CN108452362B - 杀菌模组及杀菌设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及杀菌领域，特别涉及杀菌模组和杀菌设备。杀菌模组，包括：设置于基板正面的发光二极管灯组、光催化材料和深紫外灯件；所述发光二极管灯组用于向所述光催化材料发射400纳米以上的可见光或300‑400纳米的紫外光；所述光催化材料，用于接收所述发光二极管灯组的光波并产生强氧化性的自由基团，所述深紫外灯设置于所述基板的正面，所述深紫外灯件用于向所述光催化材料发射300纳米以下的深紫外线。本发明利用发光二极管灯件作为光催化材料的激发光源，发光二极管灯组向所述光催化材料发射400纳米以上的可见光或300‑400纳米的紫外光，光催化材料接收所述发光二极管灯组的光波并产生强氧化性的自由基团，实现杀菌和净化VOCs，达到彻底净化室内气体污染物的效果。
Description
技术领域
本发明涉及杀菌领域，特别涉及杀菌模组和杀菌设备。
背景技术
随着工业的现代化发展，环境污染问题给人们的健康带来了严重的影响。人们的观念逐渐转移到室内居住环境的净化方面。常用的室内空气净化装置通常是用过滤吸附法来处理污染物，而这种方法只能简单的进行吸附，容易造成二次污染的问题，不能从根本上进行污染物的绿色净化去除。自1972年以来，光催化空气净化的方法逐渐成为一种新兴的技术而受到人们的青睐。其最大的优点是，这种光催化法能在紫外光源的照射下去除绝大多数的污染物，包括像是小分子的醛酮类气体和大分子的苯系物；而且这种净化方法能够真正实现将室内VOCs污染物分子彻底分级为无污染的绿色产物(CO2和H2O)。不仅如此，光催化氧化的方法在杀菌方面也具有显著优势。已有大量科技论文报道，光催化氧化的方法能生成的高浓度活性氧物种是其杀菌作用的关键，活性氧物种对细菌的攻击可造成细菌活力的下降及细胞膜损伤(Environ Sci Technol 2014,48(16),9412-9419)。然而，光催化氧化去除污染物的技术在实际应有的过程中会碰到反应速率较低的问题，不能快速的实现净化功能；同时，光催化杀菌的速度也非常缓慢，且可杀灭的病菌种类有限。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明的目的是提供杀菌模组和杀菌设备，解决现有上述一个以上的技术问题。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种杀菌模组，其包括：设置于基板正面的发光二极管灯组、光催化材料；所述发光二极管灯组用于向所述光催化材料发射400纳米以上的可见光或300-400纳米的紫外光；所述光催化材料，用于接收所述发光二极管灯组的光波并产生强氧化性的自由基团；所述的杀菌模组还包括：一个以上的深紫外灯件，所述深紫外灯设置于所述基板的正面，所述深紫外灯件用于向所述光催化材料发射300纳米以下的深紫外线。
在一些实施例中，优选为，所述深紫外灯件包括：LED灯、蒸汽或气体放电光源。
在一些实施例中，优选为，所述发光二极管灯组用于向所述光催化剂材料发射360-390纳米的紫外光。
在一些实施例中，优选为，所述光催化材料包括：TiO2、WO3、CuO、Cu2O、ZnS、ZnO、CdS、CdSe、Fe3O4、Fe2O3、FeTiO3、Bi2O3、BiOI、BiOCl、BiOBr、BiOF、BiVO4、BiWO4、Bi2MoO6、CdWO4、In2O3、Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI、MoO3、MoS2、SrTiO3、V2O5、SnO2、PbO、Co3O4、NiO、CeO2、MnOx，Cr2O3或ZrO2中的一种或一种以上的组合。
在一些实施例中，优选为，所述光催化材料还包括：改性掺杂物，所述改性掺杂物包括：Fe、Co、Ni、Cu、Ag、V、Mg、Ce、F、S、N、P、Au、Ag、Pt、Rh、Pd中的一种或多种。
在一些实施例中，优选为，所述光催化材料还包括：电子传导增强剂；所述电子传导增强剂包括：石墨烯、碳纳米管、足球烯或者含有石墨材料、聚苯胺、聚吡咯中一种或多种的高分子聚合物。
在一些实施例中，优选为，所述光催化材料还包括：吸附剂，所述吸附剂包括：活性氧化铝、活性炭、羟基磷灰石、以及硅藻土中的任一种或多种。
在一些实施例中，优选为，所述光催化材料的载体包括：泡沫金属、蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、光催化网状结构。
在一些实施例中，优选为，所述泡沫金属包括：Ni、Cu、Al、Fe类泡沫金属。
在一些实施例中，优选为，所述蜂窝陶瓷包括：堇青石、云母石类蜂窝陶瓷。
在一些实施例中，优选为，所述泡沫陶瓷包括：SiC、Al2O3类泡沫陶瓷。
本发明还提供了一种杀菌设备，其包括所述的杀菌模组。
在一些实施例中，优选为，所述杀菌设备包括：空气净化器、空气调节器、新风机、吸尘器、冰箱、去湿机、干燥机、干衣机、暖风机。
(三)有益效果
本发明提供的技术方案中利用发光二极管(LED)灯件作为光催化材料的激发光源，发光二极管灯组向所述光催化材料发射400纳米以上的可见光或300-400纳米的紫外光，光催化材料接收所述发光二极管灯组的光波并产生强氧化性的自由基团，实现杀菌和净化VOCs功能，从而达到彻底净化室内气体污染物的效果；杜绝单纯依靠吸附产生二次污染的问题，实现室内环境的绿色净化。
该杀菌模组采用的LED组件的激发光源不只是300-400nm的紫外灯波段，同时还搭配有深紫外灯件(LED灯或者其它灯管)进行辅助杀菌和空气净化功能。
本杀菌模组不仅具有光催化杀菌除VOC的功能，还可以利用100-200nm的深紫外光的较强的能量产生微量臭氧，利用臭氧的强氧化功能，辅助光催化剂产生的自由基团，有效地杀灭细菌以及将甲醛、苯等VOCs分子进行分解。
杀菌和臭氧分解的结合，成为一种新型的具有高效杀菌功能的空气净化装置，对室内污染物的去除能力显著提升。能够解决现有光催化技术的不足，该装置的结构简单合理，适用范围广，即对空气中的浮游细菌具有普适灭杀功能，又对甲醛、苯等室内环境中的VOCs具有净化氧化功能。
附图说明
图1为本发明一个实施例中杀菌模组的结构示意图。
注：
1发光二极管灯组；2深紫外灯件；3基板；4光催化材料。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。“第一”“第二”“第三”“第四”不代表任何的序列关系，仅是为了方便描述进行的区分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。“当前”在执行某动作之时的时刻，文中出现多个当前，均为随时间流逝中实时记录。
由于目前光催化氧化去除污染物的技术在实际应有的过程中会碰到反应速率较低的问题，不能快速的实现净化功能；同时，光催化杀菌的速度也非常缓慢，且可杀灭的病菌种类有限的问题，本发明给出杀菌模组和杀菌设备。
下面将通过基础设计、扩展设计及替换设计对产品、方法等进行详细描述。
一种杀菌模组，如图1所示，其包括：设置于基板正面的发光二极管灯组1、光催化材料4；发光二极管灯组1用于向光催化材料4发射400纳米以上的可见光或300-400纳米的紫外光；光催化材料4，用于接收发光二极管灯组1的光波并产生强氧化性的自由基团。
发光二极管灯组1作为光催化材料4的激发光源，激发光催化材料4产生具有强氧化性的自由基团，实现杀菌和净化VOCs功能。发光二极管(LED)作为光催化材料4的激发光源，其LED波长范围为可以为400nm以上的可见光波段，也可以为300-400nm的紫外光波段。尤其是300-400纳米的紫外光波段能更好的提高光催化剂的净化效果。
杀菌模组还包括：一个以上的深紫外灯件2，深紫外灯设置于基板3的正面，深紫外灯件2用于向光催化材料4发射300纳米以下的深紫外线。利用深紫外灯件2进行辅助杀菌和空气净化功能，深紫外线通过照射微生物的DNA使其当即死亡或者不能繁衍；同时，波长200nm以下的深紫外线可将空气中的O2变成(臭氧)，可以利用臭氧的强氧化功能，辅助光催化剂产生的自由基团，有效地杀灭细菌以及将甲醛、苯等VOCs分子进行分解。
发光二极管发出的光促使光催化材料4常胜强氧化性的自由基，进行杀菌。而深紫外灯作为发光二极管的辅助杀菌形式，利用臭氧的强氧化功能，辅助光催化剂产生的自由基团，有效地杀灭细菌以及将甲醛、苯等VOCs分子进行分解。二者结合成为一种新型的具有高效杀菌功能的空气净化装置，对室内污染物的去除能力显著提升。能够解决现有光催化技术的不足，该装置的结构简单合理，适用范围广，即对空气中的浮游细菌具有普适灭杀功能，又对甲醛、苯等室内环境中的VOCs具有净化氧化功能。
其中，深紫外灯件2包括：LED灯、蒸汽或气体放电光源，如如水银蒸汽放电的光源，又如真空紫外灯管(VUV)或者低压水银放电管等。
在其他的实施例中，发光二极管灯组1和深紫外灯件2的组合方式可以有多种，比如：发光二级光管组的光波可选自450纳米可见光、300-400纳米紫外光、360-390纳米紫外光；深紫外灯件2的光波可选自：波长为小于300nm以下的深紫外线光源，波长为小于280nm以下的深紫外线光源，波长为253.7nm的深紫外线，波长为184.9nm的深紫外线，波长为253.7nm和少量184.9nm的深紫外线等等。其中各种发光二极管灯组1和各种深紫外灯件2之间可以相互结合使用。
而且，利用的发光二极管(LED)作为光催化材料4的激发光源，和深紫外灯件2的个数可以自由组合，例如两种灯的个数可以分别为1个，也可以为增强型的各N个(N≥1)。
接下来给出光催化材料4的选取：
用于净化VOCs的光催化材料4可以是TiO2、WO3、CuO、Cu2O、ZnS、ZnO、CdS、CdSe、Fe3O4、Fe2O3、FeTiO3、Bi2O3、BiOI、BiOCl、BiOBr、BiOF、BiVO4、BiWO4、Bi2MoO6、CdWO4、In2O3、Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI、MoO3、MoS2、SrTiO3、V2O5、SnO2、PbO、Co3O4、NiO、CeO2、MnOx，Cr2O3或ZrO2中的一种或一种以上的半导体复合。
特别地，为增强光催化材料4的光催化活性，通常对其进行改性，所述改性方式可以为掺杂(包括金属掺杂，如Fe、Co、Ni、Cu、Ag、V、Mg、Ce等；非金属掺杂，如F、S、N、P等)、贵金属沉积(如Au、Ag、Pt、Rh、Pd等)。
为了增强其电子传导能力，可以增加电子传导增强剂，如将催化剂与石墨烯、碳纳米管、足球烯或者其它含有石墨材料、聚苯胺、聚吡咯等高分子聚合物等)中的一种或一种以上的混合涂层。
进一步地，为增强其光催化活性，可在光催化涂层中添加具有吸附性质的材料，实现与催化剂的有效结合，如活性氧化铝、活性炭、羟基磷灰石、以及硅藻土等吸附剂。
举例说明：
例1，TiO2，掺杂Fe，及石墨烯和活性氧化铝
例2，WO3，掺杂Ag和F，及碳纳米管和活性炭
例3，CuO或Cu2O，掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例4，ZnS，ZnO掺杂Ce，N，及足球烯和羟基磷灰石
例5，CdS，CdSe掺杂Fe，及石墨烯和活性氧化铝
例6，Fe3O4、Fe2O3掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例7，FeTiO3掺杂V和Pt，及碳纳米管和寒石墨材料的高分子聚合物
例8，Bi2O3、BiOI、BiOCl、BiOBr、BiOF、BiVO4、BiWO4、Bi2MoO6掺杂V和Pt，及碳纳米管和寒石墨材料的高分子聚合物
例9，CdWO4掺杂Ce，N，及足球烯和羟基磷灰石
例10，In2O3掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例11，Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI掺杂Ag和F，及碳纳米管和活性炭
例12，MoO3、MoS2掺杂Ce，N，及足球烯和羟基磷灰石
例13，SrTiO3掺杂Fe，及石墨烯和活性氧化铝
例14，V2O5掺杂N和Pt，及碳纳米管和寒石墨材料的高分子聚合物
例15，SnO2掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例16，PbO掺杂V和Pt，及碳纳米管和寒石墨材料的高分子聚合物
例17，Co3O4掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例18，NiO掺杂Fe，及石墨烯和活性氧化铝
例19，CeO2掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
例20，MnOx掺杂Ce，N，及足球烯和羟基磷灰石
例21，SrTiO3掺杂Fe，及石墨烯和活性氧化铝
例22，Cr2O3掺杂V和Pt，及碳纳米管和寒石墨材料的高分子聚合物
例23，ZrO2掺杂Mg和P，及聚苯胺的高分子聚合物和硅藻土
其中，光催化材料的载体包括：泡沫金属、蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷、光催化网状结构。泡沫金属包括：Ni、Cu、Al、Fe类泡沫金属；蜂窝陶瓷包括：堇青石、云母石类蜂窝陶瓷；泡沫陶瓷包括：SiC、Al2O3类泡沫陶瓷。
本发明还提供了一种杀菌设备，其包括杀菌模组。
上述杀菌模组可以安装在空气净化器、家用和商用空气调节器、新风机、吸尘器、冰箱、去湿机、干燥机、干衣机、暖风机，以及其它带有杀菌或者空气净化功能的电器当中。进一步优选的，上述强效空气净化装置可以安装在空气净化器、家用和商用空气调节器、新风系统中。
下面给出两个具体的实施例：
实施例一：
(1)所采取的技术方案利用的发光二极管(LED)作为光催化材料的激发光源，其LED波长为可以为385nm的紫外波段发光二极管(LED)灯组。
(2)用来辅助杀菌和净化VOCs功能的深紫外灯件为真空紫外灯管(VUV)，即深紫外灯件。
(3)LED灯组1和真空紫外灯管的主题连接线路结构(基板)。
(4)图示中所采取的LED光源1的个数为3个。
(5)所采取的真空紫外灯管的个数为1个。
(6)深紫外线光源产生的波长为253.7nm和少量184.9nm的紫外线。
(7)用于净化VOCs的光催化材料是TiO2，采用粘结剂粘连的方式将上述TiO2粘附在SiC泡沫陶瓷体表面。
(8)将该净化装置安装在空气净化器中，按照国标的方法在30m3的密封舱中进行除甲醛的测试实验，其净化效率达到90％以上。
(9)打开本实施例的高效深紫外线杀菌装置，≧90％的细菌即可被迅速杀死，另外通过调整LED光源和深紫外线光源真空紫外灯管2的功率，可以提高或者降低所产生的紫外线的能力，从而实现进一步提高本高效杀菌空气净化装置的使用效果。
实施例二：
(1)所采取的技术方案利用的发光二极管(LED)作为光催化材料的激发光源，其LED波长为可以为365nm的紫外波段；
(2)技术方案中用来辅助杀菌和净化VOCs功能的深紫外灯件为低压水银放电管
(3)为LED灯组和真空紫外灯管的主题连接线路结构。
(4)所采取的LED光源1的个数为5个。
(5)所采取的真空紫外灯管的个数为2个。
(6)所述深紫外线光源产生的波长为253.7nm和少量184.9nm的紫外线。
(7)用于净化VOCs的光催化材料是TiO2，采用粘结剂粘连的方式将上述TiO2粘附在堇青石蜂窝陶瓷表面。
(8)将该净化装置安装在空气净化器中，按照国标的方法在30m3的密封舱中进行除甲醛的测试实验，其净化效率达到90％以上。
(9)打开本实施例的高效深紫外线杀菌装置，≧90％的细菌即可被迅速杀死，另外通过调整LED光源和深紫外线光源真空紫外灯管2的功率，可以提高或者降低所产生的紫外线的能力，从而实现进一步提高本高效杀菌空气净化装置的使用效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种杀菌模组，其特征在于，包括：设置于基板正面的发光二极管灯组、光催化材料；所述发光二极管灯组用于向所述光催化材料发射400纳米以上的可见光或300-400纳米的紫外光；
所述光催化材料，用于接收所述发光二极管灯组的光波并产生强氧化性的自由基团，所述光催化材料包括改性掺杂物、电子传导增强剂和吸附剂；还包括：一个以上的深紫外灯件，所述深紫外灯件设置于所述基板的正面，所述深紫外灯件用于向所述光催化材料发射300纳米以下的深紫外线；所述改性掺杂物包括：Fe、Co、Ni、Cu、Ag、V、Mg、Ce、F、S、N、P、Au、Ag、Pt、Rh、Pd中的一种或多种；所述光催化材料的载体包括：蜂窝陶瓷、泡沫陶瓷，所述蜂窝陶瓷包括：堇青石、云母石类蜂窝陶瓷；或，所述泡沫陶瓷包括：SiC、Al2O3类泡沫陶瓷。
2.如权利要求1所述的杀菌模组，其特征在于，所述深紫外灯件包括：LED灯、蒸汽或气体放电光源。
3.如权利要求1或2所述的杀菌模组，其特征在于，所述发光二极管灯组用于向所述光催化剂材料发射360-390纳米的紫外光。
4.如权利要求1或2所述的杀菌模组，其特征在于，所述光催化材料包括：TiO2、WO3、CuO、Cu2O、ZnS、ZnO、CdS、CdSe、Fe3O4、Fe2O3、FeTiO3、Bi2O3、BiOI、BiOCl、BiOBr、BiOF、BiVO4、BiWO4、Bi2MoO6、CdWO4、In2O3、Ag3PO4、AgCl、AgBr、AgI、MoO3、MoS2、SrTiO3、V2O5、SnO2、PbO、Co3O4、NiO、CeO2、MnOx，Cr2O3或ZrO2中的一种或一种以上的组合。
5.如权利要求4所述的杀菌模组，其特征在于，所述电子传导增强剂包括：石墨烯、碳纳米管、足球烯或者含有石墨材料、聚苯胺、聚吡咯中一种或多种的高分子聚合物。
6.如权利要求4所述的杀菌模组，其特征在于，所述吸附剂包括：活性氧化铝、活性炭、羟基磷灰石、以及硅藻土中的任一种或多种。
7.如权利要求1或2所述的杀菌模组，其特征在于，所述光催化材料的载体包括：泡沫金属、光催化网状结构。
8.如权利要求7所述的杀菌模组，其特征在于，
所述泡沫金属包括：Ni、Cu、Al、Fe类泡沫金属。
9.一种杀菌设备，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的杀菌模组。
10.如权利要求9所述的杀菌设备，其特征在于，所述杀菌设备包括：空气净化器、空气调节器、新风机、吸尘器、冰箱、去湿机、干燥机、干衣机、暖风机。
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