[发明专利]一种超轻水生产方法及设备

说明书

技术领域

本发明属于净水设备技术领域，本发明具体涉及一种超轻水生产方法及设备。

背景技术

水是生命之源，是社会和经济可持续发展的基础，随着人口的增加及工业化进程的加快，自然环境尤其是水环境遭到了较严重的破坏，水环境质量日趋恶化，水将成为一个深刻的社会危机。为此，相关研究者发明了多种方法并开发出了各种新材料来应对这一问题：

制备低氘水。纵观国内外的研究报道, 低氘水主要以水为原料, 采用分离方法制备而得。低氘水的分离原理虽然简单, 但由于天然水中氘同位素丰度极少且氢同位素的分离系数小, 因此分离氘是很困难的, 力求寻找能耗低、投资少、经济上适合工业规模的生产方法是研究重点。

发明内容

为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种低成本获取健康水的超轻水生产方法及设备。

一种超轻水生产方法，包括如下步骤：

（一）将进料通过精馏装置分离出超轻水和重水，将进水管接在精馏塔的中部，进入精馏塔内的水在精馏塔内蒸发器的作用下汽化，不能汽化的成分下沉至精馏塔底后经釜液管流出，在精馏塔内，由于重水与轻水的挥发度不同，进料水蒸汽在上升过程中与塔板上的液体进行汽-液间的传质交换及热量交换，即上升的重水/轻水蒸汽把所含的重水及热量传递给塔板上的重水/轻水混合物，并使之气化后再上升到上一层塔板，同时，蒸汽在塔板上冷凝后，回流到下一层塔板，这样，上升的汽流中，重水的含量越来越低，另外汽化了的进料通过精馏塔上部的气体导管进入冷凝器，通过冷凝器冷凝后下层液体为重水和超轻水复合物，上层液体为超轻水，下层液体回流至精馏塔内，上层液体流向下部工序；

（二）通过石墨烯过滤吸收超轻水中的重金属和均衡超轻水中的微量元素，首先用乙二胺三乙酸（EDTA）对石墨烯过滤膜表面进行修饰和改性，然后将处理后的石墨烯过滤膜放置到中间水箱中作为超轻水的过滤膜去除超轻水的重金属和均衡微量元素；

（三）通过臭氧消毒使超轻水达到饮用水标准，将经过石墨烯过滤的水通入密闭消毒罐，并在密闭消毒内通过臭氧导管加入臭氧，在密闭消毒罐内进行反应消毒，经过反应后流出的液体即为饮用超轻水。

一种超轻水生产设备，包括进水管和出水管，其特征是：在所述进水管和出水管之间依次设有精馏装置、石墨烯过滤装置、臭氧杀菌装置。

进一步地，所述石墨烯过滤装置由中间水箱、石墨烯过滤膜、产水泵构成；精馏装置的馏出液经过馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连接，所述中间水箱内置石墨烯过滤膜，所述石墨烯过滤膜的出水口与产水泵的进水管连接，产水泵的出水管连接至臭氧杀菌装置。

进一步地，所述臭氧杀菌装置由臭氧发生器、密闭消毒罐构成；石墨烯过滤装置的产水泵的出水管连接至密闭消毒罐，所述臭氧发生器经导气管连接至密闭消毒罐。

进一步地，所述精馏装置由高温蒸汽锅炉、精馏塔、再沸器和冷凝器构成，所述精馏塔自下而上为浓缩区、液相区、气相区和真空缓冲区，所述精馏塔的底部连接釜液管，所述精馏塔的上端通过气体导管连接冷凝器，所述冷凝器的下端通过回流管与精馏塔的上部连接，所述冷凝器的下端还经过馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连，所述进水管与精馏塔的一侧中部相连，所述精馏塔内进水管以上的塔段，把上升蒸气中易挥发组分进一步提浓称为精馏段；进水管以下的塔段，从下降液体中提取易挥发组分称为提馏段；所述高温蒸汽锅炉通过加热蒸汽导管与精馏塔下部的液相区连通，精馏塔底部的浓缩区下部的部分液体通过导流与再沸器连接，再沸器使液体汽化，蒸气沿塔上升从而形成循环，余下的液体作为塔底产品经釜液管流出，进水管中的液体和上塔段来的回流液一起沿精馏塔下降，进料中的蒸气和下塔段来的蒸气一起沿塔上升，所述精馏塔顶部的真空缓冲区处通过气体导管与冷凝器连接，冷凝器使蒸气得到部分冷凝，部分凝液作为回流液经回流液管返回精馏塔顶段，其余馏出液经馏出液管与石墨烯过滤装置的中间水箱相连。

本发明所用水处理材料石墨烯及其衍生物在水处理中的作用机理是：石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，又叫做单原子层石墨，是除金刚石以外所有碳晶体（零维富勒烯、一维碳纳米管、三维体向石墨）的基本结构单元。石墨烯的性质如电子性质、高比表面积等决定了其适合作为水处理材料。

（1）石墨烯材料对重金属离子的吸附