申请日2018.01.10
公开(公告)日2018.10.12
IPC分类号C02F9/10; C02F1/30; C02F1/14; C02F1/04; C02F103/04; C02F101/30
摘要
本实用新型涉及太阳能光热转换蒸发污水净化处理技术领域，具体涉及一种便携式水处理器。本实用新型采用太阳能聚光镜有效提高了入射太阳光的利用率，进而提高了水的热蒸发速率;采用多孔滤膜对待处理水初步进行大颗粒污染物的过滤;采用半导体纳米材料作为光热转换载体，一方面提高光热转换效率，加速水的蒸发，另一方面半导体材料的光催化效应可有效去除水中的有机污染物，此外，考虑到弱光照地区和夜间的使用，本实用新型采用了电热辅助蒸发技术。经过本装置的处理，可去除原有水中绝大部分的杂质，最终得到的水质可达到去离子水级别。本实用新型将有效解决水源污染地以及海岛兵站等淡水缺乏环境中的生存用水问题。
权利要求书
1.一种便携式水处理器，其特征在于：包括纯水收集装置(12)、待处理储水装置(9)和上盖(2)，所述的上盖(2)设置于纯水收集装置(12)的上部开口处，纯水收集装置(12)的上开口处扣设有锥形导流盖(3)，锥形导流盖(3)设置于上盖(2)内，上盖(2)的顶部设置有太阳能聚光镜(1)，所述的纯水收集装置(12)内设置有待处理储水装置(9)，待处理储水装置(9)的内壁上设置有由导水材料(7)形成的导水器，导水器的顶部下端设置有隔热材料层(8)，顶部上端设置有多孔电热辅助蒸发层(6)，所述的多孔电热辅助蒸发层(6)的上端面设置有多孔滤膜(5)，多孔滤膜(5)的上端面设置有辅助蒸发催化层(4)，所述的纯水收集装置(12)、待处理储水装置(9)和上盖(2)均为无色透明材质;
所述的太阳能聚光镜(1)为圆形双凸透镜、平凸透镜、组合透镜或菲涅尔透镜，光学有效口径为80~150mm，焦距为50~100mm，其制备材料为无色光学玻璃，或者无色光学塑料;
所述的锥形导流盖(3)呈圆锥状，制备材料为无色光学玻璃或者无色光学塑料，高25~50mm，口径80~150mm，锥形导流盖的工作表面进行低表面能疏水氟化处理。
2.根据权利要求1所述的一种便携式水处理器，其特征在于：所述的多孔电热辅助蒸发层(6)上连接有电源(13)。
3.根据权利要求1或2所述的一种便携式水处理器，其特征在于：所述的多孔滤膜(5)选用孔径0.22微米或0.45微米的水系滤膜或混合膜，直径50~100mm。
4.根据权利要求3所述的一种便携式水处理器，其特征在于：所述的多孔电热辅助蒸发层(6)的直径50~100mm，包含多孔材料基底(14)、电阻丝(15)和电极(16);所述的电极(16)设置于电阻丝(15)的两端，电阻丝(15)设置于多孔材料基底(14)上;
所述的多孔材料基底(14)选用多孔陶瓷或多孔滤膜;
所述的电阻丝(15)采用合金、纯金属或非金属，合金为镍铬或者铁镍;纯金属为钼、钨或钽;非金属为石墨或者碳化硅，电阻丝表面绝缘处理;
所述的电极(16)采用金、钛或铂金导电性好且耐酸碱腐蚀的金属。
5.根据权利要求4所述的一种便携式水处理器，其特征在于：所述的隔热材料层的隔热材料选用泡沫塑料、气凝胶隔热毡或者真空隔热板。
6.根据权利要求2所述的一种便携式水处理器，其特征在于：所述的电源(13)为手动式发电机、便携式太阳能电池组件或者各类蓄电池。
说明书
一种便携式水处理器
技术领域
本实用新型涉及太阳能光热转换蒸发污水净化处理技术领域，具体涉及一种便携式水处理器。
背景技术
人口、资源和环境，是当今世界所面临的三项重大发展问题，而在资源问题中，水资源是各种资源中人类最不可或缺、无法替代的资源之一，水资源问题，已经成为今天全世界最为关注和迫切需要寻找解决途径的重要问题之一。人类真正可以利用的淡水资源是江河湖泊和地下水中的一部分，仅占地球总水量的0.26%。目前，全世界约有10亿多人面临着水资源短缺的问题，据有关专家估计，大约至2025年，世界将有近一半人口生活在严重缺水的地区，水资源危机已经成为严重制约人类可持续发展的重要因素之一。因此，面临日益严峻的全球化水危机形势，作为淡水资源增量与替代技术的海水淡化技术及相关产业应运而生。
目前，太阳能作为可再生能源首要发展方向之一，已受到了越来越多的重视，将太阳能产生的热能引入水处理工艺，一方面可利用太阳能产生的热能使水蒸发起到去除杂质效果;另一方面，利用太阳能可以大大减少投加药剂的成本、以及后续带来二次污染。现如今，中国采用海水淡化技术仅仅只是海水淡化厂这种大规模工厂进行使用，像自带中水(生活污水)或海水净化功能的水杯在市场上基本没有，当人处于特殊恶劣的条件下，例如：水源污染地以及海岛兵站等淡水缺乏环境，如何净化水质和海水淡化成为人类如何在恶劣环境下生存最核心的问题。
目前，采用传统太阳能污水处理或海水淡化的效率较低，约为3-4kg/m2/d。而采用辅助蒸发材料的太阳能净水系统的效率可达到8-10 kg/m2/d。市面上通常采用黑色的有机或无机颗粒状物质(黑色萘胺等)与待处理水进行混合，来增加水的吸热效果，从而加快水的蒸发。然而，此类物质一方面难以回收，另一方面带来了二次污染。近年来，一种新型的太阳能辅助蒸发海水淡化的方法引起了学界的广泛关注，其采用黑色碳材料(石墨烯、碳纳米管和氧化石墨烯)或纳米金属颗粒悬浮于液面，使其充分浸润于待处理水，在太阳能光照射下，黑色材料吸收太阳光中的大部分热量，并将热量局限于液面表层，大大提高了水的蒸发效率，蒸发速率可达1.5kg/m2/h，如果再采用太阳能聚光系统其蒸发速率可高达8-10 kg/m2/h。这种方法只是将辅助材料平铺于液面，既便于再次回收利用，也不会产生二次污染。但是这种辅助蒸发方法只能将水中的金属离子过滤掉，并不能将水中的有机污染物也一并降解掉。
实用新型内容
本实用新型为解决上述技术问题，提供一种便携式水处理器。
为解决现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案是：一种便携式水处理器，其特征在于：包括纯水收集装置、待处理储水装置和上盖，所述的上盖设置于纯水收集装置的上部开口处，纯水收集装置的上开口处扣设有锥形导流盖，锥形导流盖设置于上盖内，上盖的顶部设置有太阳能聚光镜，所述的纯水收集装置内设置有待处理储水装置，待处理储水装置的内壁上设置有由导水材料形成的导水器，导水器的顶部下端设置有隔热材料层，顶部上端设置有多孔电热辅助蒸发层，所述的多孔电热辅助蒸发层的上端面设置有多孔滤膜，多孔滤膜的上端面设置有辅助蒸发催化层，所述的纯水收集装置、待处理储水装置和上盖均为无色透明材质;
所述的辅助蒸发催化层由黑色半导体纳米材料制成，黑色半导体纳米材料选用铜铟硫(CuInS2)、铜铟硒(CuInSe2)、铜铟镓硒(CuInGaSe2)、铜锡硫(Cu2SnS3)、铜锌锡硫(Cu2ZnSnS4)、铜锌锡硒(Cu2ZnSnSe4)、铜锌锡硫硒(Cu2ZnSn(SSe)4)的一种或者两种以上材料的混合;纳米材料的形貌为纳米球、纳米片、纳米颗粒或纳米花，粒径分布为5~500nm;
所述的太阳能聚光镜为圆形双凸透镜、平凸透镜、组合透镜或菲涅尔透镜，光学有效口径为80~150mm，焦距为50~100mm，其制备材料为无色光学玻璃，或者无色光学塑料;
所述的锥形导流盖呈圆锥状，制备材料为无色光学玻璃或者无色光学塑料，高25~50mm，口径80~150mm，锥形导流盖的工作表面进行低表面能疏水氟化处理。
所述的多孔电热辅助蒸发层上连接有电源。
所述的多孔滤膜选用孔径0.22微米或0.45微米的水系滤膜或混合膜，直径50~100mm。
所述的多孔电热辅助蒸发层的直径50~100mm，包含多孔材料基底、电阻丝和电极;所述的电极设置于电阻丝的两端，电阻丝设置于多孔材料基底上;
所述的多孔材料基底选用多孔陶瓷或多孔滤膜;
所述的电阻丝采用合金、纯金属或非金属，合金为镍铬或者铁镍;纯金属为钼、钨或钽;非金属为石墨或者碳化硅，电阻丝表面绝缘处理;
所述的电极采用金、钛或铂金导电性好且耐酸碱腐蚀的金属。
所述的隔热材料层的隔热材料选用泡沫塑料、气凝胶隔热毡或者真空隔热板。
所述的电源为手动式发电机、便携式太阳能电池组件或者各类蓄电池。
与现有技术相比，本实用新型的优点如下：
1、本实用新型采用黑色半导体纳米材料辅助蒸发催化层实现水净化，黑色半导体纳米材料具有较高的光吸收系数和较大的比表面积，可将太阳能高效的转换成热能，促进水的蒸发，实现脱盐功能;
2、本实用新型采用的黑色的半导体材料，基于半导体光催化的原理，在可见光区具有明显的光催化分解有机物的能力，可对水中的有机物进行分解，实现水的进一步净化;
3、本实用新型采用太阳能聚光镜和电热辅助蒸发设计，不管是在有太阳光照的条件下还是在弱光照地区和夜间均可使用，可提高水蒸发速率，在良好光照条件下，可使用太阳能电池组件实现电热辅助加热，实现真正的绿色环保的水净化;
4、本实用新型采用太阳能聚光镜，可大大提高水的蒸发速率;
5、本实用新型锥形导流盖工作表面通过低表面能疏水氟化处理，可大大提高纯水的导流和收集效率。
6、本实用新型采用隔热材料将热能限制在蒸发区域，有效降低了蒸发区域的热损失。
7、本实用新型装置的具体功能体现在：首先通过毛细管导水材料及滤膜对水进行初步过滤，然后通过半导体材料在聚焦太阳光照下，一方面辅助加速水的蒸发;另一方面，由于半导体材料的光催化效果，对水中的有机污染物进行有效降解，从而达到既能有效过滤金属离子也能降解有机物的目的，
8、本实用新型将推动低成本水处理的实用化进程，也能使饮水困难地区的生存用水问题得到最基本的保障。
