CN102657302B - 一种高效食品净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净化效果好、环保的食品净化系统，包括清洗水槽、水泵、电解水生成器、超声波系统、水触媒、光触媒、PLC控制系统；水触媒为二氧化钛和不锈钢；光触媒为纳米二氧化钛涂料，均匀喷涂于清洗水槽表面；设置有荧光灯光源；电解水生成器由电解槽、纳米钛酸锶电极组成；超声波系统由振荡电路、放大器、超声波换能器组成；清洗水槽材料为聚氯乙烯纳米塑料；面板材料为ABS塑料；控制面板连接PLC控制器输入端，PLC控制器对电解水生成器、超声波系统、水泵进行控制。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种高效食品净化系统。
二、背景技术
目前，食品净化装置存在净化性能、环保效果不够好的问题：200620085117.5公开了一种小食品净化器，属于消毒设备，其结构包括消毒箱和底座，底座设置在消毒箱的下方，消毒箱的顶部设置有箱盖，消毒箱内的底部设置有食品槽，食品槽的前后两侧设置有臭氧出气口，臭氧出气口与底座内的臭氧发生器接通。本专利的小食品净化器和现有技术相比，具有结构简单易行，成本低，操作简单且实用的特点，而且消毒效率高，无二次污染。
三、发明内容
本发明的目的就是要提供一种净化效果好、环保的食品净化系统，其特征在于：包括清洗水槽、水泵、电解水生成器、超声波系统、水触媒、光触媒；所述电解水生成器、清洗水槽和水泵都设置有进水口和出水口，电解水生成器、清洗水槽和水泵通过管道连接成闭合循环回路；所述清洗水槽内设置有超声波系统、水触媒、光触媒；水触媒为二氧化钛和不锈钢；光触媒为纳米二氧化钛涂料，均匀喷涂于清洗水槽表面；设置有荧光灯光源；纳米二氧化钛涂料组成为：0.7～3.5％纳米二氧化钛、0.002～0.13％六偏磷酸钠、28～42％为水玻璃中的硅酸盐、1.2～6.3％无机固化剂，其余为水；制备方法：用晶型为锐钛矿型为主的纳米级二氧化钛添加六偏磷酸钠作分散剂后与水玻璃用砂磨分散均匀混合后，再加入无机固化剂并混合均匀后制成涂料；电解水生成器由电解槽、纳米钛酸锶电极组成；超声波系统由振荡电路、放大器、超声波换能器组成；清洗水槽材料为聚氯乙烯纳米塑料；面板材料为ABS塑料；控制面板连接PLC控制器输入端，PLC控制器对电解水生成器、超声波系统、水泵进行控制。
光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。 光触媒的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳跟水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，维护费用低。同时，二氧化钛本身无毒无害。光触媒的作用原理主要体现在以下二方面 ：一、光触媒的有机污染物分解原理 ：纳米级的TiO2在紫外光的照射下，由于吸收了光能而产生电子空穴对。这些空穴对（光载流子）会迅速迁移至表面，并激活其表面附着的H2O与O2而产生氢氧基（-OH）和活性氧（-O）。而这两种氧化性极强的物质会迅速与触媒表面附着的细菌、病毒及大分子量的碳氢化合物反应，生成无害的CO2和水。这一作用原理现正被广泛应用到空气净化和水消毒领域中。光触媒网与紫外线灯结合，可应用于鲜风或空调系统的净化，污水处理流程等。具有节能、长效、无二次污染的优点。二、光触媒的亲水自洁净原理 ：光触媒在紫外光的作用下能有效地分解附着于上的污染物，而产生一个清洁的表面。同时生成的氢氧基（-OH）会与空气中的H2O结合而使触媒表面产生亲水性。而采用了这种技术的建筑物墙面，由于具有亲水性，在雨水的冲洗下，其表面的灰尘等固态附着物能非常容易被清洗掉，而保持了建筑物外墙面的清洁，节约了大量的人工清洁成本。这类附着于建筑物墙面的光触媒材料可利用阳光中的紫外成分进行工作。但它被首次激发时所需的紫外能量较高，因此必须在出产前用高强度的紫外线灯管进行激发。由此可见，作为紫外光的产生源——紫外线灯管对光触媒技术的应用是至关重要的。
由于使用纳米材料制成电极，从而电极活性极高，使水分子反应加快，电解净化效果显著提高。
清洗水槽材料由于采用纳米塑料，具有强度高、环保的特点。纳米塑料是一种高科技新型材料,是无机填充物以纳米尺寸分散在塑料基体中形成的有机/无机纳米复合材料,它利用高分子的复合稳定作用将纳米粒子复合于塑料中,复合物具有长期的稳定性。纳米粒子与塑料基体相结合,不仅可以控制晶粒的尺寸和颗粒的稳定性,而且纳米材料与塑料基体有机复合后,由于纳米材料与基体的相互作用而产生新的效应,实现二者的优势互补。在纳米塑料中,分散相的尺寸至少在一维方向上小于100ｎｍ。在纳米粒子中,表面原子占很大的比例。表面原子具有很高的活性,极不稳定,很容易与其它原子结合而趋向稳定状态。这种表面原子比体内原子更易迁移,它可引起表面重排而产生构型变化,同时还可引起表面自旋构象和电子能谱的变化,从而表现出纳米粒子特有的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应,导致其具有一系列不同于普通材料的优异性能,表现出更多的功能性。聚氯乙烯是一种通用塑料,价格低廉,在各行各业获得了广泛的应用,但其性能尚有待进一步改善。为进一步拓宽其应用领域,人们采用聚氯乙烯与抗冲改性剂、无机填料、热稳定剂等助剂共混来改善和提高聚氯乙烯的性能,纳米技术则为塑料的增韧增强改性提供了一种全新的方法和途径。近年来,人们采用纳米技术对聚氯乙烯塑料进行了改性,大大提高了其性能,拓宽了聚氯乙烯的应用领域。聚氯乙烯纳米塑料的制备方法：目前,聚氯乙烯纳米塑料主要采用共混法和原位聚合法来制备。胡圣飞等采用共混法制备了纳米ＣａＣＯ3改性的ＰＶＣ纳米塑料。采用共混法进行改性时,将经过表面处理后的纳米粒子加入到熔融树脂中共混后成型。但纳米粒子即使经过了表面处理,采用共混法还是容易使纳米粒子自身团聚,达不到提高应有力学性能的目的,而且尚未实现工业化应用。在柔性聚合物或其单体中容有刚性聚合物单体后,再原位聚合,生成的刚性聚合物分子均匀地分散在聚合物基体上而形成原位分子复合材料,这种方法就是原位聚合法。黄志明等采用原位悬浮聚合法制备了ＰＶＣ纳米塑料。他们将纳米无机填料预先均匀地分散于氯乙烯单体中,使活性的纳米填料粉末的表面与氯乙烯等发生化学反应或物理吸附,达到表面改性的目的。纳米无机填料在氯乙烯中原位聚合制备增韧增强ＰＶＣ,可以解决传统的共混方法易使纳米材料自身团聚的难题,充分保证了纳米填料的均匀分散,节省设备投资,消除因混料而产生的粉尘污染,改善工作环境。聚合物的实际强度只有理论强度的1%～0.1%,如何增强、增韧聚合物,挖掘聚合物的力学性能潜力,一直是高分子材料学的热门课题,纳米技术为塑料的增韧增强改性提供了一种全新的方法和途径。纳米粒子表面活性中心多,可以和基体紧密结合,相容性比较好。当受外力时,粒子不易与基体脱离,而且因为应力场的相互作用,在基体内产生很多的微变形区,吸收大量的能量。这也就决定了其既能较好地传递所承受的外应力,又能引发基体屈服,消耗大量的冲击能,从而达到同时增韧和增强的作用。一般认为,填料粒径越小,其比表面能越高,树脂与填料相界面结合得越好。Ｈｅｒｒ等的研究表明,许多通常在熔融或液体状态下不能混合的物质组分,能在纳米尺度下合金化,具有一定的相容性。在ＰＶＣ中常用的纳米无机填料主要有纳米ＳｉＯ2和纳米ＣａＣＯ3,其硬度分别为7和2.5。纳米ＳｉＯ2材质比纳米ＣａＣＯ3坚硬,在加工中会严重磨损螺杆、料筒、模具等加工设备,并且价格也高于纳米ＣａＣＯ3。ＣａＣＯ3是塑料工业中应用最为广泛的填料,由于其长径比小,长期以来被用作增量剂使用。随着刚性增韧聚合物概念的提出和纳米技术的发展,纳米ＣａＣＯ3在塑料中得到了广泛地应用。由于纳米ＣａＣＯ3具有光泽度高、磨损率低、表面改性及疏油性等特性,可填充在ＰＶＣ、ＰＰ、酚醛树脂等塑料中,现在又被广泛地应用于ＰＶＣ电缆填料中。但目前我国纳米ＣａＣＯ3产量低、品种单一,远远不能满足市场的需要,仍主要依靠进口。纳米ＣａＣＯ3在塑料基体中的分散状况对所制备的纳米塑料的性能有关键性的影响,纳米无机粒子与塑料基体的界面结构及粘接强度也影响纳米塑料的性能。为了增加纳米粒子与聚合物的界面结合力,提高纳米粒子的分散能力,必须对纳米无机粒子进行表面改性,即用表面覆盖改性、机械化学改性、外膜层改性、局部活性改性、高能量表面改性、沉淀反应改性等物理或化学方法对粒子进行处理,改变表面原子层结构和官能团、表面疏水性、电性、化学吸附、反应特性等粒子表面的物理化学性能。炭黑(ＣＢ)填充硬聚氯乙烯(ＰＶＣ-Ｕ)复合抗静电材料中添加微量纳米无机料后对这种材料的力学性能、导电性能和加工流动性的影响,发现加入0.5%纳米无机填料后,在ＰＶＣ-Ｕ/ＣＢ纳米塑料导电性能不受损的前提下,能使其冲击强度提高56%,拉伸强度增加3ＭＰａ,0.5%的纳米无机填料还有助于炭黑在ＰＶＣ基体中的分散,且能改善ＰＶＣ-Ｕ/ＣＢ复合材料的加工流动性。进一步的研究还发现,纳米无机填料对ＰＶＣ-Ｕ/ＣＢ复合材料的增韧作用的关键不在于其用量的多少,而主要在于其分散程度。叶林忠等[13]研究了不同颗粒尺寸的轻质ＣａＣＯ3对ＲＰＶＣ的增韧作用,结果表明,在其它条件相同时,颗粒尺寸为10ｎｍ的纳米ＣａＣＯ3对ＲＰＶＣ有较好的增韧作用。将粒径为30ｎｍ的ＣａＣＯ3粒子与铝酸酯偶联剂研磨后,再与ＰＶＣ及助剂在高速捏合机内捏合,并在开炼机上塑炼、热压机上热压成型,制备了纳米ＣａＣＯ3增韧增强的ＰＶＣ纳米塑料。ＰＶＣ纳米塑料的拉伸强度、缺口冲击强度均随纳米ＣａＣＯ3含量的增加而增大,当纳米ＣａＣＯ3含量为10%时均达到最大值,此时拉伸强度为58ＭＰａ,为纯ＰＶＣ(47ＭＰａ)的123%,缺口冲击强度为16.3ｋＪ/ｍ2,为纯ＰＶＣ(5.2ｋＪ/ｍ2)的313%。试样拉伸及冲击断口的ＳＥＭ分析结果表明,此时纳米ＣａＣＯ3颗粒细小,在基体中成点阵分布,粒子与基体截面间无明显间隙,基体在冲击方向则存在一定的网丝状屈服。纳米ＣａＣＯ3对ＰＶＣ/ＡＣＲ体系力学性能的影响,发现当粒径为30ｎｍ的ＣａＣＯ3含量为10%时,断裂伸长率达到最大值,此时体系拉伸强度也达到最大值(48ＭＰａ),为ＰＶＣ/ＡＣＲ体系(26ＭＰａ)的184%;而纳米ＣａＣＯ3含量为5%时,冲击强度达到最大值(24ｋＪ/ｍ2),为ＰＶＣ/ＡＣＲ体系(13ｋＪ/ｍ2)的185%。ＡＣＲ树脂具有一定的韧性,它的加入起到调节ＰＶＣ韧性的作用,使其达到一定的脆-韧比。因此,基体树脂有一定的韧性有利于提高无机纳米粒子的利用率,改善纳米塑料的加工性能。
ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。一般性能：ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。
力学性能：ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。热学性能：ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。电学性能：ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。环境性能：ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。ABS塑料的加工性能：ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度80~85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度70~80℃，时间18~18h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70~80℃的热风循环干燥箱内2~4h，再冷却至室温即可。ABS生产方法分为掺混法和接枝法。现在世界主要生产商大多采用先接枝再掺混的方法，此法又分为乳液接枝—悬浮SAN掺混法，乳液接枝—悬浮SAN掺混法，乳液接枝—本体SAN掺混法。
PLC为可编程逻辑控制器实质是一种专用于工业控制的计算机，可编程逻辑控制器其硬件结构基本上与微型计算机相同，基本构成为：一、电源 ：可编程逻辑控制器的电源在整个系统中起着十分重要的作用。如果没有一个良好的、可靠的电源系统是无法正常工作的，因此，可编程逻辑控制器的制造商对电源的设计和制造也十分重视。一般交流电压波动在+10%(+15%)范围内，可以不采取其它措施而将PLC直接连接到交流电网上去 。二、中央处理单元(CPU) 中央处理单元(CPU)是可编程逻辑控制器的控制中枢。它按照可编程逻辑控制器系统程序赋予的功能接收并存储从编程器键入的用户程序和数据；检查电源、存储器、I/O以及警戒定时器的状态，并能诊断用户程序中的语法错误。当可编程逻辑控制器投入运行时，首先它以扫描的方式接收现场各输入装置的状态和数据，并分别存入I/O映象区，然后从用户程序存储器中逐条读取用户程序，经过命令解释后按指令的规定执行逻辑或算数运算的结果送入I/O映象区或数据寄存器内。等所有的用户程序执行完毕之后，最后将I/O映象区的各输出状态或输出寄存器内的数据传送到相应的输出装置，如此循环运行，直到停止运行。 为了进一步提高可编程逻辑控制器的可靠性，近年来对大型可编程逻辑控制器还采用双CPU构成冗余系统，或采用三CPU的表决式系统。这样，即使某个CPU出现故障，整个系统仍能正常运行。 三、存储器 ：存放系统软件的存储器称为系统程序存储器。存放应用软件的存储器称为用户程序存储器。四、输入输出接口电路 ：1．现场输入接口电路由光耦合电路和微机的输入接口电路，作用是可编程逻辑控制器与现场控制的接口界面的输入通道。2．现场输出接口电路由输出数据寄存器、选通电路和中断请求电路集成，作用可编程逻辑控制器通过现场输出接口电路向现场的执行部件输出相应的控制信号。五、功能模块 ：如计数、定位等功能模块。六、通信模块。当可编程逻辑控制器投入运行后，其工作过程一般分为三个阶段，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个阶段。完成上述三个阶段称作一个扫描周期。在整个运行期间，可编程逻辑控制器的CPU以一定的扫描速度重复执行上述三个阶段。一、输入采样阶段：在输入采样阶段，可编程逻辑控制器以扫描方式依次地读入所有输入状态和数据，并将它们存入I/O映象区中的相应的单元内。输入采样结束后，转入用户程序执行和输出刷新阶段。在这两个阶段中，即使输入状态和数据发生变化，I/O映象区中的相应单元的状态和数据也不会改变。因此，如果输入是脉冲信号，则该脉冲信号的宽度必须大于一个扫描周期，才能保证在任何情况下，该输入均能被读入。二、用户程序执行阶段 ：在用户程序执行阶段，可编程逻辑控制器总是按由上而下的顺序依次地扫描用户程序(梯形图)。在扫描每一条梯形图时，又总是先扫描梯形图左边的由各触点构成的控制线路，并按先左后右、先上后下的顺序对由触点构成的控制线路进行逻辑运算，然后根据逻辑运算的结果，刷新该逻辑线圈在系统RAM存储区中对应位的状态；或者刷新该输出线圈在I/O映象区中对应位的状态；或者确定是否要执行该梯形图所规定的特殊功能指令。在用户程序执行过程中，只有输入点在I/O映象区内的状态和数据不会发生变化，而其他输出点和软设备在I/O映象区或系统RAM存储区内的状态和数据都有可能发生变化，而且排在上面的梯形图，其程序执行结果会对排在下面的凡是用到这些线圈或数据的梯形图起作用；相反，排在下面的梯形图，其被刷新的逻辑线圈的状态或数据只能到下一个扫描周期才能对排在其上面的程序起作用。在程序执行的过程中如果使用立即I/O指令则可以直接存取I/O点。即使用I/O指令的话，输入过程影像寄存器的值不会被更新，程序直接从I/O模块取值，输出过程影像寄存器会被立即更新，这跟立即输入有些区别。三、输出刷新阶段 ：当扫描用户程序结束后，可编程逻辑控制器就进入输出刷新阶段。在此期间，CPU按照I/O映象区内对应的状态和数据刷新所有的输出锁存电路，再经输出电路驱动相应的外设。这时，才是可编程逻辑控制器的真正输出。可编程逻辑控制器具有以下鲜明的特点：一、系统构成灵活，扩展容易，以开关量控制为其特长；也能进行连续过程的PID回路控制；并能与上位机构成复杂的控制系统，如DDC和DCS等，实现生产过程的综合自动化。 二、使用方便，编程简单，采用简明的梯形图、逻辑图或语句表等编程语言，而无需计算机知识，因此系统开发周期短，现场调试容易。另外，可在线修改程序，改变控制方案而不拆动硬件。三、能适应各种恶劣的运行环境，抗干扰能力强，可靠性强，远高于其他各种机型。
四、附图说明
图1为一种高效食品净化系统的结构图。
五、具体实施方式
在图1中，1为水触媒；2为光触媒；3为电解水生成器；4为荧光灯光源；5为水泵；6为超声波换能器。一种高效食品净化系统，其特征在于：包括清洗水槽、水泵、电解水生成器、超声波系统、水触媒、光触媒；所述电解水生成器、清洗水槽和水泵都设置有进水口和出水口，电解水生成器、清洗水槽和水泵通过管道连接成闭合循环回路；所述清洗水槽内设置有超声波系统、水触媒、光触媒；水触媒为二氧化钛和不锈钢；光触媒为纳米二氧化钛涂料，均匀喷涂于清洗水槽表面；设置有荧光灯光源；纳米二氧化钛涂料组成为：0.7～3.5％纳米二氧化钛、0.002～0.13％六偏磷酸钠、28～42％为水玻璃中的硅酸盐、1.2～6.3％无机固化剂，其余为水；制备方法：用晶型为锐钛矿型为主的纳米级二氧化钛添加六偏磷酸钠作分散剂后与水玻璃用砂磨分散均匀混合后，再加入无机固化剂并混合均匀后制成涂料；电解水生成器由电解槽、纳米钛酸锶电极组成；超声波系统由振荡电路、放大器、超声波换能器组成；清洗水槽材料为聚氯乙烯纳米塑料；面板材料为ABS塑料；控制面板连接PLC控制器输入端，PLC控制器对电解水生成器、超声波系统、水泵进行控制；对于不同的食品采用不同的处理时间，不同的超声波频率。
Claims (1)
1.一种高效食品净化系统，其特征在于：包括清洗水槽、水泵、电解水生成器、超声波系统、水触媒、光触媒；所述电解水生成器、清洗水槽和水泵都设置有进水口和出水口，电解水生成器、清洗水槽和水泵通过管道连接成闭合循环回路；所述清洗水槽内设置有超声波系统、水触媒、光触媒；水触媒为二氧化钛和不锈钢；光触媒为纳米二氧化钛涂料，均匀喷涂于清洗水槽表面，设置有荧光灯光源；
纳米二氧化钛涂料组成为：0.7～3.5％纳米二氧化钛、0.002～0.13％六偏磷酸钠、28～42％为水玻璃中的硅酸盐、1.2～6.3％无机固化剂，其余为水；用晶型为锐钛矿型为主的纳米级二氧化钛添加六偏磷酸钠作分散剂后与水玻璃用砂磨分散均匀混合后，再加入无机固化剂并混合均匀后制成涂料；
电解水生成器由电解槽、纳米钛酸锶电极组成；
超声波系统由振荡电路、放大器、超声波换能器组成；
清洗水槽材料为聚氯乙烯纳米塑料；面板材料为ABS塑料；
控制面板连接PLC控制器输入端，PLC控制器对电解水生成器、超声波系统、水泵进行控制。
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