CN111792711A - 一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，主要包括O2发生装置、气体流量计、O3发生装置、微纳米气泡发生器、储存箱、泵、电催化氧化装置和收集箱，本发明的装置结合了臭氧微纳米气泡技术和电催化氧化技术来生产含高浓度羟基自由基的强氧化性溶液，对使用后的防疫物品和人流量大的公共空间进行高效且环保地消毒灭菌，使难溶于水的臭氧以微纳米气泡形式存在于水中时，可大幅提高其在水中的含量及保存时间。该技术最终生产的溶液中含有高浓度的臭氧微纳米气泡以及羟基自由基及过氧化氢，对于细菌病毒等微生物具有很高的杀灭效果，可以用于污水废水处理，及对防疫装备和多种公共空间进行环保型灭菌消毒，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于高级氧化技术领域，具体涉及一种新型强氧化性杀菌消毒溶液生产装置。
背景技术
随着工业的发展，生活废水和工业废水排放量迅速增长。一些企业和工厂为了节约生产成本，无视国家法律法规，把未经处理的废水直接排放到河湖中，造成大面积水体污染。污水治理时刻都不能松懈。简化污水治理的复杂性和节约污水治理的成本是有很有必要的。
现有污水处理技术主要有物理法、化学处理技术、生物处理技术。物理方法主要是膜分离技术，包括超滤、微滤、反渗透和纳滤等，主要是利用膜的渗透作用对废水中的微污染物进行分离、提纯、富集，达到两者相分离的目的。化学处理技术操作较为复杂，需要添加使用一定量的还原剂，其原理就是在污水中溶解一定量的化学物质，使污水中的有机物质与化学物质发生反应，从而将污水中的污染物去除。这种处理技术对水质的成分要求较高，必须能够与还原剂产生反应。生物处理技术是指污水中含的有机物与细菌相结合形成胶体，再对相关污水进行全面的过滤和沉淀，实现固液分离，最终使污水达到可再次使用的标准。高级氧化法也叫高级氧化技术或深度氧化技术，是处理效果比较彻底的一种化学处理技术。该技术的特点是可以产生具有强氧化性的·OH，在高温高压、电、声、光辐照、催化剂等反应条件下，把其他处理技术难以降解的大分子有机物彻底氧化为低毒或无毒的小分子物质的技术。
现有高级氧化技术主要有臭氧氧化、臭氧催化技术、O3/H2O2水处理技术和电化学高级氧化技术。臭氧氧化技术去除有机物主要分为直接氧化和间接氧化两个途径，臭氧的氧化还原电位是2.07V，能够直接氧化降解有机污染物；臭氧在水中能够形成强氧化性的·OH，其能将大多数有机污染物氧化分解为小分子物质。臭氧催化技术是指在催化剂的作用下，臭氧可以在水溶液中产生·OH，从而对有机物污染物无选择地去除。O3/H2O2水处理技术主要是通过O3与H2O2发生一系列的链式反应，从而产生具有强氧化性的·OH，从而可以有效地降解废水中的有机物，并将有机物污染物矿化为CO2和H2O。电化学水处理技术能够产生具有强氧化性的·OH，可以对有机物进行有效地矿化，在对难降解有机废水的处理和生物毒性的去除中引起广泛的关注，是一种难降解废水的的高效处理技术。
由于微纳米气泡具有比表面积大、吸附性强、自发产生活性氧自由基等特性，在污水治理方面展现出了优良的性能，作为一种新的水处理技术现在已得到同行的广泛认可，展现出良好的发展应用前景。工业中常用来生产微纳米气泡的技术有超声空化法、机械剪切法和文丘里管法等。
鉴于传统的污水治理常常引入大型污水处理装置，占地面积较大，且成本较高。此外在进行污水治理时经常会使用大量化学试剂，引起了二次污染。因此有必要设计一种新型强氧化性溶液生产装置，对废水污水进行预处理，减少后续操作的复杂性以及降低总体处理成本。本发明利用微纳米气泡技术结合电化学催化氧化技术，生产出的溶液中含有高浓度的·OH，该溶液的强氧化性可以对废水污水更高效地进行氧化降解预处理，并可对废水中含有的细菌病毒等病原微生物进行消毒灭菌，也可通过喷雾形式对物体表面进行消毒灭菌。这种消毒灭菌装置尤其适用于对医疗废弃物和医疗废水的处理，从而避免其成为二次感染源。
发明内容
本发明针对现有污水废水处理过程复杂和成本较高的问题，提出了一种新型强氧化性杀菌消毒溶液生产装置即一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，该发明把微纳米气泡技术与电催化氧化技术相结合，并且该发明中的电催化氧化装置可以高效地促进臭氧转化为·OH，使臭氧充分发挥作用，得到氧化性极强的溶液，进而该技术可以用于污水废水处理以及灭菌消毒等领域。由于O3不溶于水，将O3以微纳米气泡的形式注入水中，从而延长了O3在水溶液中的保存时间。微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡在破裂时，也会产生·OH；电催化氧化装置的阳极基体在电化学作用下可以催化由臭氧微米气泡破裂释放出的O3产生·OH，而且基体表面包裹的纳米纤维膜上镶嵌的氧化物纳米粒子可以对O3起到异相催化的作用，此外阳极也可以发生电解使水分子分解产生·OH；其电催化氧化装置的阴极发生还原反应，溶液中的O2以及由O2微米气泡释放出来的O2得到电子还原为H2O2，H2O2又催化O3产生·OH；由于纳米气泡的稳定性较好，最终得到的溶液中的纳米气泡会逐渐收缩进而析出O3，发挥氧化作用，提高O3的利用率。此外由于O3不溶于水，假如高浓度的臭氧扩散到空气，会对人体的健康产生损害。本发明中采用U形管设计，进而形成液封，能防止臭氧逸散到空气中。
本发明所采用的技术方案是：一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，包括O2发生装置、气体流量计、O3发生装置、微纳米气泡发生器、储存箱、泵、电催化氧化装置和收集箱；O2发生装置产生的氧气通过气体传输管道经过气体流量计进入臭氧发生装置，获得氧气中混有少量臭氧的混合气体；混合气体经过微纳米气泡发生器的进气口进入，同时在微纳米气泡发生器的进水口对液体进行简单过滤，去除毫米级以上大颗粒，避免损坏微纳米气泡发生器，从而产生含有氧气微纳米气泡和臭氧微纳米气泡的溶液；该溶液循环几分钟后进入储存箱，通过泵再次输送到电催化氧化装置，停留几十分钟，使更多的臭氧高效率地转化为·OH；由于混合溶液出口U形管的液封作用，多余的氧气经过O2排出口进入下一个工作循环；最后通过泵从混合溶液出口把电催化氧化装置中的溶液输送到收集箱，最后低温避光保存。此外该装置中的所有气体以及液体管路连接均需要添加密封件，避免气体和液体损失，以及减少压力损失，使溶液无损高效地传输到收集箱。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其O2发生装置可以为高压氧气瓶或者制氧机等类似设备。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其气体流量计可以为氧气流量计，也可以为空气或其他氧化性或惰性气体流量计。如果采用非氧气流量计的情况下，需要对流量计上的读数进行换算，才能得出准确的氧气流量。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其臭氧发生装置按照臭氧生产方式可以分为高压放电式、紫外线照射式或电解式。由于高压放电式臭氧发生器具有技术成熟、工作稳定、使用寿命长、臭氧产量大等优点，在国内得到了广泛的使用。本发明采用高压放电式臭氧发生器。此外还需要根据不同的用途来选择臭氧发生器的型号，对于空气消毒，每立方米臭氧水中臭氧的质量为20-50mg；对于物体表面消毒来讲，每立方米臭氧水中臭氧的质量为10g以上；对于污水废水处理来讲，每立方米臭氧水中臭氧的质量为100g以上。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其微纳米气泡发生装置按照工作原理可以分为文丘里管法、超声空化法和机械剪切法。由于机械剪切法成本较低，生产效率高，在工业界得到了广泛的应用。本发明采用机械剪切法微纳米气泡发生器来生产微纳米气泡溶液。机械剪切法是指当把气体通入液体中，由于气液两相的存在，液体中就会产生大气泡，大气泡再经过叶片、螺纹等部件的高速搅拌和剪切，进而形成了微纳米气泡。相对于毫米级以上大气泡，臭氧以微纳米气泡形式存在于溶液中时可停留更长时间，提高了溶液中的臭氧含量及对臭氧的利用率。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其微纳米气泡发生器的进水口采用U形管设计，采用液封形式，避免设备停机后多余的臭氧直接从进水口泄漏到空气中。停机一定时间后，臭氧会逐渐分解为氧气，从而最终排出的气体只有氧气。此外进水口处添加了过滤网或者微滤膜，避免毫米级以上的大颗粒进入微纳米气泡发生器造成的设备损坏。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其电催化氧化装置外层壳体材料可以为不导电的石英玻璃、陶瓷或塑料等，并且需要对臭氧具有一定的耐腐蚀性。其中阳极形状可以为平板状、柱状和球状等；阳极基体可以为Pt、Ti以及掺硼金刚石薄膜等；在基体表面包覆一层纳米纤维膜；纳米纤维膜上镶嵌着大量的纳米氧化物颗粒；颗粒可以为Ti、Mn、 Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb、Pb等金属的氧化物或上述金属氧化物的复合物。其阴极由集流体和碳素活性物质组成，其中集流体可以为不锈钢网、碳布、镍网等导电性良好的网状结构，而碳素活性物质可以是活性炭、炭黑、石墨烯等导电碳质粉体。该发明中的电催化氧化装置，阳极基体为Ti，表面包覆有TiO2纳米纤维膜；阴极为Ti网格炭黑-聚四氟乙烯电极；此外电催化氧化装置上端的混合溶液出口为U形管，起到液封的作用，使多余的氧气经过O2排出口进入下一个工作循环。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其电催化氧化装置中阴阳两电极间距为1cm-5cm，电流密度为10-50mA/cm2。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其电催化氧化装置的金属阳极在电化学作用下可以催化臭氧产生·OH，而且纳米级纤维膜上镶嵌的TiO2纳米粒子可以对臭氧起到异相催化的作用，此外阳极也可以发生电解使水分子分解产生·OH；其电催化氧化装置的阴极发生还原反应，O2得到电子还原为H2O2，H2O2又催化臭氧产生·OH；最终获得的溶液中含有高浓度的·OH，使得溶液的氧化性极强。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其中 TiO2纳米纤维膜可以采用溶液静电纺丝法制备，该纳米纤维膜必须是亲水的，这样可以避免大量的微纳米气泡粘附到纳米纤维膜表面。其中一种制备方法为把聚乙烯醇和聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺溶液(DMF)中，并向其中加入 TiO2纳米粒子,将其搅拌均匀后就得到了纺丝溶液。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其亲水性TiO2纳米纤维膜可采用溶液静电纺丝技术进行制备，具体过程如下：
第一步，配置纺丝溶液，使其尽可能搅拌均匀；
第二步，把纺丝溶液置于静电纺丝设备的注射器中，在注射器的金属针头与接收板间施加电场，在纺丝针头施加正的电压，接收板接地；
第三步，控制接收板的移动，使纳米纤维沉积在一定区域，最后按照需要裁剪不同的形状以及尺寸。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其储存箱和收集箱材料可以为乙烯、聚四氟乙烯、氯化聚氯乙烯、玻璃和铬镍铁合金等，对臭氧具有耐腐蚀性以及耐强氧化。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其对应的操作方法为:
第一步，打开O2发生装置和O3发生装置，同时从微纳米气泡发生器进水口供水，开始生产微纳米气泡溶液；
第二步，对微纳米气泡溶液进行3-10分钟左右的循环，排出到储存箱；
第三步，把储存箱内的微纳米气泡溶液输送到电催化氧化装置，进行 10-40分钟左右的电催化氧化；
第四步，把电催化氧化装置内的溶液排出到收集装置，待收集满后进行低温避光保存，远离火源或静电，运输时防止剧烈震动。
与现有技术相比，本发明的优点是：
1.本发明结合了微纳米气泡技术和电催化氧化技术；由于臭氧不溶于水，使其以微纳米气泡的形式存在于水中，增长了保存时间，提高了臭氧的利用效率；此外微纳米气泡发生器产生的微纳米气泡在破裂时，也会产生·OH；节约了大量的经济成本；
2.该发明设计的电催化氧化装置，在阴阳两极更多的臭氧更高效的向·OH 转化，很大程度上增强了溶液的氧化性。其电催化氧化装置的阳极基体在电化学作用下可以催化由臭氧微米气泡破裂释放出的O3产生·OH，而且基体表面包裹的纳米纤维膜上镶嵌的氧化物纳米粒子可以对O3起到异相催化的作用，此外阳极也可以发生电解使水分子分解产生·OH；阴极为具有产过氧化氢活性的炭黑-聚四氟乙烯钛网格，在阴极发生还原反应，溶液中的O2以及由 O2微米气泡释放出的O2得到电子还原为H2O2，H2O2又催化O3产生·OH。
3.过氧化氢或羟基自由基的强氧化性使其具有优秀的消毒灭菌能力；同时其氧化副产物主要是水，具有绿色环保型的特点。富含过氧化氢或羟基自由基的水溶液既可以浸泡或洗涤的形式用于口罩、防护眼镜、防护服等防疫设备的消毒灭菌；也可以喷雾的形式对医院、学校、车站、餐厅、超市等人员流量大的公共区域进行消毒灭菌。这种溶液喷雾可以将大部分的病毒杀灭于空气中及物体表面，大幅降低病毒传播和引起人员交叉感染的可能性。
附图说明
图1为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置结构示意图。
图2为电催化氧化单元结构示意图。
图中：1-O2发生装置；2-气体流量计；3-O3发生装置；4-微纳米气泡发生器；5-储存箱；6-泵；7-电催化氧化装置；8-收集箱；9-电催化装置阴极； 10-阳极基体；11-纳米纤维膜。
具体实施方式
本发明所述的一种新型强氧化溶液生产装置，如图1所示，包括O2发生装置1、气体流量计2、O3发生装置3、微纳米气泡发生器4、储存箱5、泵6、电催化氧化装置7和收集箱8，O2发生装置1通过流量计2与O3发生装置3 连接，O3发生装置3与微纳米气泡发生器的进气口连接，同时通过微纳米气泡发生器的进水口输送液体，得到的微纳米气泡溶液首先保存到储存箱5，再经过泵6的输送进入电催化氧化装置7，经过一段时间的电催化氧化，多余气体通过O2排出口进入下一次循环，得到的强氧化溶液通过混合溶液出口经过泵6的输送进入收集箱8，最后进行低温避光保存。
本发明为一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其电催化氧化装置7外层壳体材料可以为不导电的石英玻璃、陶瓷或塑料等，并且需要对臭氧具有一定的耐腐蚀性。其中阳极形状可以为平板状、柱状和球状等；阳极基体10可以为Pt、Ti以及掺硼金刚石薄膜等；在基体表面包覆一层纳米纤维膜11；纳米纤维膜上镶嵌着大量的纳米氧化物颗粒；颗粒可以为Ti、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb、Pb等金属的氧化物或上述金属氧化物的复合物。其电催化装置阴极9由集流体和碳素活性物质组成，其中集流体可以为不锈钢网、碳布、镍网等导电性良好的网状结构，而碳素活性物质可以是活性炭、炭黑、石墨烯等导电碳质粉体。该发明中的电催化氧化装置，阳极基体10为Ti，表面包覆有TiO2纳米纤维膜11；电催化装置阴极9为Ti 网格炭黑-聚四氟乙烯电极，见图2所示；此外电催化氧化装置上端的混合溶液出口为U形管，起到液封的作用，使多余的氧气经过O2排出口进入下一个工作循环。
实施例1：运用本发明一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置生产强氧化溶液，并对空气进行消毒。向微纳米气泡发生器每小时通入 20-50mg的臭氧，每小时通入自来水或者纯净水1-2m3，将获得的微纳米气泡溶液循环5分钟，然后输送到储存箱，再经过泵的输送进入电催化氧化装置内，进行电催化氧化10-20分钟，通过泵将最终获得的强氧化性溶液输送到收集箱。通过安装在移动机器人上的喷雾装置将收集箱内的强氧化溶液喷出，进而对车站大厅、医院、剧院、学校、超市等大面积的空间进行杀菌消毒。或是在容器里对大量防护用品进行集中批量消毒灭菌。
实施例2：运用运用本发明一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置对污水废水中的有机物进行氧化分解。向微纳米气泡发生器每小时通入100-300g的臭氧，每小时通入污水1-3m3，将获得的微纳米气泡溶液循环10分钟，然后输送到储存箱，再经过泵的输送进入电催化氧化装置内，进行电催化氧化10-40分钟，污水中的大量有机物被氧化降解，起到了很好的预处理作用，降低了后续操作的复杂程度以及成本，最终通过泵将溶液输送到后续的污水废水处理流程中。
Claims (8)
1.一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：包括O2发生装置、气体流量计、O3发生装置、微纳米气泡发生器、储存箱、泵、电催化氧化装置和收集箱；O2发生装置产生的氧气通过气体传输管道经过气体流量计进入臭氧发生装置，获得氧气中混有少量臭氧的混合气体；混合气体经过微纳米气泡发生器的进气口进入，同时在微纳米气泡发生器的进水口对液体进行简单过滤，去除毫米级以上大颗粒，避免损坏微纳米气泡发生器，从而产生含有氧气微纳米气泡和臭氧微纳米气泡的溶液；该溶液循环几分钟后进入储存箱，通过泵再次输送到电催化氧化装置，停留几十分钟，使更多的臭氧高效率地转化为·OH；由于混合溶液出口U形管的液封作用，多余的氧气经过O2排出口进入下一个工作循环；最后通过泵从混合溶液出口把电催化氧化装置中的溶液输送到收集箱，最后低温避光保存。
2.根据权利要求1所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：O2发生装置可以为高压氧气瓶或者制氧机等类似设备。
3.根据权利要求1所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：臭氧发生装置为高压放电式臭氧发生器，对于空气消毒，每立方米臭氧水中臭氧的质量为20-50mg；对于物体表面消毒来讲，每立方米臭氧水中臭氧的质量为10g以上；对于污水废水处理来讲，每立方米臭氧水中臭氧的质量为100g以上。
4.根据权利要求1所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：微纳米气泡发生装置采用机械剪切法微纳米气泡发生器，微纳米气泡发生器的进水口采用U形管设计，进水口处添加了过滤网或者微滤膜。
5.根据权利要求1所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：电催化氧化装置外层壳体材料可以为不导电的石英玻璃、陶瓷或塑料等，并且需要对臭氧具有一定的耐腐蚀性；其中阳极形状可以为平板状、柱状和球状等；阳极基体可以为Pt、Ti以及掺硼金刚石薄膜等；在基体表面包覆一层纳米纤维膜；纳米纤维膜上镶嵌着大量的纳米氧化物颗粒；颗粒可以为Ti、Mn、Ce、Cu、Fe、Ni、Sn、Sb、Pb等金属的氧化物或上述金属氧化物的复合物；其阴极由集流体和碳素活性物质组成，其中集流体可以为不锈钢网、碳布、镍网等导电性良好的网状结构，而碳素活性物质可以是活性炭、炭黑、石墨烯等导电碳质粉体；电催化氧化装置上端的混合溶液出口为U形管。
6.根据权利要求5所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：电催化氧化装置中阴阳两电极间距为1cm-5cm，电流密度为10-50mA/cm2。
7.根据权利要求5所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，其特征在于：纳米纤维膜为采用TiO2的溶液静电纺丝法制备，纤维膜是亲水的。
8.根据权利要求7所述的一种对防疫装备和公共空间进行环保型消毒灭菌的装置，把聚乙烯醇和聚丙烯腈溶于二甲基甲酰胺溶液中，并向其中加入TiO2纳米粒子,将其搅拌均匀后就得到了纺丝溶液。
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