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TW201910741A - 具有截流功能的水質偵測裝置 - Google Patents

具有截流功能的水質偵測裝置 Download PDF

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TW201910741A
TW201910741A TW106126035A TW106126035A TW201910741A TW 201910741 A TW201910741 A TW 201910741A TW 106126035 A TW106126035 A TW 106126035A TW 106126035 A TW106126035 A TW 106126035A TW 201910741 A TW201910741 A TW 201910741A
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簡秀紋
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鴻海精密工業股份有限公司
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Abstract

一種具有截流功能的水質偵測裝置，包括中空的球形架體以及容置於該球形架體中的水凝膠球，該水凝膠球能夠在初始狀態以及膨脹狀態之間切換，當該水凝膠球處於初始狀態時，該球形架體的內徑大於該水凝膠球的外徑，從而在該球形架體和該水凝膠球之間界定環繞該水凝膠球的外表面的流道，該水凝膠球包括採用對pH值敏感的水凝膠製成的一核心層，該水凝膠球在流經該流道的液體的pH值超過一預定範圍時切換至該膨脹狀態，使該核心層膨脹至該水凝膠球的外徑大於或等於該球形架體的內徑，從而使該水凝膠球堵住該流道並阻止該液體從該流道流出。

Description

具有截流功能的水質偵測裝置
本發明涉及水質偵測領域，尤其涉及一種具有截流功能的水質偵測裝置。
工廠的運營不可避免地給城郊環境帶來污染，故工廠排放污水的偵測顯得尤為重要。傳統的污水檢測方法通常是由技術人員現場採集樣本，帶回檢測中心，待專業人員進行試驗分析。然而，人工檢測效率低、人力成本高。現有的污水偵測設備通常能實現自動檢測，但普遍比較笨重，不易攜帶。
再者，污水的水質並不是恒定不變的，通常會在一定的範圍內浮動。當偵測設備測得水質不符合要求時，需要技術人員手動截流以防止污水排放並污染環境，而當偵測設備測得水質已經符合標準時，又需要技術人員手動解除截流，這種人工截流的方式無疑也會降低效率，提高人力成本。
有鑑於此，有必要提供一種具有截流功能的水質偵測裝置，能夠解決以上問題。
本發明提供一種具有截流功能的水質偵測裝置，包括一中空的球形架體以及容置於該球形架體中的一水凝膠球，該水凝膠球能夠在一初始狀態以及一膨脹狀態之間切換，當該水凝膠球處於該初始狀態時，該球形架體的內徑大於該水凝膠球的外徑，從而在該球形架體和該水凝膠球之間界定一環繞該水凝膠球的外表面的流道，其中，該水凝膠球包括採用對pH值敏感的水凝膠製成的一核心層，該水凝膠球在流經該流道的液體的pH值超過一預定範圍時切換至該膨脹狀態，使該核心層膨脹至該水凝膠球的外徑大於或等於該球形架體的內徑，從而使該水凝膠球堵住該流道並阻止該液體從該流道流出，該核心層在液體的pH值回到該預定範圍內時回復至該初始狀態。
本發明的水質偵測裝置集水質偵測與截流功能於一體，利用水凝膠球對pH值敏感的特點，當液體的pH值不符合標準時，該水凝膠球即時膨脹而阻止液體流通，而當液體的pH值符合標準時，該水凝膠球回復初始狀態而允許液體流通，該水質偵測裝置結構簡單，便於攜帶。
請參閱圖1和圖2，本發明一較佳實施方式提供一種具有截流功能的水質偵測裝置100。該水質偵測裝置100可用於偵測液體(如工廠排放污水或工廠用水)的pH值，並在所述pH值超過一預定範圍時阻止液體流通。該水質偵測裝置100包括一中空的球形架體10以及容置於該球形架體10中的一水凝膠球20。該水質偵測裝置100還可進一步包括連接於該球形架體10的一排液管30。
該水凝膠球10能夠在一初始狀態(參圖1)以及一膨脹狀態(參圖2)之間切換。其中，當該水凝膠球10處於該初始狀態時，該球形架體10的內徑大於該水凝膠球20的外徑，從而在該球形架體10和該水凝膠球20之間界定一環繞該水凝膠球20的外表面的流道13。其中，該球形架體10包括一外壁11以及連接於該外壁11的內表面的一電極層12。該外壁11採用塑膠製成。該電極層12採用金屬(如鋁)製成。該外壁11相對的兩側均開設有一開口110，分別連通該排液管30的進液段31以及出液段32。該排液管30通過所述開口110與該流道13連通。
該水凝膠球20包括一包覆層21以及一核心層22。該包覆層21採用聚四氟乙烯(PTFE)製成。該核心層22採用對pH值敏感的水凝膠製成。
當液體通過該排液管30的進液段31進入該流道13且該液體的pH值在該預定範圍內時，該水凝膠球20維持該初始狀態，流動的液體不斷推動該水凝膠球20在該球形架體10中滾動，從而使該水凝膠球20的包覆層21摩擦該球形架體10的電極層12，繼而產生電能。所述電能可經該電極層12上連接的導線流至外部裝置。其中，該包覆層21在上述摩擦過程中產生負電荷，該電極層12在上述摩擦過程中產生正電荷。
當該液體的pH值超過該預定範圍時，由於該核心層22對pH值敏感(該液體會透過該包覆層21接觸該核心層22)，該水凝膠球20切換至該膨脹狀態，即，該水凝膠球20的核心層22膨脹至該水凝膠球20的外徑大於或等於該球形架體10的內徑。從而，該水凝膠球20堵住該流道13並阻止該液體從該排液管30的出液段32流出。如此，當液體的pH值不符合標準時，該水凝膠球20可即時關閉該流道13，從而阻止液體流通。當液體的pH值重新回到該預定範圍內時，該水凝膠球20的核心層22回復至初始狀態。
在本實施方式中，該核心層22採用兩性離子型水凝膠製成。更具體的，該核心層22包括具有不同酸度係數(pka)的兩種聚電解質水凝膠。在本實施方式中，該核心層22包括聚丙烯酸(polyacrylic acid，PAC，化學結構式為：)和聚烯丙基胺(polyallylamine，PAA，化學結構式為：)，該聚丙烯酸的pka=4.5，該聚烯丙基胺的pka=9.6。當pH≧4.5時，聚丙烯酸帶負電荷(-COO- )。當pH≦9.6時，聚烯丙基胺帶正電荷(-NH3 + )。當pH＜4.5時，該聚丙烯酸由帶負電荷轉變為不帶電荷。當pH＞9.6時，該聚烯丙基胺由帶正電荷轉變為不帶電荷。
該預定範圍為4.5≦pH≦9.6。當液體的pH值處於該預定範圍內時，由於聚丙烯酸帶負電荷而聚烯丙基胺帶正電荷，故，聚丙烯酸和聚烯丙基胺之間可通過正負電荷之間的相互吸引處於靜電平衡狀態。當液體的pH值下降至pH＜4.5時，由於該聚丙烯酸不帶電荷，導致整個該水凝膠球20由於該聚烯丙基胺而帶正電荷。由於同性電荷之間的相互排斥作用，該核心層22膨脹。當液體的pH值升高至pH＞9.6時，由於該聚烯丙基胺不帶電荷，導致整個該水凝膠球20由於該聚丙烯酸而帶負電荷。由於同性電荷之間的相互排斥作用，該核心層22同樣膨脹。當液體的pH值重新回到該預定範圍內時，聚丙烯酸和聚烯丙基胺再次通過正負電荷之間的相互吸引處於靜電平衡狀態，使得核心層22回復至初始狀態。
在另一實施方式中，該核心層22包括透明質酸(hyaluronic acid)和幾丁聚糖(chitosan)，該透明質酸的pka=3.2，該幾丁聚糖的pka=6.5。此時，該預定範圍為3.2≦pH≦6.5。
本發明的水質偵測裝置100集水質偵測與截流功能於一體，利用水凝膠球20對pH值敏感的特點，當液體的pH值不符合標準時，該水凝膠球20即時膨脹而阻止液體流通，而當液體的pH值符合標準時，該水凝膠球20回復初始狀態而允許液體流通。該水質偵測裝置100結構簡單，便於攜帶。再者，該水質偵測裝置100還具有類似摩擦電發電器的功能，通過在球形架體10的內表面設置電極層12，利用水凝膠球20在該球形架體10中摩擦起電的特性收集電能，從而使該電能能夠得到充分利用。
最後需要指出，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換都不應脫離本發明技術方案的精神和範圍。
10‧‧‧球形架體
11‧‧‧外壁
12‧‧‧電極層
13‧‧‧流道
20‧‧‧水凝膠球
21‧‧‧包覆層
22‧‧‧核心層
30‧‧‧排液管
31‧‧‧進液段
32‧‧‧出液段
100‧‧‧水質偵測裝置
圖1為本發明一較佳實施方式的具有截流功能的水質偵測裝置的結構示意圖。
圖2為圖1所示的水質偵測裝置處於另一狀態時的結構示意圖。
無
無

Claims (9)

  1. 一種具有截流功能的水質偵測裝置，包括一中空的球形架體以及容置於該球形架體中的一水凝膠球，該水凝膠球能夠在一初始狀態以及一膨脹狀態之間切換，當該水凝膠球處於該初始狀態時，該球形架體的內徑大於該水凝膠球的外徑，從而在該球形架體和該水凝膠球之間界定一環繞該水凝膠球的外表面的流道，其中，該水凝膠球包括採用對pH值敏感的水凝膠製成的一核心層，該水凝膠球在流經該流道的液體的pH值超過一預定範圍時切換至該膨脹狀態，使該核心層膨脹至該水凝膠球的外徑大於或等於該球形架體的內徑，從而使該水凝膠球堵住該流道並阻止該液體從該流道流出，該核心層在液體的pH值回到該預定範圍內時回復至該初始狀態。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該球形架體包括一外壁以及連接於該外壁的內表面的一電極層，當液體的pH值在該預定範圍內時，流動的液體推動該水凝膠球在該球形架體中滾動，從而使該水凝膠球摩擦該電極層，繼而產生電能。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該水凝膠球還包括包覆該核心層的一包覆層，該包覆層在上述摩擦過程中產生負電荷，該電極層在上述摩擦過程中產生正電荷。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該電極層採用金屬製成，該包覆層採用聚四氟乙烯製成。
  5. 如申請專利範圍第2項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該外壁採用塑膠製成。
  6. 如申請專利範圍第2項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，還包括連接於該球形架體的一排液管，該外壁相對的兩側均開設有一開口，分別連通該排液管的一進液段以及一出液段，該排液管通過所述開口與該流道連通。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該核心層包括具有不同酸度係數(pka)的兩種聚電解質水凝膠。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該核心層包括聚丙烯酸和聚烯丙基胺，該聚丙烯酸的pka=4.5，該聚烯丙基胺的pka=9.6，該預定範圍為4.5≦pH≦9.6。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的具有截流功能的水質偵測裝置，其中，該核心層包括透明質酸和幾丁聚糖，該透明質酸的pka=3.2，該幾丁聚糖的pka=6.5，該預定範圍為3.2≦pH≦6.5。
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