專利名稱：一種提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋及其制作方法，所述凈水袋能夠給處于自然災害(地震、洪澇等)及水污染突發(fā)時的受災群眾快速提供安全、健康、可靠的應急飲用水。
背景技術(shù)：
我國是一個自然災害頻發(fā)的國家。近些年來，由于環(huán)境污染的日益嚴重，人口的不斷增長，人們社會經(jīng)濟活動的不合理造成了人與自然的嚴重不和諧，人為因素加之氣候或地理活動的因素使自然災害的發(fā)生率急劇上升。最近幾年的云南暴雨、南方冰雪災害、汶川地震、玉樹地震、溫州臺風、新疆暴風雪等給國家?guī)砹藝乐氐慕?jīng)濟損失和人員傷亡。在中國，廣大地區(qū)由于經(jīng)濟不發(fā)達、設(shè)備不完善、體系不成系統(tǒng)等因素，不可能及時的了解相關(guān)災害發(fā)生的信息。一旦發(fā)生災害，又因交通不便、物資不全、專業(yè)救急人員不能馬上趕赴現(xiàn)場或者受災人群由于本身知識的欠缺而不知所措等都會加劇災害帶來的影響。水是生命之源，在受災區(qū)域其作用更是舉足輕重，災害初期，正常的供水系統(tǒng)被嚴重破壞，極大地影響了當?shù)厥転娜罕姾途葹娜藛T的飲用水供應。據(jù)統(tǒng)計，“5.12”汶川地震后，飲水受影響的總?cè)丝跀?shù)為1121萬，地震后全省有42萬余處農(nóng)村供水工程不同程度受損，損毀供水管道4X 104km。因此當務之急是為受災人民和救災人員快速提供安全、健康的飲用水。災害不僅 毀壞了日常供水方式，而且造成了飲用水的嚴重污染。洪澇發(fā)生時，水通常會被人畜排泄物、尸體及被破壞的建筑中的污染物污染，容易引起水源性疾病的暴發(fā)；地震時，建筑物的破壞會導致化學污染源進入水體，造成嚴重的有機物和化學類污染。通常救災人員的應對措施包括尋找新的可用水源:即未被污染的地表水、地下水以及山泉水；搶修被破壞的供水系統(tǒng)，加強消毒措施；采用潔凈的瓶裝水和桶裝水應急；修建應急集中供水站等。但即使這樣也不能保證每位受災群眾都能及時獲取安全的淡水資源。隨著正滲透膜相關(guān)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是美國Hydration TechnologyInnovations (HTI)公司高效能正滲透膜的問世，大大的推進了正滲透膜的實際應用，衍生了一系列的供水設(shè)備。但是由于商業(yè)正滲透膜的價格較為昂貴，不適宜較大范圍的推廣使用。本發(fā)明利用自行制備的正滲透膜材料，設(shè)計出了簡單、便攜、高效、經(jīng)濟的多功能正滲透膜凈水袋，在應急飲用水的供給上可發(fā)揮至關(guān)重大的作用。在受災地區(qū)，只需將污染水源作為原溶液灌入到原溶液腔中，再將高濃度的汲取液加入到汲取液腔中，搖勻平放靜置數(shù)小時后，即可獲得衛(wèi)生的飲用水。相信隨著正滲透膜的進一步發(fā)展和完善，正滲透膜凈水袋必定會成為供給應急飲用水的不可或缺的設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種簡便易攜、高效節(jié)能、經(jīng)濟實用且能夠提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋，水袋內(nèi)部依次為原溶液腔、汲取液腔、凈水腔，前兩者僅借助滲透壓差就可獲取安全的淡水資源，后者為凈水儲存空間。本發(fā)明提出的供給應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋，所述凈水袋由生產(chǎn)飲用水和儲存凈水兩部分組成，生產(chǎn)飲用水部分包含原溶液、汲取液的獲取充入和淡水的自主擴散兩個階段；儲存凈水部分即將現(xiàn)有的凈水或是水袋生產(chǎn)的飲用水儲存在凈水腔內(nèi)，以供隨時飲用。所述凈水袋由原溶液入口 1、過濾濾網(wǎng)2、正滲透膜3、汲取液入口 4、凈水入口
5、隔水界面6和殼體7組成，正滲透膜3和隔水界面6垂直分布于殼體7內(nèi)，將殼體7內(nèi)分隔成三個獨立的空間，依次為原溶液腔8、汲取液腔9和凈水腔10 ;殼體7 —側(cè)設(shè)有原溶液入口 I，原溶液入口 I通過過濾濾網(wǎng)2連接原溶液腔7，殼體7另一側(cè)設(shè)有凈水入口 5，凈水入口 5連接凈水腔10，殼體7 —端設(shè)有汲取液入口 4，汲取液入口 4連接汲取液腔9 ;原溶液由原溶液入口 I進入到原溶液腔8內(nèi)，汲取液由汲取液入口 4進入到汲取液腔9內(nèi)，保證各入口為關(guān)閉狀態(tài)，搖勻水袋并使其水平放置，借助于正滲透膜兩側(cè)的溶液滲透壓差，無需外加動力，位于原溶液腔8內(nèi)的原溶液擴散至汲取液腔9 一側(cè)，被稀釋的汲取液可供直接飲用。本發(fā)明提出的供給應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋的制作方法，具體步驟如下:
(1)正滲透膜的制備
按體積百分比計，將1(Γ15%的三醋酸纖維素(CTA)、1 3%的溶液添加劑、4 8%的乳酸和80%的1，4- 二氧六環(huán)混合均勻，加熱溶液至70°C 90°C并充分攪拌22 26小時使三醋酸纖維素完全溶解、靜置12 24小時使其脫除氣泡。在室溫為20°C 25°C、相對濕度為70°/Γ90%的條件下，使用刮膜機在聚酯篩網(wǎng)支撐層上刮出一定厚度的正滲透膜，放入去離子水中凝膠1.8 2.2小時后，再放入熱水中進行熱處理，最后保存在去離子水中待用并且定期更換水；
(2)正滲透水袋的制備
將步驟(I)得到的正滲透膜和隔水界面放置于殼體內(nèi)，將其內(nèi)部分隔成三個獨立的空間，依次為原溶液腔、汲取液腔和凈水腔，原溶液腔外設(shè)置原溶液入口，且原溶液入口處設(shè)置過濾濾網(wǎng)，汲取液腔外設(shè)置汲取液入口，凈水腔外設(shè)置凈水入口，即得所需凈水袋。本發(fā)明中，所述溶劑可選擇二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮、1，4- 二氧六環(huán)或丙酮中的一種或多種。本發(fā)明中，所述溶液添加劑可選擇聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三乙酯、聚乙二醇、甲醇或乳酸中的一種或多種。本發(fā)明中，所述原溶液主要是發(fā)生自然災害及突發(fā)污染事件地區(qū)可獲取的輕度污染水資源，即井水、雨水、河水或湖水等。本發(fā)明中，所述汲取液由易溶解且能產(chǎn)生高滲透壓的高能量固態(tài)顆粒、粉末物質(zhì)或溶液組成。即將一種或幾種高能量物質(zhì)(例葡萄糖、蛋白質(zhì)、果糖、蔗糖、乳糖、淀粉等)按照一定比例配置的溶液。本發(fā)明中，殼體采用防水材料，主要成分是無毒、無味、耐老化、不污染水質(zhì)、不與溶液發(fā)生反應的橡膠、乳膠、聚乙烯或PVC聚酯纖維等。本發(fā)明中，所述過濾濾網(wǎng)2采用16目可拆卸過濾濾網(wǎng)，其材質(zhì)可選用銅、鋅、不銹鋼或其他金屬，用于原溶液的過濾，以減輕對正滲透膜的污染。水袋不用的時候，保證原溶液入口 1、汲取液入口 4、凈水入口 5為關(guān)閉狀態(tài)，保持正滲透膜處于濕潤的環(huán)境中，避免其失水變干，同時保持腔室內(nèi)部與外界隔絕，免受污染與損害，延長其使用壽命。本發(fā)明中，正滲透膜的有效面積為0.16mX0.24m (可以采用其它不同規(guī)格尺寸)，飲用水生產(chǎn)量可達0.2^0.5L/h。本發(fā)明的主要優(yōu)點:
(I)相較于傳統(tǒng)的水袋，多功能正滲透膜凈水袋不僅具有儲存凈水的功能，還具有生產(chǎn)潔凈飲用水的功能，這對及時提供應急飲用水有著重大的意義。(2)該水袋結(jié)構(gòu)簡單、輕便易攜、經(jīng)濟高效且應用范圍廣泛，不僅在應急飲用水的供給上有重大作用，而且適用軍事、遠途、探險等領(lǐng)域，應用前景非常廣闊。(3)原溶液易于獲取，運行成本低，反應無需任何外加動力，僅借助于兩溶液之間的滲透壓差。生產(chǎn)的淡水資源完全符合國家生活飲用水標準，可直接飲用。


圖1為多功能正滲透水袋正面(原溶液一側(cè))；
圖2為多功能正滲透水袋反面(凈水一側(cè))；
圖3為多功能正滲透水袋斷面圖。圖中標號:I為原溶液入口 ；2為過濾濾網(wǎng)；3為正滲透膜；4為汲取液入口(飲用水出口)；5為凈水入口 ；6為隔水界面；7為殼體；8為原溶液腔；9為汲取液腔；10為凈水腔。
具體實施例方式為進一步了解該水袋的內(nèi)容、特點及性能，以下通過實施例結(jié)合附圖進一步說明。
實施例1:根據(jù)圖1-圖3所示，本發(fā)明一種提供應急飲用水的正滲透膜凈水袋由原溶液入口 1、過濾濾網(wǎng)2、正滲透膜3、汲取液入口(飲用水出口)4、凈水入口 5、隔水界面6和殼體7組成，正滲透膜3和隔水界面6均為內(nèi)置密封式，位于殼體7內(nèi)部，將水袋殼體內(nèi)分隔成三個獨立的空間，依次為原溶液腔8、汲取液腔9、凈水腔10。實施過程中，將12%的三醋酸纖維素(CTA)、2%的聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP)、6%的乳酸和80%的1，4- 二氧六環(huán)共200ml溶液混合均勻，高溫加熱攪拌24小時使溶質(zhì)完全溶解、靜置12小時使其脫除氣泡。在適宜的溫度和濕度下，使用刮膜機在180目的聚酯篩網(wǎng)支撐層上刮制150um的正滲透膜，放入去離子水中凝膠約2小時后，再放入70°C熱水中進行熱處理，最后將其保存在去離子水中待用并且定期更換水。選擇去離子水作為原溶液及不同濃度(lmol/L、2 mol/L、3mol/L、4mol/L)的氯化鈉溶液作為汲取液，在室溫T=20°C條件下模擬測試水袋性能。反應初期的3 5h內(nèi)，對應平均水通量值分別為 5.71L/ (m2 h)、8.87 L/ (m2 h)、11.35 L/ (m2 h)、13.26 L/ (m2 h)。由于正滲透膜是選擇性滲透膜，并不能完全截留溶質(zhì)，因此會有少許的氯化鈉溶質(zhì)從汲取液一側(cè)滲透到原溶液一側(cè)，其對應的溶質(zhì)反混通量分別為4.2mol/(m2 h)、5.1moI/(m2 h)、
5.7mol/(m2 *h)、7.2 mol/(m2 h)，數(shù)據(jù)表 明制備的正滲透膜性能良好，不僅水通量較高，而且溶質(zhì)截留率也較高。水袋汲取液腔的體積約為1.5L，對于低濃度的汲取液來說，溶液充滿時間約為7小時，汲取液濃度增大，充滿時間會相應減少至3飛h。
實驗證實本發(fā)明多功能正滲透膜凈水袋由于具備操作簡單、方便攜帶、經(jīng)濟實用、無需外加動力、原料液和 汲取液來源廣泛且能高效生產(chǎn)安全、健康飲用水的特征，是應急飲用水供給的良好裝備。
權(quán)利要求
1.一種提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋，其特征在于所述凈水袋由生產(chǎn)飲用水和儲存凈水兩部分組成，生產(chǎn)飲用水部分包含原溶液、汲取液的獲取充入和淡水的自主擴散兩個階段；儲存凈水部分即將現(xiàn)有的凈水或是水袋生產(chǎn)的飲用水儲存在凈水腔內(nèi)，以供隨時飲用；凈水袋由原溶液入口(1)、過濾濾網(wǎng)(2)、正滲透膜(3)、汲取液入口(4)、凈水入口(5)、隔水界面(6)和殼體(7)組成，正滲透膜(3)和隔水界面(6)垂直分布于殼體(7)內(nèi)，將殼體(7)內(nèi)分隔成三個獨立的空間，依次為原溶液腔(8)、汲取液腔(9)和凈水腔(10);殼體(7) —側(cè)設(shè)有原溶液入口(I)，原溶液入口(I)通過過濾濾網(wǎng)(2)連接原溶液腔(7)，殼體(7)另一側(cè)設(shè)有凈水入口(5)，凈水入口(5)連接凈水腔(10)，殼體(7) —端設(shè)有汲取液入口(4)，汲取液入口(4)連接汲取液腔(9);原溶液由原溶液入口(I)進入到原溶液腔(8)內(nèi)，汲取液由汲取液入口(4)進入到汲取液腔(9)內(nèi)，保證各入口為關(guān)閉狀態(tài)，搖勻水袋并使其水平放置，借助于正滲透膜兩側(cè)的溶液滲透壓差，無需外加動力，位于原溶液腔(8)內(nèi)的原溶液擴散至汲取液腔(9) 一側(cè)，被稀釋的汲取液可供直接飲用。
2.一種如權(quán)利要求1所述的提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋的制作方法，其特征在于具體步驟如下: (1)正滲透膜的制備 將1(T15%的三醋酸纖維素、3%的溶液添加劑、4 8%的乳酸和80%的1，4- 二氧六環(huán)混合均勻，加熱溶液至70°C 90°C并充分攪拌22 26小時使三醋酸纖維素完全溶解、靜置12 24小時使其脫除氣泡；在室溫為20°C 25°C、相對濕度為70% 90%的條件下，使用刮膜機在聚酯篩網(wǎng)支撐層上刮出一定厚度的正滲透膜，放入去離子水中凝膠1.8^2.2小時后，再放入熱水中進行熱處理，最后保存在去離子水中待用并且定期更換水； (2)正滲透水袋的制備 將步驟(I)得到的正滲透膜和隔水界面放置于殼體內(nèi)，將其分隔成三個獨立的空間，依次為原溶液腔、汲取液腔和凈水腔，原溶液腔外設(shè)置原溶液入口，且原溶液入口處設(shè)置過濾濾網(wǎng)，汲取液腔外設(shè)置汲取液入口，凈水腔外設(shè)置凈水入口，即得所需凈水袋。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述溶劑選擇二甲基酰胺、甲基吡咯烷酮、1，4- 二氧六環(huán)或丙酮中的一種或多種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述溶液添加劑選擇聚乙烯吡咯烷酮、磷酸三乙酯、聚乙二醇、甲醇或乳酸中的一種或多種。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述原溶液主要是發(fā)生自然災害及突發(fā)污染事件地區(qū)可獲取的輕度污染水資源，即井水、雨水、河水或湖水。
6.根據(jù)權(quán)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產(chǎn)生高滲透壓的高能量固態(tài)顆粒、粉末物質(zhì)或溶液組成，即將一種或幾種高能量物質(zhì)的葡萄糖、蛋白質(zhì)、果糖、蔗糖、乳糖和粉按照一定比例配置的溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于殼體采用防水材料為橡膠、乳膠、聚乙烯或PVC聚酯纖維中任一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述過濾濾網(wǎng)2采用16目可拆卸過濾濾網(wǎng)，其材質(zhì)可選用銅、鋅、不銹鋼或其他金屬，用于原溶液的過濾，以減輕對正滲透膜的污染。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于所述正滲透膜的有效面積為.0.16mX 0.24m，飲用水生產(chǎn)量達到0.2 0.5L/h 。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種提供應急飲用水的多功能正滲透膜凈水袋及其制作方法，在由防水材料制作的殼體內(nèi)部，分別通過內(nèi)置密封的正滲透膜界面和隔水界面將水袋內(nèi)部分隔成三個獨立的腔室，依次為原溶液腔、汲取液腔、凈水腔。原溶液和汲取液僅借助于兩者之間的滲透壓差作為推動力使原溶液中的水通過正滲透膜擴散至汲取液一側(cè)，實現(xiàn)淡水資源的再生，從而為地震、洪水、突發(fā)水污染等緊急情況下提供安全、健康、可靠的飲用水。應急水袋的核心組件——正滲透膜自主制備，其性能良好且穩(wěn)定，水通量可達6~15L/(m2.h)，可以快速的生產(chǎn)淡水資源。該應急水袋同時實現(xiàn)了飲用水的生產(chǎn)和儲存功能，且易于操作，方便攜帶，是提供安全應急飲用水的良好工具。
文檔編號B01D67/00GK103172186SQ20131007721
公開日2013年6月26日 申請日期2013年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月12日
發(fā)明者周雪飛, 張亞雷, 褚華強, 趙靜, 郭肅晉 申請人:同濟大學