专利名称：一种提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋及其制作方法
技术领域：
本发明涉及一种提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋及其制作方法，所述净水袋能够给处于自然灾害(地震、洪涝等)及水污染突发时的受灾群众快速提供安全、健康、可靠的应急饮用水。
背景技术：
我国是一个自然灾害频发的国家。近些年来，由于环境污染的日益严重，人口的不断增长，人们社会经济活动的不合理造成了人与自然的严重不和谐，人为因素加之气候或地理活动的因素使自然灾害的发生率急剧上升。最近几年的云南暴雨、南方冰雪灾害、汶川地震、玉树地震、温州台风、新疆暴风雪等给国家带来了严重的经济损失和人员伤亡。在中国，广大地区由于经济不发达、设备不完善、体系不成系统等因素，不可能及时的了解相关灾害发生的信息。一旦发生灾害，又因交通不便、物资不全、专业救急人员不能马上赶赴现场或者受灾人群由于本身知识的欠缺而不知所措等都会加剧灾害带来的影响。水是生命之源，在受灾区域其作用更是举足轻重，灾害初期，正常的供水系统被严重破坏，极大地影响了当地受灾群众和救灾人员的饮用水供应。据统计，“5.12”汶川地震后，饮水受影响的总人口数为1121万，地震后全省有42万余处农村供水工程不同程度受损，损毁供水管道4X 104km。因此当务之急是为受灾人民和救灾人员快速提供安全、健康的饮用水。灾害不仅 毁坏了日常供水方式，而且造成了饮用水的严重污染。洪涝发生时，水通常会被人畜排泄物、尸体及被破坏的建筑中的污染物污染，容易引起水源性疾病的暴发；地震时，建筑物的破坏会导致化学污染源进入水体，造成严重的有机物和化学类污染。通常救灾人员的应对措施包括寻找新的可用水源:即未被污染的地表水、地下水以及山泉水；抢修被破坏的供水系统，加强消毒措施；采用洁净的瓶装水和桶装水应急；修建应急集中供水站等。但即使这样也不能保证每位受灾群众都能及时获取安全的淡水资源。随着正渗透膜相关技术的迅速发展，尤其是美国Hydration TechnologyInnovations (HTI)公司高效能正渗透膜的问世，大大的推进了正渗透膜的实际应用，衍生了一系列的供水设备。但是由于商业正渗透膜的价格较为昂贵，不适宜较大范围的推广使用。本发明利用自行制备的正渗透膜材料，设计出了简单、便携、高效、经济的多功能正渗透膜净水袋，在应急饮用水的供给上可发挥至关重大的作用。在受灾地区，只需将污染水源作为原溶液灌入到原溶液腔中，再将高浓度的汲取液加入到汲取液腔中，摇匀平放静置数小时后，即可获得卫生的饮用水。相信随着正渗透膜的进一步发展和完善，正渗透膜净水袋必定会成为供给应急饮用水的不可或缺的设备。
发明内容
本发明目的在于提供一种简便易携、高效节能、经济实用且能够提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋，水袋内部依次为原溶液腔、汲取液腔、净水腔，前两者仅借助渗透压差就可获取安全的淡水资源，后者为净水储存空间。本发明提出的供给应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋，所述净水袋由生产饮用水和储存净水两部分组成，生产饮用水部分包含原溶液、汲取液的获取充入和淡水的自主扩散两个阶段；储存净水部分即将现有的净水或是水袋生产的饮用水储存在净水腔内，以供随时饮用。所述净水袋由原溶液入口 1、过滤滤网2、正渗透膜3、汲取液入口 4、净水入口
5、隔水界面6和壳体7组成，正渗透膜3和隔水界面6垂直分布于壳体7内，将壳体7内分隔成三个独立的空间，依次为原溶液腔8、汲取液腔9和净水腔10 ;壳体7 —侧设有原溶液入口 I，原溶液入口 I通过过滤滤网2连接原溶液腔7，壳体7另一侧设有净水入口 5，净水入口 5连接净水腔10，壳体7 —端设有汲取液入口 4，汲取液入口 4连接汲取液腔9 ;原溶液由原溶液入口 I进入到原溶液腔8内，汲取液由汲取液入口 4进入到汲取液腔9内，保证各入口为关闭状态，摇匀水袋并使其水平放置，借助于正渗透膜两侧的溶液渗透压差，无需外加动力，位于原溶液腔8内的原溶液扩散至汲取液腔9 一侧，被稀释的汲取液可供直接饮用。本发明提出的供给应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋的制作方法，具体步骤如下:
(1)正渗透膜的制备
按体积百分比计，将1(Γ15%的三醋酸纤维素(CTA)、1 3%的溶液添加剂、4 8%的乳酸和80%的1，4- 二氧六环混合均匀，加热溶液至70°C 90°C并充分搅拌22 26小时使三醋酸纤维素完全溶解、静置12 24小时使其脱除气泡。在室温为20°C 25°C、相对湿度为70°/Γ90%的条件下，使用刮膜机在聚酯筛网支撑层上刮出一定厚度的正渗透膜，放入去离子水中凝胶1.8 2.2小时后，再放入热水中进行热处理，最后保存在去离子水中待用并且定期更换水；
(2)正渗透水袋的制备
将步骤(I)得到的正渗透膜和隔水界面放置于壳体内，将其内部分隔成三个独立的空间，依次为原溶液腔、汲取液腔和净水腔，原溶液腔外设置原溶液入口，且原溶液入口处设置过滤滤网，汲取液腔外设置汲取液入口，净水腔外设置净水入口，即得所需净水袋。本发明中，所述溶剂可选择二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮、1，4- 二氧六环或丙酮中的一种或多种。本发明中，所述溶液添加剂可选择聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三乙酯、聚乙二醇、甲醇或乳酸中的一种或多种。本发明中，所述原溶液主要是发生自然灾害及突发污染事件地区可获取的轻度污染水资源，即井水、雨水、河水或湖水等。本发明中，所述汲取液由易溶解且能产生高渗透压的高能量固态颗粒、粉末物质或溶液组成。即将一种或几种高能量物质(例葡萄糖、蛋白质、果糖、蔗糖、乳糖、淀粉等)按照一定比例配置的溶液。本发明中，壳体采用防水材料，主要成分是无毒、无味、耐老化、不污染水质、不与溶液发生反应的橡胶、乳胶、聚乙烯或PVC聚酯纤维等。本发明中，所述过滤滤网2采用16目可拆卸过滤滤网，其材质可选用铜、锌、不锈钢或其他金属，用于原溶液的过滤，以减轻对正渗透膜的污染。水袋不用的时候，保证原溶液入口 1、汲取液入口 4、净水入口 5为关闭状态，保持正渗透膜处于湿润的环境中，避免其失水变干，同时保持腔室内部与外界隔绝，免受污染与损害，延长其使用寿命。本发明中，正渗透膜的有效面积为0.16mX0.24m (可以采用其它不同规格尺寸)，饮用水生产量可达0.2^0.5L/h。本发明的主要优点:
(I)相较于传统的水袋，多功能正渗透膜净水袋不仅具有储存净水的功能，还具有生产洁净饮用水的功能，这对及时提供应急饮用水有着重大的意义。(2)该水袋结构简单、轻便易携、经济高效且应用范围广泛，不仅在应急饮用水的供给上有重大作用，而且适用军事、远途、探险等领域，应用前景非常广阔。(3)原溶液易于获取，运行成本低，反应无需任何外加动力，仅借助于两溶液之间的渗透压差。生产的淡水资源完全符合国家生活饮用水标准，可直接饮用。
图1为多功能正渗透水袋正面(原溶液一侧)；
图2为多功能正渗透水袋反面(净水一侧)；
图3为多功能正渗透水袋断面图。图中标号:I为原溶液入口 ；2为过滤滤网；3为正渗透膜；4为汲取液入口(饮用水出口)；5为净水入口 ；6为隔水界面；7为壳体；8为原溶液腔；9为汲取液腔；10为净水腔。
具体实施例方式为进一步了解该水袋的内容、特点及性能，以下通过实施例结合附图进一步说明。
实施例1:根据图1-图3所示，本发明一种提供应急饮用水的正渗透膜净水袋由原溶液入口 1、过滤滤网2、正渗透膜3、汲取液入口(饮用水出口)4、净水入口 5、隔水界面6和壳体7组成，正渗透膜3和隔水界面6均为内置密封式，位于壳体7内部，将水袋壳体内分隔成三个独立的空间，依次为原溶液腔8、汲取液腔9、净水腔10。实施过程中，将12%的三醋酸纤维素(CTA)、2%的聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)、6%的乳酸和80%的1，4- 二氧六环共200ml溶液混合均匀，高温加热搅拌24小时使溶质完全溶解、静置12小时使其脱除气泡。在适宜的温度和湿度下，使用刮膜机在180目的聚酯筛网支撑层上刮制150um的正渗透膜，放入去离子水中凝胶约2小时后，再放入70°C热水中进行热处理，最后将其保存在去离子水中待用并且定期更换水。选择去离子水作为原溶液及不同浓度(lmol/L、2 mol/L、3mol/L、4mol/L)的氯化钠溶液作为汲取液，在室温T=20°C条件下模拟测试水袋性能。反应初期的3 5h内，对应平均水通量值分别为 5.71L/ (m2 h)、8.87 L/ (m2 h)、11.35 L/ (m2 h)、13.26 L/ (m2 h)。由于正渗透膜是选择性渗透膜，并不能完全截留溶质，因此会有少许的氯化钠溶质从汲取液一侧渗透到原溶液一侧，其对应的溶质反混通量分别为4.2mol/(m2 h)、5.1moI/(m2 h)、
5.7mol/(m2 *h)、7.2 mol/(m2 h)，数据表 明制备的正渗透膜性能良好，不仅水通量较高，而且溶质截留率也较高。水袋汲取液腔的体积约为1.5L，对于低浓度的汲取液来说，溶液充满时间约为7小时，汲取液浓度增大，充满时间会相应减少至3飞h。
实验证实本发明多功能正渗透膜净水袋由于具备操作简单、方便携带、经济实用、无需外加动力、原料液和 汲取液来源广泛且能高效生产安全、健康饮用水的特征，是应急饮用水供给的良好装备。
权利要求
1.一种提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋，其特征在于所述净水袋由生产饮用水和储存净水两部分组成，生产饮用水部分包含原溶液、汲取液的获取充入和淡水的自主扩散两个阶段；储存净水部分即将现有的净水或是水袋生产的饮用水储存在净水腔内，以供随时饮用；净水袋由原溶液入口(1)、过滤滤网(2)、正渗透膜(3)、汲取液入口(4)、净水入口(5)、隔水界面(6)和壳体(7)组成，正渗透膜(3)和隔水界面(6)垂直分布于壳体(7)内，将壳体(7)内分隔成三个独立的空间，依次为原溶液腔(8)、汲取液腔(9)和净水腔(10);壳体(7) —侧设有原溶液入口(I)，原溶液入口(I)通过过滤滤网(2)连接原溶液腔(7)，壳体(7)另一侧设有净水入口(5)，净水入口(5)连接净水腔(10)，壳体(7) —端设有汲取液入口(4)，汲取液入口(4)连接汲取液腔(9);原溶液由原溶液入口(I)进入到原溶液腔(8)内，汲取液由汲取液入口(4)进入到汲取液腔(9)内，保证各入口为关闭状态，摇匀水袋并使其水平放置，借助于正渗透膜两侧的溶液渗透压差，无需外加动力，位于原溶液腔(8)内的原溶液扩散至汲取液腔(9) 一侧，被稀释的汲取液可供直接饮用。
2.一种如权利要求1所述的提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋的制作方法，其特征在于具体步骤如下: (1)正渗透膜的制备 将1(T15%的三醋酸纤维素、3%的溶液添加剂、4 8%的乳酸和80%的1，4- 二氧六环混合均匀，加热溶液至70°C 90°C并充分搅拌22 26小时使三醋酸纤维素完全溶解、静置12 24小时使其脱除气泡；在室温为20°C 25°C、相对湿度为70% 90%的条件下，使用刮膜机在聚酯筛网支撑层上刮出一定厚度的正渗透膜，放入去离子水中凝胶1.8^2.2小时后，再放入热水中进行热处理，最后保存在去离子水中待用并且定期更换水； (2)正渗透水袋的制备 将步骤(I)得到的正渗透膜和隔水界面放置于壳体内，将其分隔成三个独立的空间，依次为原溶液腔、汲取液腔和净水腔，原溶液腔外设置原溶液入口，且原溶液入口处设置过滤滤网，汲取液腔外设置汲取液入口，净水腔外设置净水入口，即得所需净水袋。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述溶剂选择二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮、1，4- 二氧六环或丙酮中的一种或多种。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述溶液添加剂选择聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三乙酯、聚乙二醇、甲醇或乳酸中的一种或多种。
5.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述原溶液主要是发生自然灾害及突发污染事件地区可获取的轻度污染水资源，即井水、雨水、河水或湖水。
6.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述汲取液由易溶解且能产生高渗透压的高能量固态颗粒、粉末物质或溶液组成，即将一种或几种高能量物质的葡萄糖、蛋白质、果糖、蔗糖、乳糖和粉按照一定比例配置的溶液。
7.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于壳体采用防水材料为橡胶、乳胶、聚乙烯或PVC聚酯纤维中任一种。
8.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述过滤滤网2采用16目可拆卸过滤滤网，其材质可选用铜、锌、不锈钢或其他金属，用于原溶液的过滤，以减轻对正渗透膜的污染。
9.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于所述正渗透膜的有效面积为.0.16mX 0.24m，饮用水生产量达到0.2 0.5L/h 。
全文摘要
本发明涉及一种提供应急饮用水的多功能正渗透膜净水袋及其制作方法，在由防水材料制作的壳体内部，分别通过内置密封的正渗透膜界面和隔水界面将水袋内部分隔成三个独立的腔室，依次为原溶液腔、汲取液腔、净水腔。原溶液和汲取液仅借助于两者之间的渗透压差作为推动力使原溶液中的水通过正渗透膜扩散至汲取液一侧，实现淡水资源的再生，从而为地震、洪水、突发水污染等紧急情况下提供安全、健康、可靠的饮用水。应急水袋的核心组件——正渗透膜自主制备，其性能良好且稳定，水通量可达6~15L/(m2.h)，可以快速的生产淡水资源。该应急水袋同时实现了饮用水的生产和储存功能，且易于操作，方便携带，是提供安全应急饮用水的良好工具。
文档编号B01D67/00GK103172186SQ20131007721
公开日2013年6月26日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者周雪飞, 张亚雷, 褚华强, 赵静, 郭肃晋 申请人:同济大学