[发明专利]水净化催化剂、水净化器、饮料制造机及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种水净化催化剂元件，特别是涉及一种用于分解亚硝酸盐的水净化催化剂。本发明还涉及一种包含所述催化剂元件的水净化器和一种包含所述水净化器的饮料制造机。本发明还涉及一种水净化方法和一种制造所述水净化催化剂元件的方法。

背景技术

亚硝酸盐(NO₂^-)和/或硝酸盐(NO₃^-)可能存在来自许多来源的水中。已知暴露于大量硝酸盐和亚硝酸盐可能带来大的健康风险，世界卫生组织已发布适合人类消费的水中硝酸盐和亚硝酸盐水平的指导水平。亚硝酸根离子被认为是更有害的物质，因此，最大推荐浓度水平比硝酸盐的(<50mg/l)更低(<1-3mg/l)。常规的亚硝酸盐和硝酸盐去除技术集中在含氮化合物的选择性吸收或保留或生物/化学反硝化作用上。然而，这些技术需要严格维护特定的工艺条件以确保亚硝酸盐和硝酸盐的充分去除。

还已知，由于包括城市化进程加快、农业活动加剧和(有机)微污染物的存在增多在内的诸多因素，对天然水储备的压力增大，因此必须应对较高的污染负荷。即便对于更先进的水处理技术，这也产生挑战。由于公共供水商在一方面满足增大的需求(数量)、另一方面满足可接受的质量标准上有着越来越多的困难，故许多消费者寻求所谓的进入点(POE)和使用点(POU)设备。这些设备有助于制备满足人类消费的标准组合的高质量饮用水。

近年来，由于其消毒能力和非选择性(有机)微污染物降解的强大组合，所谓的先进氧化处理技术已获得更大的牵引力。先进氧化处理技术被用于非选择性地降解许多微污染物和/或灭活微生物。该处理技术基于的是单独或与(现场)生成的臭氧或过氧化氢组合地使用低波长光(100-400nm的UV范围)。世界各地的许多水务公司已从常规的水处理技术(如粗沉积过滤絮凝、曝气和氯化)转变为先进氧化技术如UV-C、UV/O₃和UV/H₂O₂。由于现场自由基的生成，许多(有机)污染物被降解为基础矿物质。然而，由于此类先进氧化方法的性质，包括硝酸盐在内的含氮物质可能转化为更有害的含氮化合物如亚硝酸盐。尤其是在与标准254nm LP汞灯波长比较时，当使用λ<230nm的低波长灯(较高光子能量水平)时，由于这些波长被硝酸根离子显著吸收，情况尤其如此，并且硝酸盐的光解已知是更有害的亚硝酸盐的来源。由于亚硝酸盐的有害浓度大大低于硝酸盐的有害浓度，故可能超过最大亚硝酸盐水平。因此，这些亚硝酸盐需要在后处理步骤中去除。

常规的亚硝酸盐/硝酸盐去除技术基于的是离子交换技术(IEX)、反渗透(RO)、电渗析(ED)、生物反硝化作用和/或化学反硝化作用。就IEX而言，含氮离子物类被吸收到官能化的聚合物基质中。由于这样的聚合物基质吸收容量有限，故其需要足够的过程控制来监测其中基质“已满”而不再有效的情况。这使得此类系统昂贵且难以实施，特别是在小规模上，如住宅系统或消费者操作的设备。类似的情况也发生在其他已知的技术如上面列举的那些中，因此它们也需要先进的控制机制，而且固有地昂贵，并因此不适合于小规模系统如住宅系统或消费者操作的设备。

M.Reif and R.Dittmeyer,Catalysis Today 82(2003)3-14描述了用于气-液反应的多孔催化活性陶瓷膜。该论文中给出了催化扩散器和强制通流概念之间的比较并讨论了它们在氢化过程中的应用，如硝酸盐/亚硝酸盐在水中的催化还原。该论文描述，反应物通过膜的多孔结构扩散至催化位点。气体反应物从膜的另一侧通过载体进给至催化层。两种反应物从相反的侧接近催化层。气-液相边界由气体和液体侧之间的压差决定。

发明内容

本发明尤其旨在提供一种用于分解亚硝酸盐的水净化催化剂元件、一种包含这样的催化剂的水净化器、一种包含这样的水净化器的饮料制造机、一种水净化方法和一种制造水净化催化剂元件的方法。本发明由独立权利要求限定。有利的实施方案在从属权利要求中限定。根据一个方面，提供了一种水净化催化剂元件(本文中也称为“催化剂元件”)，其包含具有第一表面和第二表面的多孔载体及负载于多孔载体上的包含贵金属的材料；其中至少第一表面涂覆有对氢气可渗透且对水不可渗透的涂层材料，并且至少第二表面是水可渗透的。