本实用新型属于净水设备技术领域，本实用新型具体涉及一种超轻水生产设备。
背景技术：
水是生命之源，是社会和经济可持续发展的基础，随着人口的增加及工业化进程的加快，自然环境尤其是水环境遭到了较严重的破坏，水环境质量日趋恶化，水将成为一个深刻的社会危机。为此，相关研究者实用新型了多种方法并开发出了各种新材料来应对这一问题：
制备低氘水。纵观国内外的研究报道,低氘水主要以水为原料,采用分离方法制备而得。低氘水的分离原理虽然简单,但由于天然水中氘同位素丰度极少且氢同位素的分离系数小,因此分离氘是很困难的,力求寻找能耗低、投资少、经济上适合工业规模的生产方法是研究重点。
技术实现要素：
为了弥补现有技术的不足，本实用新型提供了一种低成本获取健康水的超轻水生产设备。
一种超轻水生产设备，包括进水管和出水管，其特征是：在所述进水管和出水管之间依次设有精馏装置、石墨烯过滤装置、臭氧杀菌装置。
进一步地，所述石墨烯过滤装置由中间水箱石墨烯过滤膜、产水泵构成；精馏装置的馏出液经过馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连接，所述中间水箱内置石墨烯过滤膜，所述石墨烯过滤膜的出水口与产水泵的进水管连接，产水泵的出水管连接至臭氧杀菌装置。
进一步地，所述臭氧杀菌装置由臭氧发生器、密闭消毒罐构成；石墨烯过滤装置的产水泵的出水管连接至密闭消毒罐，所述臭氧发生器经导气管连接至密闭消毒罐。
进一步地，所述精馏装置由高温蒸汽锅炉、精馏塔、再沸器和冷凝器构成，所述精馏塔自下而上为浓缩区、液相区、气相区和真空缓冲区，所述精馏塔的底部连接釜液管，所述精馏塔的上端通过气体导管连接冷凝器，所述冷凝器的下端通过回流管与精馏塔的上部连接，所述冷凝器的下端还经过馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连，所述进水管与精馏塔的一侧中部相连，所述精馏塔内进水管以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓称为精馏段；进水管以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分称为提馏段；所述高温蒸汽锅炉通过加热蒸汽导管与精馏塔下部的液相区连通，精馏塔底部的浓缩区下部的部分液体 通过导流与再沸器连接，再沸器使液体汽化，蒸气沿塔上升从而形成循环，余下的液体作为塔底产品经釜液管流出，进水管中的液体和上塔段来的回流液一起沿精馏塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升，所述精馏塔顶部的真空缓冲区处通过气体导管与冷凝器连接，冷凝器使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液经回流液管返回精馏塔顶段，其余馏出液经馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连。
本实用新型所用水处理材料石墨烯及其衍生物在水处理中的作用机理是：石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，又叫做单原子层石墨，是除金刚石以外所有碳晶体(零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体向石墨)的基本结构单元。石墨烯的性质如电子性质、高比表面积等决定了其适合作为水处理材料。
(1)石墨烯材料对重金属离子的吸附
石墨烯材料对重金属离子吸附的研究，绝大多数集中于氧化石墨烯。因为氧化石墨烯含有丰富的含氧基团，这些含氧基团能够高效地与金属离子作用，因而其对重金属离子的吸附性能要优于石墨烯。影响氧化石墨烯对重金属离子吸附的因素主要有离子强度、pH值、氧化石墨烯中含氧基团种类和数量、溶液中的有机介质等。
①水溶液中离子强度的影响主要表现于电解质离子和重金属离子存在竞争吸附，如Wang等的研究发现加入NaNO3、NaCl、KCl后，氧化石墨烯对Zn(Ⅱ)离子的吸附因为Na+、K+的竞争吸附而显著减少。
②pH值对吸附剂性能影响较大。当水溶液的pH值较小时，对重金属离子的吸附量随pH值的减少而减少，其吸附行为及机理与其等电点的pH值(在该点吸附剂表面电荷为0)密切相关。当溶液的pH值大于等电点的pH值时，氧化石墨烯中的羧基、羟基离解而使其表面带负电荷，同时pH值增加有助于氧化石墨烯层的剥离与分散，而导致正电荷的金属离子与带负电荷的氧化石墨烯的静电作用力大大增强，从而使其吸附能力大大增加。相应地，当溶液的pH值小于等电点pH值时，氧化石墨烯表面带正电荷，其和金属离子的静电引力减弱，吸附性能大大下降。pH值的作用，还表现在对吸附质性能的影响上。
③相关研究表明氧化石墨烯中含氧基团和重金属离子的静电作用是吸附发生的主要机理，此外，石墨烯表面有自由电子可为路易斯碱提供电子和重金属离子作用发生路易斯酸碱反应。
④吸附是一种固体表面现象，固体表面的性质对吸附起着至关重要的作用，因此通过对石墨烯表面进行修饰和改性，可增强石墨烯材料的吸附性能。用来改性的物质大都是具有能够耦合重金属离子的有机物，其中以乙二胺三乙酸(EDTA)和壳聚糖为代表。EDTA 能和多种金属离子发生鳌合作用，而壳聚糖分子中含有丰富的氨基和羟基，能够增强和金属离子的吸附作用，这些功能团一般都是通过氧化石墨烯中的含氧基团与EDTA和壳聚糖发生反应而引入。
(2)石墨烯材料对有机物的吸附
石墨烯材料作为一种吸附剂也可用作吸附有机污染物，如染料、抗生素、杀虫剂、原油等。石墨烯材料的种类以及吸附质中是否含有—NH2、—OH、—COOH等功能团对吸附的机理和过程具有很大的影响。石墨烯材料对有机物的吸附作用主要包括：静电作用、疏水作用、π－π键、氢键。
①静电作用发生在含带电功能团的吸附剂和带异种电荷的吸附质间。如在pH值为6～10时，带正电荷的亚甲基蓝和甲基紫与离解的氧化石墨烯间的静电作用力是发生吸附的主要驱动力。而对阴离子染料分子如罗丹明B和橙黄G来说，在该pH值区间氧化石墨烯的吸附能力十分有限，这是因为在该pH值区间，氧化石墨烯中的羧基和羟基离解而使其表面带负电荷，导致吸附剂和吸附质间同性相斥而不利于染料的吸附。
②疏水作用是含疏水基团有机物与石墨烯发生吸附的主要作用力。由于石墨烯及还原氧化石墨烯比氧化石墨烯表面疏水性更强，所以对该类有机物如芘、菲、联苯等吸附质，石墨烯及还原氧化石墨烯比氧化石墨烯表现出了更优异的吸附能力。
③也有研究认为阳离子的有机染料和氧化石墨烯的作用主要是π－π键作用。还原氧化石墨烯材料对阳离子染料的吸附并不大，但是却有效地吸附阴离子染料。主要的作用机理在于吸附剂和吸附质中含有的芳香环存在较强的范德华作用力。
④氢键是含极性基团碳氢化合物与氧化石墨烯材料发生吸附的主要作用机理，目前研究的吸附质包括蒽甲醇、双酚A等。
本实用新型的有益效果：
本实用新型装置处理的水中，氘的含量在100ppm以下，并使水体含有均衡的微量元素，达到饮用水的标准，且能够实现大规模的工业生产，供应社会需求，可广泛应用于饮料、食品加工、医疗、美容等领域，具备显著的经济和社会效益。
附图说明
图1为本实用新型超轻水生产设备的装置结构图，其中，1进水管、2精馏塔、3精馏段、4提馏段、5高温蒸汽锅炉、6加热蒸汽管、7再沸器、8冷凝水、9釜液管、10气体导管、11冷凝器、12回流液管、13馏出液管、14中间水箱、15石墨烯过滤膜、16产水泵、17密闭消毒罐、18臭氧发生器、19出水管、20产水泵进水管、21产水泵出水管、22臭氧导气管。
具体实施方式
以下结合具体实施例来对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于实例所涉及的范围。
实施例1
水源为自来水。
所述一种超轻水生产设备由精馏装置、石墨烯过滤装置、臭氧杀菌装置组成。
所述精馏装置由高温蒸汽锅炉5、精馏塔2、再沸器7和冷凝器11构成。
在整个精馏塔2中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。馏出液是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。
进水管1以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段3；进水管1以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段4。两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。
所述精馏塔2自下而上为浓缩区、液相区、气相区和真空缓冲区。
高温蒸汽锅炉5通过加热蒸汽导管6与精馏塔2下部的液相区连通。精馏塔2底部的浓缩区下部的部分液体通过导流与再沸器7连接，再沸器7使液体汽化，蒸气沿塔上升从而形成循环，余下的液体作为塔底产品经釜液管9流出。
进水管1设在精馏塔2的中部，进料中的液体和上塔段来的回流液12一起沿精馏塔2下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。
精馏塔2顶部的缓冲区处通过气体导管10与冷凝器11连接，冷凝器11使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液经回流液管12返回精馏塔顶段，其余馏出液经馏出液管13与石墨烯过滤装置的中间水箱14相连。
所述石墨烯过滤装置由中间水箱14、石墨烯过滤膜15、产水泵16构成。精馏装置的馏出液经馏出液管13自流至石墨烯过滤装置的中间水箱14，内置石墨烯过滤膜15，其出水口与产水泵进水管20连接，产水泵16出水管21连接至臭氧杀菌装置的密闭消毒罐17。
所述臭氧杀菌装置由臭氧发生器18、密闭消毒罐17构成。石墨烯过滤装置的产水泵16出水管21连接至密闭消毒罐17，同时，臭氧发生器18产生的臭氧经导气管22连接至密闭消毒罐17，由密闭消毒罐17消毒后经出水管19引流出来的水即为健康的超轻水。
本实用新型装置处理的水中，氘的含量在100ppm以下，并使水体含有均衡的微量元素，达到饮用水的标准，且能够实现大规模的工业生产，供应社会需求，可广泛应用于饮料、食品加工、医疗、美容等领域，具备显著的经济和社会效益。
(1)在整个精馏塔中，汽液两相逆流接触，进行相际传质。液相中的易挥发组分进入汽相，汽相中的难挥发组分转入液相。馏出液是高纯度的易挥发组分，塔底产物将是高纯度的难挥发组分。
(2)进料口以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓，称为精馏段；进料口以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分，称为提馏段。两段操作的结合，使液体混合物中的两个组分较完全地分离，生产出所需纯度的两种产品。
(3)精馏塔自下而上为浓缩区、液相区、气相区和真空缓冲区。
(4)高温蒸汽锅炉通过加热蒸汽导管与精馏塔下部的液相区连通。精馏塔底部的浓缩区下部的部分液体通过导流与再沸器连接，再沸器使液体汽化，蒸气沿塔上升从而形成循环，余下的液体作为塔底产品经釜液管流出。
(5)进料设在精馏塔的中部，进料中的液体和上塔段来的回流液一起沿精馏塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升。
(6)精馏塔顶部的缓冲区处通过气体导管与冷凝器连接，冷凝器使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液返回精馏塔顶段，其余馏出液经馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连。
实施例2
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述水源为矿物质水。经本实用新型装置处理的水中，氘的含量在97ppm。
实施例3
本实施例与实施例1的不同之处在于，所述水源为纯净水。经本实用新型装置处理的水中，氘的含量在94ppm。
实施例4
本实施例与实施例1的不同之处在于，采用乙二胺三乙酸(EDTA)对石墨烯过滤膜表面进行修饰和改性，增强石墨烯材料的吸附性能。经本实用新型装置处理的水中，氘的含量在95ppm。
本实用新型采用精馏法制备低氘水，并结合了石墨烯材料与水处理相关的主要性能(如过滤截留污染物、吸附重金属离子和有机物等)，研制超轻水生产设备。
新型超轻水器制备的超轻水是通过特殊的物理萃取、渗透手段，使水中氘的丰度降低，从而达到特殊功效的“超级”水。低氘水与非低氘水的本质区别在于：非低氘水中较高 丰度的氘始终存在；相对于低氘水，几乎所有纯净水、矿物质水、优质水源地瓶装水都是“重水”。
国务院《关于加快发展节能环保产业的意见》(国发〔2013〕30号)中明确指示：开发新型水处理技术装备，建设一批技术先进、配套健全、发展规范的节能环保产业示范基地。要积极采用先进环保工艺、技术和装备，加快启动实施安全饮水、地表水保护等清洁水行动，推动重点高耗水行业节水改造。鉴于超轻水强悍的产品功效，其必定会成为市场新宠。因此，本实用新型有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
上述虽然对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。