瓶蓋式便攜凈水器

余奐哲

目前，全球可用淡水資源日益減少，地表、地下水源都出現了不同程度的污染，目前可直接飲用的水源已經微乎其微。野外工作者、戶外愛好者和應急救援人員急需小巧、輕便、易攜帶的凈水器，方便隨時就地處理地表水，及時獲取可直接飲用的水。

我研發了一種瓶蓋式便攜凈水器，外出時只需攜帶凈水器和普通的礦泉水。礦泉水飲用完后，在野外將礦泉水瓶就地裝滿地表水，把瓶蓋式便攜凈水器擰在礦泉水瓶上，通過手對塑料瓶身的擠壓、水本身的重力以及嘴的吸力讓瓶內的水通過濾芯凈化。

一、結構設計

瓶蓋式便攜凈水器的結構如圖1所示。

其進、出水殼體可采用現有的聚丙烯壓塑工藝生產，均能與普通礦泉水瓶瓶口很好地接合。進水殼體內徑為28.0mm，螺紋間距3.0mm，螺紋深度為0.5mm。出水殼體的外徑為28.0mm，螺紋間距3.0mm，螺紋深度為0.5mm。

凈水工藝層的PP棉、活性炭和超濾膜以及篩網擋板均可在市場買到，海膽狀羥基磷灰石仿生納米材料層可自行合成，壓合成片，并裁剪成合適的形狀和尺寸以便固定在殼體中。

二、制備納米凈水材料

稱取0.05g至0.25g的醋酸鈣及0.1g至0.2g十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）置于10ml去離子水中，攪拌形成溶液A。再將0.04g至0.2g磷酸二氫鈉溶解于20ml去離子水中，并攪拌半個小時，形成溶液B。

一邊攪拌一邊將溶液A緩慢加入溶液B中，并將其pH值調至4.5后轉移到聚四氟乙烯高壓釜中，在微波反應器中加熱至100℃并保溫5min至100min后自然冷卻至室溫，離心收集白色產物，再對白色產物進行數次去離子水和無水乙醇洗滌后，放入50℃真空干燥箱中干燥10h，即得羥基磷灰石仿生納米材料層。

將羥基磷灰石置于反應器中，抽成真空后通入氮氣，系統壓力通過針閥調節為5 Pa 至80Pa，將射頻功率保持在100W至250W，反應5min至30min后關閉電源，在反應器內外壓力逐漸平衡后取出樣品，即得到白色粉末狀等離子體改性的磷灰石仿生納米材料，如圖2所示。

三、凈水原理

水從進水口進，經四層濾芯過濾后從出水口出。其中PP棉層可過濾掉顆粒較大的泥沙、粘土以及較大的寄生蟲等，降低水源濁度。羥基磷灰石仿生納米材料層可濾除水中的重金屬和一些有毒無機陰離子，如氟、砷等離子。活性炭可吸附處理水體的有機物、重金屬及有色水質異味。超濾膜能排除對人體有害的細菌、病毒、微生物孢子、藻類等，并允許水分子和微量元素、礦物質通過。

使用時，瓶蓋式便攜凈水器的進水口與裝有待凈化水的塑料瓶（例如普通礦泉水瓶）瓶口接合。通過手對軟體塑料瓶身的擠壓、水本身的重力以及嘴的吸力，使飲水瓶中的水在壓力作用下從進水口依次經過凈水層的各層材質，再從出水口流出，經凈化后的水可直接飲用。

四、凈水試驗

1.水樣準備

結合實際凈水需求以及《生活飲用水衛生標準》《軍隊戰時飲用水衛生標準》等飲用水衛生標準中的各項指標要求，通過實驗室模擬得被測水樣一份（水樣1），且結合此款凈水器的實際應用，選取2處自然地表水源，提取2份水樣（水樣2和水樣3）。借助中科院物質研究院及中國科學大學等檢測分析平臺，對三份水樣的相關成分做了檢測，三份水樣中各成分濃度見表1。

2.測試結果與討論

上述模擬的水樣經瓶蓋式便攜凈水器凈化后，肉眼可見的懸浮物（藻類、顆粒物等）均被濾出，水樣由黃腐殖酸導致的偏黃色的色澤也明顯產生變化 。凈化后的3種水樣中的有害成分均有所下降且符合各項指標要求。檢測數據如表2所示。

瓶蓋式便攜凈水器的凈化效果證明，它能有效濾除水樣中的重金屬離子、降低水質的濁度、去除水中的有害病菌并保留部分人體所需的微量元素，且凈化后的水符合《生活飲用水衛生標準》《軍隊戰時飲用水衛生標準》等飲用水衛生標準中的各項指標要求。