一种四元复合材料及其用途和一种超声波净水机的制作方法

本发明涉及水处理装置，特别涉及一种四元复合材料及其用途和一种超声波净水机。

背景技术

目前已有的直饮水装置一般是通过过滤器材来过滤水中的重金属和杂质。过滤器材湿气重最为关键的组成部分。但是这些过滤器材在使用一段时间以后不仅过滤效果会明显下降。而且绝大多数的过滤器材仅能够过滤水中含有的较大的杂质和细菌，而对于颗粒较小的细菌和病毒处理的效果有限。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种四元复合材料。本发明的另一种目的使提供该四元复合材料的用途。本发明的又一个目的是提供一种超声波净水机。

根据本发明的一个方面，提供了一种四元复合材料，主要由通孔材料、二氧化钛、纳米银离子材料和贵金属催化剂组成，各组分的比例为通孔材料：二氧化钛：纳米银离子材料∶贵金属催化剂的重量比为：5～20∶0.5～1.5∶0.2～0.6∶0.02～0.18，通孔材料为植物纤维成型物或无机纤维成型物、活性炭粉末或者活性炭颗粒、陶瓷颗粒、矿石颗粒以及发泡棉中的一种或者多种的混合物，二氧化钛、纳米银离子材料和贵金属催化剂负载于构成通孔材料的植物纤维成型物或无机纤维成型物、活性炭粉末或者活性炭颗粒、陶瓷颗粒、矿石颗粒表面，或者混合于发泡棉的基料中。

采用以上技术方案的四元复合材料，在超声波环境中具有较强的降解有机物和杀灭细菌的效果，可以广泛地应用于饮用水净化和空气净化领域。该四元复合材料不仅工作效率高，而且耐钝化，再生能力强，非常适合长期连续使用，而无需频繁第进行清洗和活化，使用非常方便。该四元复合材料还可以通过隔音、削波作用和对电磁波的屏蔽作用，对超声波或者噪音的吸收效率可以达到80％，对电磁波的屏蔽效率也可以达到85％以上。

该四元复合材料具有以下技术效果：

(1)、当声波通过通孔材料时，声波的波能会转化为热能而产生削波作用；

(2)、当超声波遇到四元复合材料时，会产生谐振削波作用，高频声波的波幅可以被削减；

(3)、四元复合材料中含有能够导电的粉末，由此对电磁波也有很好的屏蔽作用。

进一步地，二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛粉末。

二氧化钛在紫外线照射下产生的净化能力是由于其具有高折光性和高光活性。

按照波长的不同，紫外线分为短波区190～280nm、中波区280～320nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高。

随着粒径的减小，光线能透过二氧化钛的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显，而对中波区紫外线的吸收性明显增强。

纳米级二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。

二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是：纳米二氧化钛的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的，当其受紫外线照射时，比其禁带宽度(约为3.2ev)能量大的光线被吸收，使价带的电子激发至导带，结果使价电子带缺少电子而发生空穴，形成容易移动且活性很强的电子空穴对。这样的电子空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量，另一方面可离解成在晶格中自由迁移到晶格表面或其它反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。通常情况下二氧化钛会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基，因而还会将周围的细菌与病毒杀死，从而起到净化的效果。

进一步地，贵金属催化剂包括铂族金属中的至少一种或者多种。

进一步地，贵金属催化剂包括金属金或者金属银其中之一与铂族金属其中之一形成的合金。

进一步地，铂族金属包括金属钌、金属铑、金属钯、金属锇、金属铱或者金属铂。

根据本发明的另一个方面，提供了上述四元复合材料在饮用水净化中的应用。

进一步地，四元复合材料处于超声波环境中并在超声波的作用下发挥效果。

超声波通过四元复合材料时，超声波的波能会转化为热能和电能而产生削波作用；而转化产生的热能和电能可以把水分子分解为氢离子和氧离子或者氢自由基和氧自由基，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化或者还原，达到无害化处理的效果。

根据本发明的另一个方面，提供了一种净水器滤材，含有上述四元复合材料。

根据本发明的又一个方面，提供了一种超声波净水机，包括一组用于对饮用水进行净化的滤材，滤材含有上述的四元复合材料，滤材周围还分别设有：

超声波发生装置，用于产生超声波并将其作用于滤材；

紫外光发生装置，用于产生紫外线并对滤材表面进行辐照；

led照明装置，用于产生可见光并照射滤材表面；

通过对滤材施加超声波、紫外线和可见光，充分激发滤材中四元复合物的生物和物理化学活性，形成协同作用，从而有效地对饮用水中的有害物质进行吸附和清除。

该超声波净水机不仅工作效率高，而且滤材耐钝化，再生能力强，非常适合长期连续使用，而无需频繁第进行清洗和活化，使用非常方便。该超声波净水机还可以利用四元复合材料隔音、削波作用和对电磁波的屏蔽作用，隔绝超声波或者噪音，而且还可以吸收电磁辐射，减少其对周围的人体造成伤害。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的超声波净水机的结构示意图。

图2为图1所示超声波净水机的滤材中的四元复合材料的净化过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。

图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的超声波净水机。如图所示，该装置包括一个箱体1和设于箱体1内部的一组滤材4。

饮用水由箱体一侧通过滤材4后流出。在流经滤材4时，滤材4对饮用水进行消毒杀菌和净化处理。

其中，水箱1一侧设有一个超声波发生器31。

超声波发生器31用于产生超声波并将其作用于滤材4。

水箱1内部还分别设有紫外光发生装置32和led照明装置33。

紫外光发生装置32和led照明装置33产生的紫外线和可见光并对滤材表面进行辐照。

超声波发生器31，紫外光发生装置32和led照明装置33通过电源线2与外部电源相连接。

水箱1分别设有入水口11和出水口12。

水流由入水口11进入水箱1，超声波发生器31开始工作，超声波发生器3产生超声波对滤材4进行超声波辐射处理，滤材4中的水中产生大量微小的微气泡，微气泡在超声波的作用下迅速膨胀，然后又突然闭合。在此过程中，微气泡周围可以产生1012-1013pa的压力，从而杀死水中的细菌和病毒，并分解水中的有害物质，经过超声波辐射处理的水最终由出水口22流出。

滤材4含有一种四元复合材料。

该四元复合材料主要由通孔材料、二氧化钛、纳米银离子材料和贵金属催化剂组成。

四元复合材料处于超声波环境中并在超声波的作用下发挥效果。

超声波通过四元复合材料时，超声波的波能会转化为热能和电能而产生削波作用；而转化产生的热能和电能可以把水分子分解为氢离子和氧离子或者氢自由基和氧自由基，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化或者还原，达到无害化处理的效果。

各组分的比例为通孔材料：二氧化钛：纳米银离子材料∶贵金属催化剂的重量比为：5～20∶0.5～1.5∶0.2～0.6∶0.02～0.18。

通孔材料为植物纤维成型物或无机纤维成型物、活性炭粉末或者活性炭颗粒、陶瓷颗粒、矿石颗粒以及发泡棉中的一种或者多种的混合物。

二氧化钛、纳米银离子材料和贵金属催化剂负载于构成通孔材料的植物纤维成型物或无机纤维成型物、活性炭粉末或者活性炭颗粒、陶瓷颗粒、矿石颗粒表面，或者混合于发泡棉的基料中。

进一步地，二氧化钛为锐钛型纳米二氧化钛粉末。

二氧化钛在紫外线照射下产生的净化能力是由于其具有高折光性和高光活性。

按照波长的不同，紫外线分为短波区190～280nm、中波区280～320nm、长波区320～400nm。短波区紫外线能量最高。

随着粒径的减小，光线能透过二氧化钛的粒子面，对长波区紫外线的反射、散射性不明显，而对中波区紫外线的吸收性明显增强。

纳米级二氧化钛由于粒径小，活性大，既能反射、散射紫外线，又能吸收紫外线，从而对紫外线有更强的阻隔能力。

二氧化钛对紫外线的吸收机理可能是：纳米二氧化钛的电子结构是由价电子带和空轨道形成的传导带构成的，当其受紫外线照射时，比其禁带宽度(约为3.2ev)能量大的光线被吸收，使价带的电子激发至导带，结果使价电子带缺少电子而发生空穴，形成容易移动且活性很强的电子空穴对。这样的电子空穴对一方面可以在发生各种氧化还原反应时相互之间又重新结合，以热量或产生荧光的形式释放能量，另一方面可离解成在晶格中自由迁移到晶格表面或其它反应场所的自由空穴和自由电子，并立即被表面基团捕获。通常情况下二氧化钛会表面水活化产生表面羟基捕获自由空穴，形成羟基自由基，而游离的自由电子很快会与吸收态氧气结合产生超氧自由基，因而还会将周围的细菌与病毒杀死，从而起到净化的效果。

进一步地，贵金属催化剂包括铂族金属中的至少一种或者多种。

进一步地，贵金属催化剂包括金属金或者金属银其中之一与铂族金属其中之一形成的合金。

进一步地，铂族金属包括金属钌、金属铑、金属钯、金属锇、金属铱或者金属铂。

采用以上技术方案的四元复合材料，在超声波环境中具有较强的降解有机物和杀灭细菌的效果，可以广泛地应用于饮用水净化和空气净化领域。该四元复合材料不仅工作效率高，而且耐钝化，再生能力强，非常适合长期连续使用，而无需频繁第进行清洗和活化，使用非常方便。该四元复合材料还可以通过隔音、削波作用和对电磁波的屏蔽作用，对超声波或者噪音的吸收效率可以达到80％，对电磁波的屏蔽效率也可以达到85％以上。

通过对滤材4施加超声波、紫外线和可见光，充分激发滤材中四元复合物的生物和物理化学活性，形成协同作用，从而有效地对饮用水中的有害物质进行吸附和清除。

如图2所示，滤材4中的四元复合材料的净化作用如下：

(1)二氧化钛在紫外线的照射下产生超氧自由基，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化或者还原，达到无害化处理的效果；

(2)贵金属催化剂在led照明光下发生与二氧化钛在紫外线下相似的作用，产生超氧自由基，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化或者还原，达到无害化处理的效果。

(3)银离子利用其较强的化学和生物活性直接对饮用水进行作用，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化，达到无害化处理的效果。

(4)银离子在进行氧化反应后形成离子态银离子，失去活性，贵金属催化剂在led照明光下可以将离子态的银离子进行还原，从而获得高活性的游离态的银离子，继续对饮用水进行无害化处理。

(5)超声波可以在饮用水内部形成非常小的气泡爆破点，进而形成局部的瞬间高温和瞬间高压，不仅可以杀菌抑菌，而且还可以对小分子有机物进行氧化或者还原，达到无害化处理的效果。

该四元复合材料具有以下技术效果：

(1)、当声波通过通孔材料时，声波的波能会转化为热能而产生削波作用；

(2)、当超声波遇到四元复合材料时，会产生谐振削波作用，高频声波的波幅可以被削减；

(3)、四元复合材料中含有能够导电的粉末，由此对电磁波也有很好的屏蔽作用。

该超声波净水机不仅工作效率高，而且滤材耐钝化，再生能力强，非常适合长期连续使用，而无需频繁第进行清洗和活化，使用非常方便。该超声波净水机还可以利用四元复合材料隔音、削波作用和对电磁波的屏蔽作用，隔绝超声波或者噪音，而且还可以吸收电磁辐射，减少其对周围的人体造成伤害。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，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。