瓶盖式便携净水器

余奂哲

目前，全球可用淡水资源日益减少，地表、地下水源都出现了不同程度的污染，目前可直接饮用的水源已经微乎其微。野外工作者、户外爱好者和应急救援人员急需小巧、轻便、易携带的净水器，方便随时就地处理地表水，及时获取可直接饮用的水。

我研发了一种瓶盖式便携净水器，外出时只需携带净水器和普通的矿泉水。矿泉水饮用完后，在野外将矿泉水瓶就地装满地表水，把瓶盖式便携净水器拧在矿泉水瓶上，通过手对塑料瓶身的擠压、水本身的重力以及嘴的吸力让瓶内的水通过滤芯净化。

一、结构设计

瓶盖式便携净水器的结构如图1所示。

其进、出水壳体可采用现有的聚丙烯压塑工艺生产，均能与普通矿泉水瓶瓶口很好地接合。进水壳体内径为28.0mm，螺纹间距3.0mm，螺纹深度为0.5mm。出水壳体的外径为28.0mm，螺纹间距3.0mm，螺纹深度为0.5mm。

净水工艺层的PP棉、活性炭和超滤膜以及筛网挡板均可在市场买到，海胆状羟基磷灰石仿生纳米材料层可自行合成，压合成片，并裁剪成合适的形状和尺寸以便固定在壳体中。

二、制备纳米净水材料

称取0.05g至0.25g的醋酸钙及0.1g至0.2g十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）置于10ml去离子水中，搅拌形成溶液A。再将0.04g至0.2g磷酸二氢钠溶解于20ml去离子水中，并搅拌半个小时，形成溶液B。

一边搅拌一边将溶液A缓慢加入溶液B中，并将其pH值调至4.5后转移到聚四氟乙烯高压釜中，在微波反应器中加热至100℃并保温5min至100min后自然冷却至室温，离心收集白色产物，再对白色产物进行数次去离子水和无水乙醇洗涤后，放入50℃真空干燥箱中干燥10h，即得羟基磷灰石仿生纳米材料层。

将羟基磷灰石置于反应器中，抽成真空后通入氮气，系统压力通过针阀调节为5 Pa 至80Pa，将射频功率保持在100W至250W，反应5min至30min后关闭电源，在反应器内外压力逐渐平衡后取出样品，即得到白色粉末状等离子体改性的磷灰石仿生纳米材料，如图2所示。

三、净水原理

水从进水口进，经四层滤芯过滤后从出水口出。其中PP棉层可过滤掉颗粒较大的泥沙、粘土以及较大的寄生虫等，降低水源浊度。羟基磷灰石仿生纳米材料层可滤除水中的重金属和一些有毒无机阴离子，如氟、砷等离子。活性炭可吸附处理水体的有机物、重金属及有色水质异味。超滤膜能排除对人体有害的细菌、病毒、微生物孢子、藻类等，并允许水分子和微量元素、矿物质通过。

使用时，瓶盖式便携净水器的进水口与装有待净化水的塑料瓶（例如普通矿泉水瓶）瓶口接合。通过手对软体塑料瓶身的挤压、水本身的重力以及嘴的吸力，使饮水瓶中的水在压力作用下从进水口依次经过净水层的各层材质，再从出水口流出，经净化后的水可直接饮用。

四、净水试验

1.水样准备

结合实际净水需求以及《生活饮用水卫生标准》《军队战时饮用水卫生标准》等饮用水卫生标准中的各项指标要求，通过实验室模拟得被测水样一份（水样1），且结合此款净水器的实际应用，选取2处自然地表水源，提取2份水样（水样2和水样3）。借助中科院物质研究院及中国科学大学等检测分析平台，对三份水样的相关成分做了检测，三份水样中各成分浓度见表1。

2.测试结果与讨论

上述模拟的水样经瓶盖式便携净水器净化后，肉眼可见的悬浮物（藻类、颗粒物等）均被滤出，水样由黄腐殖酸导致的偏黄色的色泽也明显产生变化 。净化后的3种水样中的有害成分均有所下降且符合各项指标要求。检测数据如表2所示。

瓶盖式便携净水器的净化效果证明，它能有效滤除水样中的重金属离子、降低水质的浊度、去除水中的有害病菌并保留部分人体所需的微量元素，且净化后的水符合《生活饮用水卫生标准》《军队战时饮用水卫生标准》等饮用水卫生标准中的各项指标要求。