一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统及净化方法与流程

本发明涉及一种净水装置及方法，特别涉及一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统及净化方法。

背景技术：

随着城市建设和人们生活水平的提高，环境污染情况也越来越差。其中，水污染已经成为危害城市建设和人们身体健康的主要因素之一。因此，对污水的处理和水质的净化都成为人们研究关注的重点。目前，在对水质尤其是饮用水进行净化时，常常存在水质净化效率低，净化不充分、净化装置使用寿命短，需经常更换，增加成本等问题。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统及净化方法，以达到有效净化饮用水，提高净化效率和净化效果的目的。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统，包括依次连接的前置pp棉装置、金刚石截流膜装置、金刚石薄膜净水装置和后端活性炭装置，所述金刚石截流膜装置与电源阴极相连，所述金刚石薄膜净水装置与电源阴极和阳极相连，所述金刚石薄膜净水装置的底部通过反冲管路和反冲泵连接金刚石截流膜装置，所述金刚石截流膜装置底部连接废水通道和阀门，所述后端活性炭装置与电源阴极相连。

上述方案中，所述金刚石薄膜净水装置包括位于密封结构内的两片掺杂金刚石薄膜，两片掺杂金刚石薄膜分别通过电流收集器与电源连接，所述密封结构内开设水流通道，两片掺杂金刚石薄膜通过水流通道与待净化水体接触。

上述方案中，所述金刚石截流膜，是在具有刚性支撑的纳米多孔金属/陶瓷基底上通过化学气相沉积技术直接沉积得到的纳米多孔硼掺杂金刚石薄膜，或者通过液相刻蚀纳米硼掺杂金刚石/碳化硅复合薄膜的方法得到。

进一步的技术方案中，所述纳米多孔金属基底的金属为氧化铝、氧化锆、钛、铌、钼及其复合物。

进一步的技术方案中，所述金刚石截流膜的孔径尺寸范围为0.1～100nm。

上述方案中，所述电源阴极是指与电源负极相连并为与电源负极相连接的金刚石截流膜、活性炭装置提供电子，促进重金属离子、臭氧、羟基自由基等氧化性物质的还原反应的发生，电源负极的电位为-0.5v～0v。

上述方案中，所述金刚石薄膜净水装置中金刚石薄膜的成分是硼掺杂金刚石薄膜、氮掺杂金刚石薄膜、硼掺杂金刚石/碳化硅复合薄膜、硼掺杂金刚石/二氧化钛复合薄膜中的一种或几种组合，其厚度为0.5～2000.0微米，硼掺杂浓度为500～25000ppm。

上述方案中，所述电源阴极与阳极之间施加电压为4～24v或者电流密度为0.05～1.0a/cm²。

上述方案中，所述后端活性炭装置包括压缩活性炭滤芯和包裹在外面的无纺布，两者之间设置用于与电源阴极相连接的金属钛网，阴极电位为-0.5～0v。

一种基于金刚石薄膜的饮用水净化方法，采用上述的一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统，包括如下过程：

1)待饮用水经过前端pp棉装置，进行大颗粒固体悬浮物的过滤；

2)流经金刚石截流膜装置进行截流过滤，进一步去除悬浮物，并利用与电源阴极相连的金刚石截流膜对流经水体释放电子，将重金属离子还原为金属单质，定期利用经金刚石薄膜净水装置处理的待饮用水由反冲泵与反冲管路冲洗金刚石截流膜，防止金属颗粒在金刚石截流膜表面沉积，促使沉降的金属微粒、固体悬浮物通过废水通道、阀门排除；

3)利用金刚石薄膜净水装置与电源阴极、电源阳极接通条件下产生的羟基自由基与臭氧，对待饮用水体进行灭菌与有机物降解处理；

4)待饮水流经后端活性炭装置，在电源阴极作用下，过量的臭氧被催化分解，吸附残留臭氧与痕量重金属离子，得到净化饮用水。

通过上述技术方案，本发明提供的基于金刚石薄膜的饮用水净化系统及净化方法利用前端pp棉装置，进行大颗粒固体悬浮物的过滤；利用金刚石截流膜进行截流过滤，同时去除重金属离子，利用金刚石薄膜净水装置行灭菌与有机物降解处理，利用后端活性炭装置吸附残留臭氧与痕量重金属离子，得到净化饮用水。同时还可以定期利用经金刚石薄膜净水装置处理的待饮用水由反冲泵与反冲管路冲洗金刚石截流膜，防止金属颗粒在金刚石截流膜表面沉积，延长金刚石截流膜的使用寿命。

该装置无储水罐、体积小，通过该方法可以对饮用水进行充分的净化，得到符合要求的净化水，该方法净化效率高，适用寿命长，绿色无污染，可广泛运用于智能家居、办公、航空航天等领域，具有很好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明实施例所公开的一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统结构示意图；

图2为本发明实施例所公开的金刚石薄膜净水装置结构示意图。

图中，1、前置pp棉装置；2、金刚石截流膜装置；3、金刚石薄膜净水装置；4、后端活性炭装置；5、反冲管路；6、反冲泵；7、废水通道；8、阀门；9、密封结构；10、掺杂金刚石薄膜；11、电流收集器；12、水流通道；13、基底；14、离子交换膜。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

本发明提供了一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统，如图1所示，该装置无储水罐、体积小，可直接安装于饮用水管道上，可用于智能家居、办公、航天航空等领域。

如图1所示的基于金刚石薄膜的饮用水净化系统，包括依次连接的前置pp棉装置1、金刚石截流膜装置2、金刚石薄膜净水装置3和后端活性炭装置4，金刚石截流膜装置2与电源阴极相连，金刚石薄膜净水装置3与电源阴极和阳极相连，金刚石薄膜净水装置3的底部通过反冲管路5和反冲泵6连接金刚石截流膜装置2，金刚石截流膜装置2底部连接废水通道7和阀门8，后端活性炭装置4与电源阴极相连。

前置pp棉装置1是在密封的容器内盛放pp棉，待净化的饮用水流过pp棉，过滤其中的大颗粒固体悬浮物。

本实施例中，金刚石截流膜是在具有刚性支撑的纳米多孔金属/陶瓷基底上通过化学气相沉积技术直接沉积得到的纳米多孔硼掺杂金刚石薄膜，或者通过液相刻蚀纳米硼掺杂金刚石/碳化硅复合薄膜的方法得到。纳米多孔金属基底的金属为氧化铝、氧化锆、钛、铌、钼及其复合物。金刚石截流膜的孔径尺寸范围为0.1～100nm。金刚石截流膜装置2是在密封的容器内安装了金刚石截流膜，饮用水流经金刚石截流膜时，可以进一步去除悬浮物，过滤重金属。

如图2所示，金刚石薄膜净水装置3包括位于密封结构9内的两片掺杂金刚石薄膜10，两片掺杂金刚石薄膜10分别通过电流收集器11与电源连接，密封结构9内开设水流通道12，两片掺杂金刚石薄膜10通过水流通道12与待净化水体接触。掺杂金刚石薄膜10可以具有基底13，两片掺杂金刚石薄膜10之间可以设置离子交换膜14。

金刚石薄膜净水装置3中金刚石薄膜的成分是硼掺杂金刚石薄膜、氮掺杂金刚石薄膜、硼掺杂金刚石/碳化硅复合薄膜、硼掺杂金刚石/二氧化钛复合薄膜中的一种或几种组合，其厚度为0.5～2000.0微米，硼掺杂浓度为500～25000ppm。其基底可以是厚度0～2.0mm的硅、钛、铌、钼的单质及其合金、氧化铝、氧化锆等陶瓷及其复合物，两片掺杂金刚石薄膜的间距为0.01～2.0mm。金刚石薄膜净水装置3中，电源阴极与阳极之间施加电压为4～24v或者电流密度为0.05～1.0a/cm²。

本实施例中，电源阴极是指与电源负极相连并为与电源负极相连接的金刚石截流膜、活性炭装置4提供电子，促进重金属离子、臭氧、羟基自由基等氧化性物质的还原反应的发生，电源负极的电位为-0.5v～0v。

本实施例中，后端活性炭装置4包括压缩活性炭滤芯和包裹在外面的无纺布，两者之间设置用于与电源阴极相连接的金属钛网。上述组件设置于密封装置内，饮用水流经活性炭滤芯后，在电源阴极作用下，过量的臭氧被催化分解，吸附残留臭氧与痕量重金属离子，得到净化饮用水。

一种基于金刚石薄膜的饮用水净化方法，采用上述的一种基于金刚石薄膜的饮用水净化系统，包括如下过程：

1)待饮用水经过前端pp棉装置1，进行大颗粒固体悬浮物的过滤；

2)流经金刚石截流膜装置2进行截流过滤，进一步去除悬浮物，并利用与电源阴极相连的金刚石截流膜对流经水体释放电子，将重金属离子还原为金属单质，定期利用经金刚石薄膜净水装置3处理的待饮用水由反冲泵6与反冲管路5冲洗金刚石截流膜，防止金属颗粒在金刚石截流膜表面沉积，促使沉降的金属微粒、固体悬浮物通过废水通道、阀门排除；

3)利用金刚石薄膜净水装置3与电源阴极、电源阳极接通条件下产生的羟基自由基与臭氧，对待饮用水体进行灭菌与有机物降解处理；

4)待饮水流经后端活性炭装置4，在电源阴极作用下，过量的臭氧被催化分解，吸附残留臭氧与痕量重金属离子，得到净化饮用水。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。