[发明专利]一种基于石墨烯技术的饮用水过滤装置及过滤方法

说明书

技术领域

本发明涉及饮用水过滤技术，特别是涉及一种基于石墨烯技术的饮用水过滤装置及过滤方法。

背景技术

水是生命之源，获得安全饮用水是人类生存的基本需求。饮用水是指供人生活的饮水和生活用水。我国现行的《生活饮用水卫生标准》(GB5749-2006)对生活饮用水水质规定了严格的卫生要求，即：感官性状良好：透明、无色、无异味和异臭，无肉眼可见物；流行病学上安全：不含有病原微生物和寄生虫卵；化学组成对人无害：水中所含的化学物质对人体不造成急性中毒、慢性中毒和远期危害。然而，当前我国饮水安全形势非常严峻。随着工业化和城市化的快速推进，不少城市及其工业园周边区域饮用水水源受污染加重，一些城市自来水余氯超标现象突出，一些农村地区饮用水存在苦咸或含有高氟、高砷及大肠杆菌、血吸虫病原体等问题，对人民群众身体健康构成严重威胁。

整体而言，饮用水的可能污染物包括氟、铅、铬、镉、汞、砷、余氯、砷酸根、硫酸根等无机残留污染物，腐植酸、氯代烷烃、挥发性有机物(VOCs)、亚硝胺、氯代苯系物、溴代苯系物、氯均三嗪、灭草松、氯酚、含氮酚等有机残留污染物，以及大肠杆菌、霍乱菌、痢疾志贺氏菌、沙门氏菌、克雷白氏杆菌、血吸虫病原体等病原菌。然而，现有单一的加热煮沸、化学添加净化或过滤净化方法无法去除上述所有类别的污染物，难以达到深度净化的目的，因此有必要设计出系统的一体化深度净化方法。

石墨烯(Graphene)是一种由碳原子构成的单层片状结构的新材料，是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜。石墨烯具有优异的电学、热学、机械学等性质，理论比表面积最高达2630m²/g，基于石墨烯的纳米材料具有超大比表面、纳米尺度孔径，表面电学等特性和可功能化改性等优异性能，已逐渐应用于水质净化工作中，并日益显示其优势和潜力(Jinsheng Cheng et al.Facile Synthesis of Three-Dimensional Chitosan-Graphene Mesostructures for Reactive Black 5Removal.Carbohydr.Polym.,2012,88(1),61-67；林耀朋,张旭,吴军.一种石墨烯污水净化剂；CN 103464097；刘巍,赵杰,杨丽娟.一种用于水体净化的环糊精-石墨烯微球制备方法[J].工业水处理,2013(12):73-73)。值得注意的是，石墨烯或氧化石墨烯表面具有独特的特性，可以有效杀灭细菌或抑制细菌生长(Zou X,Zhang L,Wang Z,et al.Mechanisms of the Antimicrobial Activities of Graphene Materials.[J].Journal of the American Chemical Society,2016,138(7):2064-2077；F.Perreault,M.E.Tousley,M.Elimelech.Thin-Film Composite Polyamide Membranes Functionalized with Biocidal Graphene Oxide Nanosheets.Environ.Sci.Technol.Lett.,2014,1(1),71–76)。另外，研究显示，一些顺磁性金属粒子也具有较好的灭菌效果，可用于水体病原菌灭活(杨松.磁性中空/多孔纳米复合微球的制备、功能化及机理研究[D].中国科学技术大学,2009.)。

然而，现有的关于石墨烯用于净化水质的报道，大多集中在对污水的净化方法、或者对单一类别水体污染物的净化方法，尚未出现基于石墨烯特性而设计的针对饮用水的净化设备或方法、或者对饮用水中全类别污染物的系统性深度净化方案。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种基于石墨烯技术的饮用水过滤装置，其能去除饮用水中的各类别污染物、灭杀或阻隔饮用水中的各种病原菌，发挥石墨烯纳米材料的特点和优势，具有结构简单、过滤效果好、净化效率高的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种基于石墨烯技术的饮用水过滤装置，包括

——第一过滤器，包括第一滤芯和第一滤芯套管，所述第一滤芯设置在第一滤芯套管内，所述第一滤芯套管设有入水口和出水口，所述第一滤芯的过滤材料为单层石墨烯纳米片、三维介孔石墨烯纳米材料、三维大孔石墨烯纳米材料、石墨烯气凝胶、石墨烯纳米纤维或石墨烯有机骨架复合纳米材料中的任意一种；