本发明涉及水处理
技术领域：
，具体地说，涉及一种石墨烯净水滤芯及净水器。
背景技术：
：自来水中含有细菌、重金属、异味气体、色素等有害物质，据统计，通常自来水中含有大约2000多种化合物，其中200多种对人体有害，其中细菌是水污染的主要原因。研究表明：饮用水中的沙门氏菌、金黄色葡萄球菌、蜡样芽胞杆菌及致病性大肠埃希氏菌等致病菌会对人类健康产生非常严重的影响。净水器是一种理想的家庭净水设备，用于自来水净化，使受到污染及未达到安全饮用水标准的自来水经本净水器处理后，均能得到较大改善。可有效去除铁锈、泥沙、余氯、异色异味、有机物、重金属离子以及大于1μm的虫卵、红虫等。现有技术中，净水器的前置过滤装置，通常设置有两级滤芯，第一级为pp棉滤芯，第二级为压缩活性炭滤芯，所述两级滤芯设置于水处理通路上。pp滤芯多吸附水中悬浮杂质、颗粒、污泥等，以微米(μm)为分级的标准，常见的是1、5、10、20μm等过滤孔径，采用熔喷工艺，通过特殊的接收装置，使得熔喷超细纤维形成无芯筒状物，通过调整工艺组合，可以改变纤维直径和密度，从而得到各种不同过滤性能的滤芯产品。活性炭自二十世纪初即被发现可用来做为水处理用。它是一个具多孔状组织的碳，这些孔就是用来增加活性炭吸附杂质的表面积。碳化物质的物性与它的原材料和处理过程的好坏有极大的关系。活性炭是靠表面多孔状组织吸附化学物质、有机污染源、异色异味等。一般而言，体积越小的活性炭，其总体表面积会越大，吸附能力也就会越高，但其管路的压损也会越高。当自来水流量较大时，活性炭过滤材料的吸附能力非常有限，不能有效的去除自来水中的余氯及重金属等。当活性炭过滤材料的吸附能力达到饱和后，必须更换活性炭过滤芯，否则就无法起到过滤作用，而频繁更换活性炭过滤芯，将给用户带来不便，并增加使用成本。同时，pp棉滤芯和普通的活性炭过滤材料均不能抑制细菌的滋生，所述两级滤芯长时间不更换，反而会造成二次污染，细菌呈几何倍数增加。为了达到抗菌的目的，现有的处理方法是将压缩活性炭滤芯浸泡到硝酸银和稀硝酸混合液中，干燥后，银离子即物理吸附在压缩活性炭滤芯上，从而实现杀菌抗菌功能，然而，所述压缩活性炭滤芯一旦设置于水处理通路上，银和硝酸均会析出，银为重金属，对人体有害，硝酸析出为亚硝酸盐，长期使用会致癌。技术实现要素：针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种石墨烯净水滤芯及净水器。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：本发明提供了一种石墨烯净水滤芯，包括依次连接的一级石墨烯pp棉复合滤芯、二级石墨烯改性活性炭复合滤芯、三级石墨烯改性活性炭复合滤芯。优选地，所述一级石墨烯pp棉复合滤芯为中空结构，从内到外依次交替设置有紧密结构层、疏松结构层；所述紧密结构层、疏松结构层均采用石墨烯pp棉复合材料制备；所述紧密结构层、疏松结构层的厚度分别为1-3μm、8-10μm；所述复合滤芯的厚度为1.5cm-2cm。优选地，所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的外侧表面平行设置多根螺旋状突起结构，所述突起结构延复合滤芯的高度方向延伸；所述突起结构之间的间距为0.5-1cm；所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的内表面和外表面均为曲面，且曲面方向一致；所述各紧密结构层、疏松结构层均为网格状，且各紧密结构层、疏松结构层的网格位置不重叠。优选地，所述石墨烯pp棉复合材料的制备方法如下：s1、将氧化石墨烯超声分散到水中，得到氧化石墨烯分散液；s2、向石墨烯分散液中加入有机改性单体，高速搅拌反应后制得接枝改性氧化石墨烯，干燥粉碎，得接枝改性氧化石墨烯粉末；s3、将接枝改性氧化石墨烯粉末与pp棉粉末混合，同时加入抗氧化剂、成核剂、降温助剂，制得的混合物经挤出、牵伸、表面风干、切粒后即得。步骤s2中，所述有机改性单体为十二烷基硫酸钠；所述高速搅拌的温度为50-95℃，搅拌转速为200-350r/min，搅拌时间为1-3h。步骤s3中，所述接枝改性氧化石墨烯粉末的粒径为5-10um，pp棉的粒径为20-200μm；接枝改性氧化石墨烯粉末与pp棉粉末的混合比例为2％-8％:92％-98％；所述挤出温度为200-280℃。所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的制备方法，包括以下步骤：a1、将石墨烯pp棉复合材料进行熔融混合；b1、将熔融混合后的石墨烯pp棉复合材料装入喷丝机进行喷丝；第一次喷丝时，滤芯内筒按照一定速率自传，同时滤芯内筒由左向右移动，使得喷丝在滤芯内筒上呈现螺旋状；c1、继续第二次喷丝，同时滤芯内筒由右向左移动，使得喷丝在滤芯内筒上呈现螺旋状，且与第一次的喷丝存在交叉点；d1、重复上述步骤b1和c1，直到喷丝全部覆盖滤芯内筒的外侧，即制得第一层的紧密结构层；e1、重复步骤b1-d1,在第一层的紧密结构层上制得第一层的疏松结构层；然后再重复步骤依次制得多层的紧密结构层和疏松结构层，即得所述石墨烯pp棉复合滤芯；所述制备紧密结构层时，采用的熔喷速率为1.5*10-7l/min-2*10-7l/min,疏松层时熔喷速率为1.0*10-7l/min-1.2*10-7l/min。优选地，所述二级石墨烯改性活性炭复合滤芯采用以下质量百分含量的各组分制备：石墨烯0.1％-10％；改性活性炭90-99.9％；所述改性活性炭的制备方法为：将活性炭原料洗净、干燥后，加入到改性剂溶液中，搅拌均匀后浸泡2-3小时，滤出固体物质，清洗、干燥后即得改性活性炭；所述活性炭与改性剂的质量比为20:1-1:2；所述改性剂溶液中改性剂的质量分数为1％-30％。优选地，所述活性炭原料为煤质活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭、木材活性炭中的一种或者多种。更优选为椰壳活性炭。所述改性剂为有机硅、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、丁二烯及苯乙烯中的一种或者多种。更优选改性剂为十二烷基苯磺酸钠改性活性炭。所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、阴离子改性石墨烯、氧化还原石墨烯中的一种或者多种。更优选为氧化石墨烯、阴离子改性石墨烯。优选地，所述二级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法包括以下步骤：a2、将改性活性炭浸泡在石墨烯溶液中，滤出固体物质；b2、然后将固体物质清洗后干燥，即得所述石墨烯改性活性炭复合滤芯；步骤a2中，所述石墨烯溶液中，含有石墨烯的质量为0.1-10％；所述浸泡时间为6-10小时；步骤b2中，所述干燥温度为110-130℃，干燥时间为20-28h。优选地，所述三级石墨烯改性活性炭复合滤芯包括以下质量百分含量的各组分：石墨烯0.1％-10％；十二烷基苯磺酸钠改性活性炭90-99.9％。所述十二烷基苯磺酸钠改性活性炭的制备方法为：将活性炭原料加入到浓度为0.02～3.5mmol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，室温震荡2～10小时，然后将活性炭过滤分离、清洗，制备获得接枝有磺酸钠基团的改性活性炭。所述改性活性炭采用的活性炭原料的碘值为800-1600，灰分＜8％，目数为600-1500。所述碘值过低会导致对于细菌、小分子有机物、重金属、余氯等过滤效率偏低；碘值过高会导致因活性炭吸附太强，导致吸附过后的净水中矿物元素含量降低。所述灰分要＜8％，因为灰分过高，不利于改性以及后续的清洗。所述目数600-1500，比较符合滤芯常用目数，便于生产标准滤芯。所述石墨烯为改性氧化石墨烯。优选地，所述三级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法包括以下步骤：a3、将十二烷基苯磺酸钠改性活性炭浸泡在石墨烯溶液中，烘干；b3、将仅步骤a3处理后的改性活性炭挤出成型，然后喷涂生物胶；c3、将步骤b3处理后得到的材料在惰性气氛中进行焙烧，然后冷却；d3、将经步骤c3处理后得到的材料重复步骤a3-c3至少两次，即得石墨烯改性活性炭复合滤芯。优选地，步骤a3中，所述石墨烯溶液中，含有石墨烯的质量为0.02-2％；所述浸泡时间为1-3小时。步骤b3中，所述生物胶包括葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖；所述生物胶的喷涂量为20-40％。更优选地，所述葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖的质量比为40～60:20～30:25～35。优选地，步骤c3中，所述焙烧温度为200-300℃，焙烧时间为30-60分钟。本发明还提供了一种石墨烯净水器，包括第一壳体，所述第一壳体内设置有前述的净水滤芯、水箱、泵，所述水箱与净水滤芯通过管道连接，所述泵设置在水箱与净水滤芯之间。优选地，所述水箱与净水滤芯之间通过两根水管连接，一根水管用于反冲洗滤芯，另一根水管通过设置的压力泵引流水箱的水依次经过净水滤芯。通过反清洗可进一步避免二次污染的问题。优选地，所述第一壳体、管道、水箱均采用石墨烯复合材料制备；所述石墨烯复合材料为石墨烯/abs复合材料、石墨烯/pe复合材料、石墨烯/pc复合材料、石墨烯/pp复合材料中的一种或多种。优选地，所述净水器还包括第二壳体，第二壳体设置在第一壳体的上方或下方；所述第二壳体内设置有净水箱、冷水罐、热水罐、加热器，所述第二壳体的一侧面设置有热水水龙头、冷水水龙头；所述净水滤芯的出水口与净水箱的进水口连接，所述净水箱的出水口分别与冷水罐、热水罐的一端连通；所述热水罐上设置有加热器；所述冷水罐的另一端与冷水水龙头连接、热水罐的另一端与热水水龙头连接。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：1、本发明提供了一种去除自来水中有害物质的装填有石墨烯基滤芯的高效抗菌抑菌净水器，对各种杂质、铁锈、细菌、有机物均有较好滤除效果。可有效的去除自来水中的细菌，同时不会使水中的硝酸盐和重金属成分增加。具有高效、使用方便、节约成本和原材的特点。2、经本发明的净水滤芯处理后的水保持了与未处理的自来水的各有益元素的含量水平，且过滤后的水的ph值可达7.40，更接近人类饮水的ph最佳值，更直接适合饮用。3、本发明采用的净水滤芯，其一级石墨烯pp棉复合滤芯按照紧密-疏松-紧密-疏松的结构设置，水流经过石墨烯pp棉时，由于复合滤芯的内表面和外表面均为曲面，且复合滤芯的外侧表面平行设置多根螺旋状突起结构，使得从不同网格出来的水流不断在滤芯中呈现回流状态，过滤效果更加充分、净化效果更加明显；可有效滤除原水中的泥沙、杂质、胶体、悬浮物等，使原水得到初步的净化。二级石墨烯改性活性炭滤芯具有高效抗菌、脱色、去味的功效，能有效去除水中的细菌、小分子有机物、重金属、余氯及其他放射性物质，并充分吸附水中的异色、异味，使水质甘甜可口；且该复合滤芯可有效抑制吸附于滤芯表面的细菌的生长，从而有效避免了二次污染的问题。三级石墨烯改性活性炭滤芯可对原水进行深度过滤杀菌，滤除原水中残留的胶体和细菌等，具有非常优异的抗菌性能，且大大提高了过滤效率，使原水得到深度净化。4、石墨烯具有优异的抗紫外性能，用在净水器外壳上具有优异的抗老化性能，增加了净水器使用寿命，而且该净水器还可以用于室外公共场所供水；且石墨烯具有优异的抗菌性能，石墨烯水管和水箱减少了储水中的细菌滋生。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为本发明的石墨烯净水器结构示意图；图2为一级石墨烯pp棉复合滤芯结构示意图；其中：1-第一壳体；2-第二壳体；3-一级石墨烯pp棉复合滤芯；4-二级石墨烯改性活性炭复合滤芯；5-三级石墨烯改性活性炭复合滤芯；6-水箱；7-管道；31-紧密结构层；32-疏松结构层；33-突起结构。具体实施方式下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。实施例1本实施提供了一种一级石墨烯pp棉复合滤芯，如图2所示，为中空结构，从内到外依次交替设置有紧密结构层31、疏松结构层32；所述紧密结构层31、疏松结构层32均采用石墨烯pp棉复合材料制备；所述紧密结构层31、疏松结构层32的厚度分别为1-3μm、8-10μm；所述复合滤芯的厚度为1.5cm-2cm。所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的外侧表面平行设置多根螺旋状突起结构33，所述突起结构33延复合滤芯的高度方向延伸；所述突起结构33之间的间距为0.5-1cm；所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的内表面和外表面均为曲面，且曲面方向一致；所述各紧密结构层、疏松结构层均为网格状，且各紧密结构层、疏松结构层的网格位置不重叠。所述石墨烯pp棉复合材料的制备方法如下：s1、将氧化石墨烯超声分散到水中，得到氧化石墨烯分散液；s2、向石墨烯分散液中加入有机改性单体，高速搅拌反应后制得接枝改性氧化石墨烯，干燥粉碎，得接枝改性氧化石墨烯粉末；s3、将接枝改性氧化石墨烯粉末与pp棉粉末混合，同时加入抗氧化剂、成核剂、降温助剂，制得的混合物经挤出、牵伸、表面风干、切粒后即得。步骤s2中，所述有机改性单体为十二烷基硫酸钠；所述高速搅拌的温度为50-95℃，搅拌转速为200-350r/min，搅拌时间为1-3h。步骤s3中，所述接枝改性氧化石墨烯粉末的粒径为5-10um，pp棉的粒径为20-200μm；接枝改性氧化石墨烯粉末与pp棉粉末的混合比例为2％-8％:92％-98％；所述挤出温度为200-280℃。所述一级石墨烯pp棉复合滤芯的制备方法，包括以下步骤：a1、将石墨烯pp棉复合材料进行熔融混合；b1、将熔融混合后的石墨烯pp棉复合材料装入喷丝机进行喷丝；第一次喷丝时，滤芯内筒按照一定速率自传，同时滤芯内筒由左向右移动，使得喷丝在滤芯内筒上呈现螺旋状；c1、继续第二次喷丝，同时滤芯内筒由右向左移动，使得喷丝在滤芯内筒上呈现螺旋状，且与第一次的喷丝存在交叉点；d1、重复上述步骤b1和c1，直到喷丝全部覆盖滤芯内筒的外侧，即制得第一层的紧密结构层；e1、重复步骤b1-d1,在第一层的紧密结构层上制得第一层的疏松结构层；然后再重复步骤依次制得多层的紧密结构层和疏松结构层，即得所述石墨烯pp棉复合滤芯；所述制备紧密结构层时，采用的熔喷速率为1.5*10-7l/min-2*10-7l/min,疏松层时熔喷速率为1.0*10-7l/min-1.2*10-7l/min。实施例2本实施例提供了一种二级石墨烯改性活性炭滤芯，采用以下质量百分含量的各组分制备：石墨烯0.1％-10％；改性活性炭90-99.9％；所述改性活性炭的制备方法为：将活性炭原料洗净、干燥后，加入到改性剂溶液中，搅拌均匀后浸泡2-3小时，滤出固体物质，清洗、干燥后即得改性活性炭；所述活性炭与改性剂的质量比为20:1-1:2；所述改性剂溶液中改性剂的质量分数为1％-30％。所述活性炭原料为煤质活性炭、椰壳活性炭、果壳活性炭、木材活性炭中的一种或者多种。所述改性剂为有机硅、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸酯、十二烷基苯磺酸钠、丁二烯及苯乙烯中的一种或者多种。所述石墨烯为氧化石墨烯、石墨烯、阴离子改性石墨烯、氧化还原石墨烯中的一种或者多种。所述二级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法包括以下步骤：a2、将改性活性炭浸泡在石墨烯溶液中，滤出固体物质；b2、然后将固体物质清洗后干燥，即得所述石墨烯改性活性炭复合滤芯；步骤a2中，所述石墨烯溶液中，含有石墨烯的质量为0.1-10％；所述浸泡时间为6-10小时；步骤b2中，所述干燥温度为110-130℃，干燥时间为20-28h。实施例3本实施例提供了一种三级石墨烯改性活性炭复合滤芯，包括以下质量百分含量的各组分：石墨烯0.1％-10％；十二烷基苯磺酸钠改性活性炭90-99.9％。所述十二烷基苯磺酸钠改性活性炭的制备方法为：将活性炭原料加入到浓度为0.02～3.5mmol/l的十二烷基苯磺酸钠溶液中，室温震荡2～10小时，然后将活性炭过滤分离、清洗，制备获得接枝有磺酸钠基团的改性活性炭。所述改性活性炭采用的活性炭原料的碘值为800-1600，灰分＜8％，目数为600-1500。所述石墨烯为改性氧化石墨烯。所述三级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法包括以下步骤：a3、将十二烷基苯磺酸钠改性活性炭浸泡在石墨烯溶液中，烘干；b3、将仅步骤a3处理后的改性活性炭挤出成型，然后喷涂生物胶；c3、将步骤b3处理后得到的材料在惰性气氛中进行焙烧，然后冷却；d3、将经步骤c3处理后得到的材料重复步骤a3-c3至少两次，即得石墨烯改性活性炭复合滤芯。步骤a3中，所述石墨烯溶液中，含有石墨烯的质量为0.02-2％；所述浸泡时间为1-3小时。步骤b3中，所述生物胶包括葡萄糖、葡萄糖醛酸和鼠李糖；所述生物胶的喷涂量为20-40％。步骤c3中，所述焙烧温度为200-300℃，焙烧时间为30-60分钟。实施例4本实施例提供了一种石墨烯净水器，如图1所示，包括第一壳体，所述第一壳体内设置有净水滤芯，水箱，泵，所述净水滤芯包括依次连接的一级石墨烯pp棉复合滤芯(实施例1制备)、二级石墨烯改性活性炭复合滤芯(实施例2制备)、三级石墨烯改性活性炭复合滤芯(实施例3制备)，所述水箱与净水滤芯通过管道连接，所述泵设置在水箱与净水滤芯之间。所述水箱与净水滤芯之间通过两根水管连接，一根水管用于反冲洗滤芯，另一根水管通过设置的压力泵引流水箱的水依次经过净水滤芯。所述第一壳体、管道、水箱均采用石墨烯复合材料制备；所述石墨烯复合材料为石墨烯/abs复合材料、石墨烯/pe复合材料、石墨烯/pc复合材料、石墨烯/pp复合材料中的一种或多种。所述净水器还包括第二壳体，第二壳体设置在第一壳体的上方；所述第二壳体内设置有净水箱、冷水罐、热水罐、加热器，所述第二壳体的一侧面设置有热水水龙头、冷水水龙头；所述净水滤芯的出水口与净水箱的进水口连接，所述净水箱的出水口分别与冷水罐、热水罐的一端连通；所述热水罐上设置有加热器；所述冷水罐的另一端与冷水水龙头连接、热水罐的另一端与热水水龙头连接。对比例1本对比例提供了一种一级石墨烯pp棉复合棉滤芯，与实施例1的结构基本相同，不同之处仅在于：所述复合滤芯的外侧表面无螺旋状突起结构。对比例2本对比例提供了一种一级石墨烯pp棉复合滤芯，与实施例1的结构基本相同，不同之处仅在于：所述复合滤芯的内表面、外侧表面无曲面结构，为平面。对比例3本对比例提供了一种二级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法，具体步骤与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，不对活性炭进行改性，直接将活性炭在石墨烯溶液中浸泡。对比例4本对比例提供了一种三级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法，具体步骤与实施例3基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，不对活性炭进行改性，直接将活性炭原料在石墨烯溶液中浸泡。对比例5本对比例提供了一种三级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法，具体步骤与实施例3基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，不进行焙烧的步骤。所得复合滤芯中，石墨烯含量为4.0％，活性炭含量为96％。对比例6本对比例提供了一种三级石墨烯改性活性炭复合滤芯的制备方法，具体步骤与实施例3基本相同，不同之处仅在于：本对比例中，不进行喷涂生物胶的步骤。效果验证：验证例1将实施例1与对比例1和2制备的石墨烯改性活性炭复合滤芯对原水进行过滤，过滤结果如表1所示。表1杂质去除率胶体去除率悬浮物去除率除菌率使用寿命实施例165％60％50％96.6％4.0对比例155％45％52％91％4.2对比例255％48％50％85％4.0验证例2将实施例2和对比例3制得的二级石墨烯改性活性炭复合滤芯对自来水进行过滤，过滤结果如表3所示。表3验证例3将以上实施例和对比例制得的石墨烯改性活性炭复合滤芯对自来水进行过滤，过滤结果如表3所示。表3验证例4将以上实施例4的石墨烯净水器对自来水进行过滤，过滤后的水质测试结果如表4所示。结果显示采用本发明的石墨烯净水器处理自来水后，其各项指标可达到国家饮用水的标准，且流速较大、流量较快，使用方便，结构简单，生产成本低，易于维修，特别是适用于盐碱地、含氟量高、硬度高的水净化。表4三级滤芯过滤水质测试分析备注：1、样品处理方法按照《生活饮用水输配水设备及防护材料安全评价规范》(2001)附录a进行2、限量参考《gb5749-2006生活饮用水卫生标准》要求验证例5以自来水作为对照组，采用ro膜过滤的传统净水器过滤后的水作为比较组，将实施例4的石墨烯净水器过滤后的水作为实验组，对水中的ph值、水中的有益元素、偏硅酸进行测试，结果如表5所示。表5对照组比较组实验组ph值7.017.257.40钙离子(mg/l)37.14.4437.1镁离子(mg/l)9.181.989.05钾离子(mg/l)1.730.101.88钠离子(mg/l)24.77.8526.2偏硅酸(mg/l)6.222.734.12由表5的结果可知，经实施例4的石墨烯净水器过滤后的水保持了与未处理的自来水的各有益元素的含量水平，而采用ro膜过滤后，各有益元素的流失非常明显。而且经实施例4的石墨烯净水器过滤后的水的ph值可达7.40，更接近人类饮水的ph最佳值。本发明具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，以上实施例仅用于说明本发明，而并不用于限制本发明的保护范围。对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。当前第1页12