基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器及方法技术

公开了基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器及方法，净化器中，负介电泳净化装置的第一侧连通进口泵以导入水，纳米多孔膜的孔截面呈两对称圆弧且孔径自上而下逐渐减少，来自进口泵的水在重力作用和非均匀电场作用下流经纳米多孔膜以净化，多个阴离子膜设在第一电极和第二电极之间，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阴离子透过阴离子膜而阳离子不可透过阴离子膜；多个阳离子膜设在第一电极和第二电极之间且每个阳离子膜与阴离子膜交替布置，当电渗析装置工作时，三通阀控制排污口关闭，第四出口打开收集淡化水，倒极装置设在电渗析装置与电源的电路之中以更换第一电极和第二电极正负极性。

【技术实现步骤摘要】
基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器及方法
本专利技术涉及自来水、废水或污水的多级净化除污
，特别是一种基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器及方法。
技术介绍
水是地球上一切生命赖以生存，人类生活和生产活动不可缺少的重要物质，又是不可替代的重要自然资源。随着经济发展、人口增长和人们物质文化水平的提高，世界各地对水的需求日益增长。我国水资源总量较丰富，但人均拥有水量少，且分布不均。目前可供城市利用的淡水资源很少。城市水资源的短缺与城市经济、文化发展的需要水量之间的矛盾，日益突出，城市缺水的形势越来越严峻，已成为制约城市社会经济发展的重要因素。自来水中含有异色，异味，余氯，臭氧硫化氢，细菌，病毒，重金属等物质，直接饮用会对人体细胞、器官造成严重影响，甚至存在致癌的风险。所以需要对饮用水进行净化处理后再输出，除掉自来水中的病毒和细菌并过滤掉自来水中异色，异味，余氯，臭氧硫化氢，重金属；阻挡悬浮颗粒改善水质，同时保留对人体有益的微量元素，达到完全符合世界卫生组织公布的直接饮用健康水的标准。介电泳指的是极化粒子在非均匀电场作用下在水溶液中发生的定向迁移。微粒的运动方向取决于微粒和介质溶液间的极化率，当微粒的极化率大于介质溶液的极化率时，微粒向电场强度大的方向运动称为正介电电泳；反之则称为负介电电泳。当下介电泳的应用较少，由于其需要较大的非均匀电场，微粒尺寸小，操纵困难，成本很高。电渗析指的是在电场作用下利用半透膜的选择透过性来分离不同的溶质粒子时，溶液中的带电的溶质粒子通过膜而迁移的现象。其主要应用与电渗析除盐、海水淡化、电镀废液处理等领域。但是，电渗析在应用中容易产生极化现象，使得一部分电能浪费在水的电离上，使电流效率下降；电渗析装置中的结垢与沉淀会大大影响膜的性能，使膜的电阻增大，机械强度下降，缩短膜的使用寿命。
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器及方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。一种基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器包括，负介电泳净化装置，其包括第一侧、相对于第一侧的第二侧、上极板、下极板以及设在上极板和下极板之间的纳米多孔膜，负介电泳净化装置的第一侧导入水，所述纳米多孔膜的孔截面呈两对称圆弧且孔径自上而下逐渐减少，通电的上极板和下极板在孔内形成电场强度上小下大的非均匀电场，来自进口泵的水在重力作用和非均匀电场作用下流经所述纳米多孔膜以净化；第一出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜上方以排出极化率小于水的污染物；第二出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜下方以排出净化后的水；电渗析装置，其经由控制流量的阀连通所述第二出口，其包括，多个入口，第一电极，其位于电渗析装置左端，第二电极，其位于电渗析装置右端且极性与第一电极相反，多个阴离子膜，其设在第一电极和第二电极之间，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阴离子透过阴离子膜而阳离子不可透过阴离子膜；多个阳离子膜，其设在第一电极和第二电极之间且每个阳离子膜与阴离子膜交替布置，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阳离子透过阳离子膜而阴离子不可透过阳离子膜，基于多个阳离子膜与阴离子膜交替布置，电渗析装置在其底部形成浓缩通道和淡化通道；第三出口，其连通电渗析装置的浓缩通道以收集浓缩后的富离子水；三通阀，其连接电渗析装置的淡化通道以及连接第四出口和排污口且控制第四出口和排污口；第四出口，其收集来自淡化通道的去离子淡化水；排污口，其与第四出口并列以排污，当电渗析装置工作时，三通阀控制排污口关闭，第四出口打开收集去离子淡化水，在电渗析装置清洗时，三通阀控制第四出口关闭，排污口打开进行排污。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，水净化器还包括用以预定流量供应待净化的水的进口泵，负介电泳净化装置的第一侧连通所述进口泵以导入水。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，电源，其分别连接上极板和下极板以及第一电极和第二电极以供电；倒极装置，其设在电渗析装置与电源的电路之中以更换第一电极和第二电极正负极性。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，所述入口设在阳离子膜与阴离子膜之间。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，所述浓缩通道和淡化通道交替布置。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，上极板和下极板相对于所述纳米多孔膜对称布置。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，上极板或下极板材料包括活性碳纤维。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，所述倒极控制器周期地切换第一电极和第二电极的极性。所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器中，电流表设在电渗析装置与电源的电路之中以监测电渗析装置的工作电流密度。根据本专利技术另一方面，一种所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器的净化方法包括以下步骤，进口泵以预定流量供应待净化的水；上极板和下极板通电在孔内形成电场强度上小下大的非均匀电场，来自进口泵的水在重力作用和非均匀电场作用下流经所述纳米多孔膜以净化；电渗析装置工作，第一电极和第二电极通电生成电场，水中的阴离子透过阴离子膜而阳离子不可透过阴离子膜，水中的阳离子透过阳离子膜而阴离子不可透过阳离子膜，三通阀控制排污口关闭，第四出口打开收集去离子淡化水；倒极装置周期性更换第一电极和第二电极正负极性以清洗电渗析装置，三通阀控制第四出口关闭，排污口打开进行排污。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术基于负介电泳控制极化粒子在纳米多孔膜内非均匀电场的定向迁移，高效地过滤自来水中的极化率较低的氯气、有机污染物、细菌等大部分污染物；得益于纳米多孔膜的尺度小，也可以天然地对一些污染物进行选择过滤；进一步地，本专利技术改进现有的电渗析技术，通过电流检测，电压控制的联合作用，实现装置内电流不会超过极限电流密度，防止极化现象；倒极模块又可以更加提高装置和膜的使用寿命，减少对装置的清洗周期；本专利技术净化过程轻柔高效，无机械损耗、化学腐蚀，使用寿命长；本专利技术清洗除杂方式简易可行，可不改变装置内部膜结构的情况下，对过滤掉的杂质进行排污；本专利技术净化率高，成本较低，无额外污染，清洁环保。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器，其包括，/n负介电泳净化装置，其包括第一侧、相对于第一侧的第二侧、上极板、下极板以及设在上极板和下极板之间的纳米多孔膜，负介电泳净化装置的第一侧导入水，所述纳米多孔膜的孔截面呈两对称圆弧且孔径自上而下逐渐减少，通电的上极板和下极板在孔内形成电场强度上小下大的非均匀电场，来自进口泵的水在重力作用和非均匀电场作用下流经所述纳米多孔膜以净化；/n第一出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜上方以排出极化率小于水的污染物；/n第二出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜下方以排出净化后的水；/n电渗析装置，其经由控制流量的阀连通所述第二出口，其包括，/n多个入口，/n第一电极，其位于电渗析装置左端，/n第二电极，其位于电渗析装置右端且极性与第一电极相反，/n多个阴离子膜，其设在第一电极和第二电极之间，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阴离子透过阴离子膜而阳离子不可透过阴离子膜；/n多个阳离子膜，其设在第一电极和第二电极之间且每个阳离子膜与阴离子膜交替布置，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阳离子透过阳离子膜而阴离子不可透过阳离子膜，基于多个阳离子膜与阴离子膜交替布置，电渗析装置在其底部形成浓缩通道和淡化通道；/n第三出口，其连通电渗析装置的浓缩通道以收集浓缩后的水；/n三通阀，其连接电渗析装置的淡化通道以及连接第四出口和排污口且控制第四出口和排污口；/n第四出口，其收集来自淡化通道的淡化水；/n排污口，其与第四出口并列以排污，当电渗析装置工作时，三通阀控制排污口关闭，第四出口打开收集淡化水，在电渗析装置清洗时，三通阀控制第四出口关闭，排污口打开进行排污。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器，其包括，
负介电泳净化装置，其包括第一侧、相对于第一侧的第二侧、上极板、下极板以及设在上极板和下极板之间的纳米多孔膜，负介电泳净化装置的第一侧导入水，所述纳米多孔膜的孔截面呈两对称圆弧且孔径自上而下逐渐减少，通电的上极板和下极板在孔内形成电场强度上小下大的非均匀电场，来自进口泵的水在重力作用和非均匀电场作用下流经所述纳米多孔膜以净化；
第一出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜上方以排出极化率小于水的污染物；
第二出口，其经由第二侧连通所述负介电泳净化装置且位于纳米多孔膜下方以排出净化后的水；
电渗析装置，其经由控制流量的阀连通所述第二出口，其包括，
多个入口，
第一电极，其位于电渗析装置左端，
第二电极，其位于电渗析装置右端且极性与第一电极相反，
多个阴离子膜，其设在第一电极和第二电极之间，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阴离子透过阴离子膜而阳离子不可透过阴离子膜；
多个阳离子膜，其设在第一电极和第二电极之间且每个阳离子膜与阴离子膜交替布置，在通电后的第一电极和第二电极生成的电场作用下，水中的阳离子透过阳离子膜而阴离子不可透过阳离子膜，基于多个阳离子膜与阴离子膜交替布置，电渗析装置在其底部形成浓缩通道和淡化通道；
第三出口，其连通电渗析装置的浓缩通道以收集浓缩后的水；
三通阀，其连接电渗析装置的淡化通道以及连接第四出口和排污口且控制第四出口和排污口；
第四出口，其收集来自淡化通道的淡化水；
排污口，其与第四出口并列以排污，当电渗析装置工作时，三通阀控制排污口关闭，第四出口打开收集淡化水，在电渗析装置清洗时，三通阀控制第四出口关闭，排污口打开进行排污。


2.如权利要求1所述的基于介电泳纳米膜及电渗析的水净化器，其中，优选的，水净化器还包括，
电源，其分别连接上极板和下极板以及第一电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：屈治国，朱黄祎，田地，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61