔二氧化钛催化颗粒，因此判断二氧化钛催化颗粒可以被后置过滤膜完全截留。
[0155] 综上所述，该发明中的光电协同以及物理吸附-光电催化-膜过滤联用方法起到了很好的污染物去除效果。并且结合了这种前置预处理、光电催化和后置膜处理的小型便携净水器，可以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，可以运用于行军、野外勘探、探险旅行、震后重建等场合。
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