CN114717580A - 一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法，涉及消毒灭菌技术领域。本发明的目的是为了解决臭氧消毒和含氯化合物消毒后残余的臭氧和含氯化合物不能有效进行分解、等离子体消毒和紫外光消毒对室内死角位置消毒效果差，以及常规电催化氧化还原反应制备的H2O2需要外加电解质且浓度不符合消毒标准的问题。方法：湿润的氢气被电极氧化成H+，湿润的氧气被电极还原成HO2 ‑；H+通过阳离子交换膜、HO2 ‑通过阴离子交换膜进入到固体电解质腔室，生成H2O2。本发明可设置多个过氧化氢制备单元串联，以实现最终的H2O2浓度可控。本发明可获得一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法。

Description

一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法
技术领域
本发明涉及消毒灭菌技术领域，具体涉及一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法。
背景技术
为了有效地切断病毒的传播，常常需要对医院、学校、火车站、飞机场、冷库、超市、商场、酒店、实验室和家庭住宅等室内场所进行消毒处理。目前，现有的气体消毒技术均可实现不同程度的消毒灭菌，但都存有弊端。例如：臭氧消毒和含氯化合物的消毒技术均可以有效杀灭细菌，适用于空间较大公共场所的消毒；但臭氧消毒和含氯化合物消毒后残余的臭氧和含氯化合物不能快速有效分解，且具有刺激性气味，如果用在酒店、超市、实验室、家庭住宅、学校和医院等室内场所消毒，会对周围环境和人体造成危害。此外，等离子体消毒和紫外光消毒对室内死角位置消毒效果较差。H2O2干雾也常用于室内环境的灭菌消毒，通常将H2O2消毒液雾化成细微颗粒弥散在室内，停留几十秒钟到数十分钟，就可以全方位杀毒，反应完分解成氧气和水，对人体没有危害，不留消毒隐患；但该消毒通常使用商业化高浓度的H2O2溶液，由于其是一种易爆炸的强氧化剂，在运输和储存过程中存在很大的安全风险。另外，在水溶液中常规电催化氧化还原反应制备的H2O2需要外加电解质，且制备的H2O2浓度很难达到要求。综上所述，急需开发出一种高效、安全以及低价的原位制备H2O2干雾的消毒装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决臭氧消毒和含氯化合物消毒后残余的臭氧和含氯化合物不能有效进行分解、等离子体消毒和紫外光消毒对室内死角位置消毒效果差，以及常规电催化氧化还原反应制备的H2O2需要外加电解质且制备的H2O2浓度不符合消毒标准的问题，而提供一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法。
一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，包括储水罐1、电解水装置3、过氧化氢制备单元a、过氧化氢制备单元b和雾化单元30；所述的电解水装置3由阴极4、阳极7、离子交换膜32和电源5组成，所述的过氧化氢制备单元a由电源5、氢气储存室一10、固体电解质腔室一14和氧气储存室一17组成，过氧化氢制备单元b由电源5、氢气储存室二110、固体电解质腔室二114、氧气储存室二117和氮氧分离膜组件22组成，所述的雾化单元30由过氧化氢储液罐25、电力供应装置26和雾化器29组成；
所述的电解水装置3内设置有离子交换膜32，离子交换膜32将电解水装置3的内部分隔成两个独立的腔室，一个腔室内设置有阴极4，另一个腔室内设置有阳极7，阴极4 通过导线与电源5的负极电连接，阳极7通过导线与电源5的正极电连接；
所述的固体电解质腔室一14设置在过氧化氢制备单元a的内部，固体电解质腔室一 14将过氧化氢制备单元a的内部分隔成氢气储存室一10和氧气储存室一17，氢气储存室一10内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室一14连接；所述的氧气储存室一17 内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室一14连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室一17上设置有氧气排气管20；
所述的固体电解质腔室二114设置在过氧化氢制备单元b的内部，固体电解质腔室二 114将过氧化氢制备单元b的内部分隔成氢气储存室二110和氧气储存室二117，氢气储存室二110内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室二114连接；所述的氧气储存室二 117内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室二114连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室二117的进气口通过管路与氮氧分离膜组件22的氧气出气口连通，氮氧分离膜组件22的进气口通过管路与送气装置23的出气口连通；氧气储存室二117上设置有排气管21；
所述的氢气储存室二110通过连接导线34与氢气控制器18连接，氢气控制器18与电解水装置3的电源5电连接；
储水罐1的出水口通过供水管路a 2与电解水装置3的进水口连通，阴极4所在腔室的出气口通过氢气输送管路8与过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10的进气口连通；阳极7所在腔室的出气口通过氧气输送管路9与过氧化氢制备单元a的氧气储存室一17 的进气口连通，所述的氢气储存室一10的出气口通过氢气转运管路12与过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110的进气口连通；储水罐1的另一出水口通过供水管路b 13与过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14的进水口连通，所述的固体电解质腔室一14 的出水口通过供水管路c 19与过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114的进水口连通，所述的固体电解质腔室二114的出水口通过过氧化氢输送管路24与过氧化氢储液罐 25的进水口连通；
所述的过氧化氢储液罐25的出水口通过管路与雾化器29的进水口连通，且该管路上设置有水泵27，电力供应装置26通过导线与雾化器29电连接，雾化器29上设置有过氧化氢干雾喷嘴31。
一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的运行方法，按以下步骤进行：
一、将储水罐1内的纯水加入到电解水装置3内，接通电解水装置3的电源5，纯水在阴极4一侧制备得到湿润的氢气、在阳极7一侧制备得到湿润的氧气；湿润的氢气在自身气体压力的作用下进入到氢气储存室一10内，湿润的氧气在自身气体压力的作用下进入到氧气储存室一17内，湿润的氢气被阳极气体扩散电极11氧化生成H+，湿润的氧气被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -；H+通过阳离子交换膜6、HO2 -通过阴离子交换膜 15进入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，生成H2O2；
二、将储水罐1内的纯水加入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，H2O2在纯水水流的作用下经供水管路c 19进入到过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114内；过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10内的氢气经氢气转运管路12进入到过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内，氢气被氢气储存室二110内的阳极气体扩散电极11 氧化生成H+，H+再通过阳离子交换膜6进入到固体电解质腔室二114内；同时送气装置 23将空气送入氮氧分离膜组件22内，空气在氮氧分离膜组件22的分离作用下分离得到氧气，氧气在氧气储存室二117内被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -，HO2 -通过阴离子交换膜15进入到固体电解质腔室二114内，生成H2O2；H2O2在水泵27的作用下进入到过氧化氢储液罐25内，并在稳压阀28的调节下进入到雾化器29内，通过空气压缩机或者超声波高频振荡器将H2O2溶液雾化，最后经过氧化氢干雾喷嘴31匀速喷洒。
本发明的有益效果：
(1)本发明一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，通过控制水流流速和串联多组反应单元可获得不同浓度的H2O2溶液，浓度最高可达25％(wt.％)，制备的H2O2水溶液不含电解质，不会腐蚀H2O2雾化装置或者析出结晶盐，可以满足不同场所的消毒需要，同时可以避免现有消毒设备运输储存商品化H2O2而带来的安全风险。
臭氧是气体分子，而含氯化合物具有可挥发性，也可呈现气体分子状态，消毒后消散较慢，容易对人体皮肤和上呼吸道产生氧化破坏作用，同时含氯化合物还有刺激味道。而本发明所制备的H2O2干雾属于液体雾化状态，是具有一定粒径的小液滴，经消毒后可较快速的消散，相比臭氧和含氯化合物安全性更高。
传统的电解质是溶于水的离子状态，进而制备的H2O2溶液也会含有电解质。而本发明所采用的是固体多孔电解质，其不溶于水，因此制备的H2O2溶液为纯的过氧化氢溶液，不含电解质。
(2)本发明原位制备H2O2干雾装置的原料主要是水，经电催化生成的H2O2溶液无其他杂质、纯度高，可直接雾化，制备成本低廉，且绿色环保，能够进行商业化推广应用。
本发明可获得一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置及其运行方法。
附图说明
图1为实施例1一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的结构示意图，1为储水罐，2为供水管路a，3为电解水装置，4为阴极，5为电源，6为阳离子交换膜，7为阳极，8 为氢气输送管路，9为氧气输送管路，10为氢气储存室一，110为氢气储存室二，11为阳极气体扩散电极，12为氢气转运管路，13为供水管路b，14为固体电解质腔室一，114 为固体电解质腔室二，15为阴离子交换膜，16为阴极气体扩散电极，17为氧气储存室一， 117为氧气储存室二，18为氢气控制器，19为供水管路c，20为氧气排气管，21为排气管，22为氮氧分离膜组件，23为送气装置，24为过氧化氢输送管路，25为过氧化氢储液罐，26为电力供应装置，27为水泵，28为稳压阀，29为雾化器，30为雾化单元，31为过氧化氢干雾喷嘴，32为离子交换膜，34为连接导线。
图2为实施例2中氢气储存室的内部腔室布置的结构示意图。
图3为实施例2中氧气储存室的内部腔室布置的结构示意图。
图4为实施例2中电磁继电器控制电解水装置进行电解或停止电解的示意图，5为电源，6为阳离子交换膜，110为氢气储存室二，11为阳极气体扩散电极，114为固体电解质腔室二，15为阴离子交换膜，16为阴极气体扩散电极，117为氧气储存室二，22为氮氧分离膜组件，35为电磁继电器，36为活塞，37为导电件。
具体实施方式
具体实施方式一：本实施方式一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，包括储水罐1、电解水装置3、过氧化氢制备单元a、过氧化氢制备单元b和雾化单元30；所述的电解水装置3由阴极4、阳极7、离子交换膜32和电源5组成，所述的过氧化氢制备单元a由电源5、氢气储存室一10、固体电解质腔室一14和氧气储存室一17组成，过氧化氢制备单元b由电源5、氢气储存室二110、固体电解质腔室二114、氧气储存室二117和氮氧分离膜组件22组成，所述的雾化单元30由过氧化氢储液罐25、电力供应装置26和雾化器29组成；
所述的电解水装置3内设置有离子交换膜32，离子交换膜32将电解水装置3的内部分隔成两个独立的腔室，一个腔室内设置有阴极4，另一个腔室内设置有阳极7，阴极4 通过导线与电源5的负极电连接，阳极7通过导线与电源5的正极电连接；
所述的固体电解质腔室一14设置在过氧化氢制备单元a的内部，固体电解质腔室一 14将过氧化氢制备单元a的内部分隔成氢气储存室一10和氧气储存室一17，氢气储存室一10内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室一14连接；所述的氧气储存室一17 内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室一14连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室一17上设置有氧气排气管20；
所述的固体电解质腔室二114设置在过氧化氢制备单元b的内部，固体电解质腔室二 114将过氧化氢制备单元b的内部分隔成氢气储存室二110和氧气储存室二117，氢气储存室二110内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室二114连接；所述的氧气储存室二 117内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室二114连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室二117的进气口通过管路与氮氧分离膜组件22的氧气出气口连通，氮氧分离膜组件22的进气口通过管路与送气装置23的出气口连通；氧气储存室二117上设置有排气管21；
所述的氢气储存室二110通过连接导线34与氢气控制器18连接，氢气控制器18与电解水装置3的电源5电连接；
储水罐1的出水口通过供水管路a 2与电解水装置3的进水口连通，阴极4所在腔室的出气口通过氢气输送管路8与过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10的进气口连通；阳极7所在腔室的出气口通过氧气输送管路9与过氧化氢制备单元a的氧气储存室一17 的进气口连通，所述的氢气储存室一10的出气口通过氢气转运管路12与过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110的进气口连通；储水罐1的另一出水口通过供水管路b 13与过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14的进水口连通，所述的固体电解质腔室一14 的出水口通过供水管路c 19与过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114的进水口连通，所述的固体电解质腔室二114的出水口通过过氧化氢输送管路24与过氧化氢储液罐 25的进水口连通；
所述的过氧化氢储液罐25的出水口通过管路与雾化器29的进水口连通，且该管路上设置有水泵27，电力供应装置26通过导线与雾化器29电连接，雾化器29上设置有过氧化氢干雾喷嘴31。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同点是：所述的电解水装置3内电解液中的溶剂为纯水或碱溶液；所述的电解液为硫酸钠溶液或高氯酸钠溶液。
其他步骤与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同点是：所述的阴极4为不锈钢电极、Pt/C电极、碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极，且所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、石墨烯、富勒稀、网状玻璃碳、石墨板、碳海绵、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极或钛金属电极。
其他步骤与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是：所述的阳极7为碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、Pt/C电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极；所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、富勒稀、碳纳米管、石墨、石墨烯、石墨板、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极、钛金属电极。
其他步骤与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是：所述的离子交换膜32为质子交换膜或阴离子交换膜。
其他步骤与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是：所述的过氧化氢制备单元a内的阳极气体扩散电极11和阴极气体扩散电极16以及过氧化氢制备单元b内的阳极气体扩散电极11和阴极气体扩散电极16均为碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/ 聚四氟乙烯、金属、金属-金属氧化物和金属-金属化合物一种或几种改性后的气体扩散电极，所述的改性后的气体扩散电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物的一种或几种改性的电极，所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铌、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铕、钇、铑、钼、铂、钒、铈、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/聚四氟乙烯中的碳材料/炭材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、纳米石墨、石墨烯、碳纤维、富勒稀、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属为泡沫金属。
其他步骤与具体实施方式一至五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同点是：所述的过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14和过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114内均设置有多孔固体电解质，所述的多孔固体电解质为氧化物多孔固体电解质、化合物多孔固体电解质、聚合物多孔固体电解质和无机-有机复合多孔固体电解质中的一种或几种，多孔固体电解质为苯乙烯-二乙烯基苯磺酸共聚物、离子交换树脂或磷钨酸氢铯化合物。
其他步骤与具体实施方式一至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同点是：所述的电源5为太阳能发电系统或者电力系统；所述的送气装置23为空压机；所述的过氧化氢储液罐 25的出水口与雾化器29的进水口连通的管路上还设置有稳压阀28。
其他步骤与具体实施方式一至七相同。
具体实施方式九：一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的运行方法，按以下步骤进行：
一、将储水罐1内的纯水加入到电解水装置3内，接通电解水装置3的电源5，纯水在阴极4一侧制备得到湿润的氢气、在阳极7一侧制备得到湿润的氧气；湿润的氢气在自身气体压力的作用下进入到氢气储存室一10内，湿润的氧气在自身气体压力的作用下进入到氧气储存室一17内，湿润的氢气被阳极气体扩散电极11氧化生成H+，湿润的氧气被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -；H+通过阳离子交换膜6、HO2 -通过阴离子交换膜 15进入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，生成H2O2；
二、将储水罐1内的纯水加入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，H2O2在纯水水流的作用下经供水管路c 19进入到过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114内；过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10内的氢气经氢气转运管路12进入到过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内，氢气被氢气储存室二110内的阳极气体扩散电极11 氧化生成H+，H+再通过阳离子交换膜6进入到固体电解质腔室二114内；同时送气装置 23将空气送入氮氧分离膜组件22内，空气在氮氧分离膜组件22的分离作用下分离得到氧气，氧气在氧气储存室二117内被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -，HO2 -通过阴离子交换膜15进入到固体电解质腔室二114内，生成H2O2；H2O2在水泵27的作用下进入到过氧化氢储液罐25内，并在稳压阀28的调节下进入到雾化器29内，通过空气压缩机或者超声波高频振荡器将H2O2溶液雾化，最后经过氧化氢干雾喷嘴31匀速喷洒。
本实施方式可设置多个过氧化氢制备单元串联，以实现最终的H2O2浓度可控。
由于电解水装置生产的氢气和氧气的摩尔比为2:1，氧气含量少，因此利用空气补充缺少的氧气。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式九不同点是：氢气储存室二110通过连接导线34与氢气控制器18连接，氢气控制器18与电解水装置3的电源5电连接，当氢气储存室二110内的氢气压力超过额定压力时，氢气控制器18控制关闭电解水装置3的电源5，电解水装置3停止电解；
当过氧化氢制备单元b的氧气储存室二117内的氧气压力超过额定压力时，通过排气管21将氧气排出。
其他步骤与具体实施方式九相同。
具体实施方式十一：本实施方式与具体实施方式十不同点是：所述的氢气控制器18 由电磁继电器35、导电件37和电源组成；过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内设置有活塞36，活塞36的上表面设置有两个导电块，且两个导电块之间通过导线连接；当过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内的氢气压力增大时，氢气压力推动活塞36上移，当活塞36到达氢气储存室10的顶壁时，活塞36上的两个导电块分别与氢气储存室 10外壁穿设的两根导线连接，电磁继电器35所在的电路构成回路，电磁继电器35产生磁性吸住导电件37，过氧化氢制备单元b的电源5所在电路断开，电解水装置3停止电解；电解水装置3停止电解后一段时间，当过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内的氢气压力减小，活塞36受重力向下运动，电磁继电器35所在的电路断开，电磁继电器 35失去磁性，导电件37受弹簧弹力作用向上运动，重新与过氧化氢制备单元b的电源5 所在电路连接，电解水装置3则继续进行电解；
电磁继电器35所在的电路构成回路时，电磁继电器35对导电件37的磁力大于弹簧的弹力。
当过氧化氢制备单元b的氧气储存室二117内的氧气压力超过额定压力时，通过排气管21将氧气排出。
其他步骤与具体实施方式十相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1：一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，包括储水罐1、电解水装置3、过氧化氢制备单元a、过氧化氢制备单元b和雾化单元30；所述的电解水装置3由阴极4、阳极7、离子交换膜32和电源5组成，所述的过氧化氢制备单元a由电源5、氢气储存室一10、固体电解质腔室一14和氧气储存室一17组成，过氧化氢制备单元b由电源5、氢气储存室二110、固体电解质腔室二114、氧气储存室二117和氮氧分离膜组件22组成，所述的雾化单元30由过氧化氢储液罐25、电力供应装置26和雾化器29组成；
所述的电解水装置3内设置有离子交换膜32，离子交换膜32将电解水装置3的内部分隔成两个独立的腔室，一个腔室内设置有阴极4，另一个腔室内设置有阳极7，阴极4 通过导线与电源5的负极电连接，阳极7通过导线与电源5的正极电连接；
所述的固体电解质腔室一14设置在过氧化氢制备单元a的内部，固体电解质腔室一 14将过氧化氢制备单元a的内部分隔成氢气储存室一10和氧气储存室一17，氢气储存室一10内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室一14连接；所述的氧气储存室一17 内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室一14连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室一17上设置有氧气排气管20；
所述的固体电解质腔室二114设置在过氧化氢制备单元b的内部，固体电解质腔室二 114将过氧化氢制备单元b的内部分隔成氢气储存室二110和氧气储存室二117，氢气储存室二110内设置有阳极气体扩散电极11和阳离子交换膜6，阳极气体扩散电极11与阳离子交换膜6连接，阳离子交换膜6与固体电解质腔室二114连接；所述的氧气储存室二117内设置有阴极气体扩散电极16和阴离子交换膜15，阴极气体扩散电极16与阴离子交换膜15连接，阴离子交换膜15与固体电解质腔室二114连接；阳极气体扩散电极11通过导线与电源5的正极电连接，阴极气体扩散电极16通过导线与电源5的负极电连接；氧气储存室二117的进气口通过管路与氮氧分离膜组件22的氧气出气口连通，氮氧分离膜组件22的进气口通过管路与送气装置23的出气口连通；氧气储存室二117上设置有排气管21；
过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内设置有活塞36，活塞36的上表面设置有两个导电块，且两个导电块之间通过导线连接；氢气储存室二110外壁上穿设有两根导线，且导线上设有电源，两根导线的另一端均与电磁继电器35电连接，电磁继电器35的下表面与水平固定支架连接，电磁继电器35的上方设置有导电件37，电磁继电器35下表面的水平固定支架通过竖直固定支架与导电件37连接，且远离电磁继电器35一端的水平固定支架和导电件37之间通过弹簧连接；
储水罐1的出水口通过供水管路a 2与电解水装置3的进水口连通，阴极4所在腔室的出气口通过氢气输送管路8与过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10的进气口连通；阳极7所在腔室的出气口通过氧气输送管路9与过氧化氢制备单元a的氧气储存室一17 的进气口连通，所述的氢气储存室一10的出气口通过氢气转运管路12与过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110的进气口连通；储水罐1的另一出水口通过供水管路b 13与过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14的进水口连通，所述的固体电解质腔室一14 的出水口通过供水管路c 19与过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114的进水口连通，所述的固体电解质腔室二114的出水口通过过氧化氢输送管路24与过氧化氢储液罐 25的进水口连通；
所述的过氧化氢储液罐25的出水口通过管路与雾化器29的进水口连通，且该管路上设置有水泵27，电力供应装置26通过导线与雾化器29电连接，雾化器29上设置有过氧化氢干雾喷嘴31。
电解水装置3内电解液中的溶剂为纯水或碱溶液；所述的电解液为硫酸钠溶液或高氯酸钠溶液。
所述的阴极4为不锈钢电极、Pt/C电极、碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极，且所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、石墨烯、富勒稀、网状玻璃碳、石墨板、碳海绵、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极或钛金属电极。
所述的阳极7为碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、Pt/C电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极；所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、富勒稀、碳纳米管、石墨、石墨烯、石墨板、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极、钛金属电极。
所述的离子交换膜32为质子交换膜或阴离子交换膜。
所述的过氧化氢制备单元a内的阳极气体扩散电极11和阴极气体扩散电极16以及过氧化氢制备单元b内的阳极气体扩散电极11和阴极气体扩散电极16均为碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/聚四氟乙烯、金属、金属-金属氧化物和金属-金属化合物一种或几种改性后的气体扩散电极，所述的改性后的气体扩散电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物的一种或几种改性的电极，所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铌、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铕、钇、铑、钼、铂、钒、铈、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/聚四氟乙烯中的碳材料/炭材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、纳米石墨、石墨烯、碳纤维、富勒稀、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属为泡沫金属。
所述的过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14和过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114内均设置有多孔固体电解质，所述的多孔固体电解质为氧化物多孔固体电解质、化合物多孔固体电解质、聚合物多孔固体电解质和无机-有机复合多孔固体电解质中的一种或几种，多孔固体电解质为苯乙烯-二乙烯基苯磺酸共聚物、离子交换树脂或磷钨酸氢铯化合物。
所述的电源5为太阳能发电系统或者电力系统；所述的送气装置23为空压机；所述的过氧化氢储液罐25的出水口与雾化器29的进水口连通的管路上还设置有稳压阀28。
实施例2：一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的运行方法，按以下步骤进行：
一、将储水罐1内的纯水加入到电解水装置3内，接通电解水装置3的电源5，纯水在阴极4一侧制备得到湿润的氢气、在阳极7一侧制备得到湿润的氧气；湿润的氢气在自身气体压力的作用下进入到氢气储存室一10内，湿润的氧气在自身气体压力的作用下进入到氧气储存室一17内，湿润的氢气被阳极气体扩散电极11氧化生成H+，湿润的氧气被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -；H+通过阳离子交换膜6、HO2 -通过阴离子交换膜 15进入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，生成H2O2；
二、将储水罐1内的纯水加入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一14内，H2O2在纯水水流的作用下经供水管路c 19进入到过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二114内；过氧化氢制备单元a的氢气储存室一10内的氢气经氢气转运管路12进入到过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内，氢气被氢气储存室二110内的阳极气体扩散电极11 氧化生成H+，H+再通过阳离子交换膜6进入到固体电解质腔室二114内；同时送气装置 23将空气送入氮氧分离膜组件22内，空气在氮氧分离膜组件22的分离作用下分离得到氧气，氧气在氧气储存室二117内被阴极气体扩散电极16还原生成HO2 -，HO2 -通过阴离子交换膜15进入到固体电解质腔室二114内，生成H2O2；H2O2在水泵27的作用下进入到过氧化氢储液罐25内，并在稳压阀28的调节下进入到雾化器29内，通过空气压缩机或者超声波高频振荡器将H2O2溶液雾化，最后经过氧化氢干雾喷嘴31匀速喷洒。
过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内设置有活塞36，活塞36的上表面设置有两个导电块，且两个导电块之间通过导线连接；当过氧化氢制备单元b的氢气储存室二 110内的氢气压力增大时，氢气压力推动活塞36上移，当活塞36到达氢气储存室10的顶壁时，活塞36上的两个导电块分别与氢气储存室10外壁穿设的两根导线连接，电磁继电器35所在的电路构成回路，电磁继电器35产生磁性吸住导电件37，过氧化氢制备单元b的电源5所在电路断开，电解水装置3停止电解；电解水装置3停止电解后一段时间，当过氧化氢制备单元b的氢气储存室二110内的氢气压力减小，活塞36受重力向下运动，电磁继电器35所在的电路断开，电磁继电器35失去磁性，导电件37受弹簧弹力作用向上运动，重新与过氧化氢制备单元b的电源5所在电路连接，电解水装置3则继续进行电解；
当过氧化氢制备单元b的氧气储存室二117内的氧气压力超过额定压力时，通过排气管21将氧气排出。
所述的阴极4为Pt-钛电极，所述的阳极7为RuO2/IrO2-Ti电极，所述的离子交换膜32为Nafion 117质子交换膜；电解水装置3内的电解水电解质为0.5mM Na2SO4溶液，在实施过程中定量给电解水装置3中注入纯水，以保证电解质浓度保持一致。
所述的阳极气体扩散电极11为Pt-C气体扩散电极，其是Pt-C催化剂负载Sigracet29BC气体扩散层电极；所述的阴极气体扩散电极16为导电炭黑气体扩散电极，其是 XC-72导电炭黑负载Sigracet 29BC气体扩散层电极；所述的阳离子交换膜6为杜邦Nafion 117质子交换膜，所述的阴离子交换膜15为AMI-7001S阴离子交换膜，所述的固体电解质腔室一14和固体电解质腔室二114均为苯乙烯-二乙烯基苯磺酸多孔共聚物。
所述的氮氧分离膜组件22为压缩空气驱动的中空纤维氮氧分离膜组件AMN-1512，其可提供纯度为50％左右的氧气。
本实施例中的氢气储存室一10、氢气储存室二110、氧气储存室一17和氧气储存室二117均采用如图2和3中凹槽式的腔室进行固定，以保证气体扩散电极和离子交换膜的形状固定，并防止纯水的溢出。
三、试验效果验证：
本实施例中，纯水流速为0.5-30mL/h，流经两个串联反应器产生的H2O2溶液浓度为1.5％～25％(wt.％)。
本实施例产生的H2O2溶液对水中1.5×105-1×108CFU/mL大肠杆菌的去除率为75％～99.99％。
利用本实施例的消毒装置对1m3的密闭空间进行空气消毒，对含有菌落数为1.3×105～1.7×106CFU/m3的白色葡萄球菌的灭活率可达到99.99％。
利用本实施例的消毒装置对1m3的密闭空间进行空气消毒，对含有9×104～1.2×105 CFU/m3的自然菌落数的杀灭率达到99.99％。

Claims (10)

1.一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的消毒装置包括储水罐(1)、电解水装置(3)、过氧化氢制备单元a、过氧化氢制备单元b和雾化单元(30)；所述的电解水装置(3)由阴极(4)、阳极(7)、离子交换膜(32)和电源(5)组成，所述的过氧化氢制备单元a由电源(5)、氢气储存室一(10)、固体电解质腔室一(14)和氧气储存室一(17)组成，过氧化氢制备单元b由电源(5)、氢气储存室二(110)、固体电解质腔室二(114)、氧气储存室二(117)和氮氧分离膜组件(22)组成，所述的雾化单元(30)由过氧化氢储液罐(25)、电力供应装置(26)和雾化器(29)组成；
所述的电解水装置(3)内设置有离子交换膜(32)，离子交换膜(32)将电解水装置(3)的内部分隔成两个独立的腔室，一个腔室内设置有阴极(4)，另一个腔室内设置有阳极(7)，阴极(4)通过导线与电源(5)的负极电连接，阳极(7)通过导线与电源(5)的正极电连接；
所述的固体电解质腔室一(14)设置在过氧化氢制备单元a的内部，固体电解质腔室一(14)将过氧化氢制备单元a的内部分隔成氢气储存室一(10)和氧气储存室一(17)，氢气储存室一(10)内设置有阳极气体扩散电极(11)和阳离子交换膜(6)，阳极气体扩散电极(11)与阳离子交换膜(6)连接，阳离子交换膜(6)与固体电解质腔室一(14)连接；所述的氧气储存室一(17)内设置有阴极气体扩散电极(16)和阴离子交换膜(15)，阴极气体扩散电极(16)与阴离子交换膜(15)连接，阴离子交换膜(15)与固体电解质腔室一(14)连接；阳极气体扩散电极(11)通过导线与电源(5)的正极电连接，阴极气体扩散电极(16)通过导线与电源(5)的负极电连接；氧气储存室一(17)上设置有氧气排气管(20)；
所述的固体电解质腔室二(114)设置在过氧化氢制备单元b的内部，固体电解质腔室二(114)将过氧化氢制备单元b的内部分隔成氢气储存室二(110)和氧气储存室二(117)，氢气储存室二(110)内设置有阳极气体扩散电极(11)和阳离子交换膜(6)，阳极气体扩散电极(11)与阳离子交换膜(6)连接，阳离子交换膜(6)与固体电解质腔室二(114)连接；所述的氧气储存室二(117)内设置有阴极气体扩散电极(16)和阴离子交换膜(15)，阴极气体扩散电极(16)与阴离子交换膜(15)连接，阴离子交换膜(15)与固体电解质腔室二(114)连接；阳极气体扩散电极(11)通过导线与电源(5)的正极电连接，阴极气体扩散电极(16)通过导线与电源(5)的负极电连接；氧气储存室二(117)的进气口通过管路与氮氧分离膜组件(22)的氧气出气口连通，氮氧分离膜组件(22)的进气口通过管路与送气装置(23)的出气口连通；氧气储存室二(117)上设置有排气管(21)；
所述的氢气储存室二(110)通过连接导线(34)与氢气控制器(18)连接，氢气控制器(18)与电解水装置(3)的电源(5)电连接；
储水罐(1)的出水口通过供水管路a(2)与电解水装置(3)的进水口连通，阴极(4)所在腔室的出气口通过氢气输送管路(8)与过氧化氢制备单元a的氢气储存室一(10)的进气口连通；阳极(7)所在腔室的出气口通过氧气输送管路(9)与过氧化氢制备单元a的氧气储存室一(17)的进气口连通，所述的氢气储存室一(10)的出气口通过氢气转运管路(12)与过氧化氢制备单元b的氢气储存室二(110)的进气口连通；储水罐(1)的另一出水口通过供水管路b(13)与过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一(14)的进水口连通，所述的固体电解质腔室一(14)的出水口通过供水管路c(19)与过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二(114)的进水口连通，所述的固体电解质腔室二(114)的出水口通过过氧化氢输送管路(24)与过氧化氢储液罐(25)的进水口连通；
所述的过氧化氢储液罐(25)的出水口通过管路与雾化器(29)的进水口连通，且该管路上设置有水泵(27)，电力供应装置(26)通过导线与雾化器(29)电连接，雾化器(29)上设置有过氧化氢干雾喷嘴(31)。
2.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的电解水装置(3)内电解液中的溶剂为纯水或碱溶液；所述的电解液为硫酸钠溶液或高氯酸钠溶液。
3.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的阴极(4)为不锈钢电极、Pt/C电极、碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极，且所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、石墨烯、富勒稀、网状玻璃碳、石墨板、碳海绵、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极或钛金属电极。
4.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的阳极(7)为碳材料电极、碳材料-聚四氟乙烯电极、Pt/C电极、金属电极、金属-金属氧化物电极和金属-金属化合物电极一种或几种改性后的电极，所述的改性后的电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物一种或几种改性的电极；所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、铌、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铑、钼、铂、钒、铈、铕、钇、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料电极和碳材料-聚四氟乙烯电极中的碳材料为导电炭黑、活性炭、富勒稀、碳纳米管、石墨、石墨烯、石墨板、碳纤维、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属电极为铂金电极、钛金属电极。
5.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的离子交换膜(32)为质子交换膜或阴离子交换膜。
6.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的过氧化氢制备单元a内的阳极气体扩散电极(11)和阴极气体扩散电极(16)以及过氧化氢制备单元b内的阳极气体扩散电极(11)和阴极气体扩散电极(16)均为碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/聚四氟乙烯、金属、金属-金属氧化物和金属-金属化合物一种或几种改性后的气体扩散电极，所述的改性后的气体扩散电极是由碳材料、炭材料、金属、金属氧化物和金属化合物的一种或几种改性的电极，所述的金属、金属氧化物和金属化合物中的金属为钌、锡、铌、铅、镧、铱、铝、钛、铜、铋、钨、锰、铁、锗、镐、钨、钽、钴、镍、锌、银、镓、金、钯、铕、钇、铑、钼、铂、钒、铈、铼、钕、锑、铟、钆或镝；所述的碳材料、炭材料、碳材料/炭材料/聚四氟乙烯中的碳材料/炭材料为导电炭黑、活性炭、碳纳米管、石墨、纳米石墨、石墨烯、碳纤维、富勒稀、石墨毡、气体扩散碳纸或碳毡；所述的金属为泡沫金属。
7.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一(14)和过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二(114)内均设置有多孔固体电解质，所述的多孔固体电解质为氧化物多孔固体电解质、化合物多孔固体电解质、聚合物多孔固体电解质和无机-有机复合多孔固体电解质中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置，其特征在于所述的电源(5)为太阳能发电系统或者电力系统；所述的送气装置(23)为空压机；所述的过氧化氢储液罐(25)的出水口与雾化器(29)的进水口连通的管路上还设置有稳压阀(28)。
9.如权利要求1-8任意一项所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的运行方法，其特征在于该运行方法按以下步骤进行：
一、将储水罐(1)内的纯水加入到电解水装置(3)内，接通电解水装置(3)的电源(5)，纯水在阴极(4)一侧制备得到湿润的氢气、在阳极(7)一侧制备得到湿润的氧气；湿润的氢气在自身气体压力的作用下进入到氢气储存室一(10)内，湿润的氧气在自身气体压力的作用下进入到氧气储存室一(17)内，湿润的氢气被阳极气体扩散电极(11)氧化生成H+，湿润的氧气被阴极气体扩散电极(16)还原生成HO2 -；H+通过阳离子交换膜(6)、HO2 -通过阴离子交换膜(15)进入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一(14)内，生成H2O2；
二、将储水罐(1)内的纯水加入到过氧化氢制备单元a的固体电解质腔室一(14)内，H2O2在纯水水流的作用下经供水管路c(19)进入到过氧化氢制备单元b的固体电解质腔室二(114)内；过氧化氢制备单元a的氢气储存室一(10)内的氢气经氢气转运管路(12)进入到过氧化氢制备单元b的氢气储存室二(110)内，氢气被氢气储存室二(110)内的阳极气体扩散电极(11)氧化生成H+，H+再通过阳离子交换膜(6)进入到固体电解质腔室二(114)内；同时送气装置(23)将空气送入氮氧分离膜组件(22)内，空气在氮氧分离膜组件(22)的分离作用下分离得到氧气，氧气在氧气储存室二(117)内被阴极气体扩散电极(16)还原生成HO2 -，HO2 -通过阴离子交换膜(15)进入到固体电解质腔室二(114)内，生成H2O2；H2O2在水泵(27)的作用下进入到过氧化氢储液罐(25)内，并在稳压阀(28)的调节下进入到雾化器(29)内，通过空气压缩机或者超声波高频振荡器将H2O2溶液雾化，最后经过氧化氢干雾喷嘴(31)匀速喷洒。
10.根据权利要求9所述的一种原位制备过氧化氢干雾的消毒装置的运行方法，其特征在于氢气储存室二(110)通过连接导线(34)与氢气控制器(18)连接，氢气控制器(18)与电解水装置(3)的电源(5)电连接，当氢气储存室二(110)内的氢气压力超过额定压力时，氢气控制器(18)控制关闭电解水装置(3)的电源(5)，电解水装置(3)停止电解；
当过氧化氢制备单元b的氧气储存室二(117)内的氧气压力超过额定压力时，通过排气管(21)将氧气排出。
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