CN117414455A - 用于气体消毒的装置及消毒方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了用于气体消毒的装置及消毒方法，上述装置包括：混合单元，混合单元设有气溶胶入口、载流气入口，以及混合物出口；消毒单元，消毒单元具有气体入口和气体出口，气体入口与混合物出口相连，消毒单元包括至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组，消毒电极组包括两层相对设置的多孔金属网，消毒电极组内的两层多孔金属网分别与外接电源的正极和外接电源的负极相连，多孔金属网的表面具有纳米线。由此，通过上述装置实现了高效、无毒、低成本的气体消毒，通过设置消毒电极组显著提高了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。

Description

用于气体消毒的装置及消毒方法

技术领域

本发明属于气体消毒技术领域，具体涉及一种用于气体消毒的装置及消毒方法。

背景技术

近年来，空气传播病原体的安全风险得到了越来越广泛的关注。空气是微生物生存的不良载体，但却十分有利于微生物的传播和转移，小粒径的空气微生物气溶胶会随着人类的呼吸进入人体肺部，极易对人体健康安全造成影响。

气体消毒旨在控制空气中的微生物群落，是防治气溶胶传播疾病的重要手段之一，同时也被广泛使用于医疗行业和食品产业当中，对人体健康和食品安全有着重要意义。传统气体消毒技术包括过滤、紫外辐照、臭氧高级氧化、喷洒消毒剂等。这些消毒技术都存在一些不足，主要体现在消毒和消毒副产物会对人体健康产生不利影响。例如过滤消毒会导致病原微生物富集，存在更高的二次感染风险，且需要对滤膜进行进一步处理；紫外辐照消毒虽然高效、副产物少，但存在能耗过高和微生物光复活等问题。

现有技术提出了一种对污水进行电化学消毒的方法，具体采用多孔导电材料作为内过滤式电极，提高消毒体系的传质和直接氧化消毒能力，在低电压下实现微生物的高效灭活。但是污水消毒和气体消毒存在巨大差异，具体可以包括以下几点：(1)污水的导电性较好，容易实现电流的传递，而空气导电性很差，若要达到类似效果一般需要极大的电压来击穿空气，这样会存在极大的安全隐患；(2)污水中的微生物一般带有电荷，因此微生物很容易受到静电力的影响向电极区域偏转，进而接触到有效消毒区域，而空气中的微生物一般为电中性，因此微生物不易接触到有效消毒区域；(3)污水的流速较低，空气的流速一般是污水的几十倍甚至上百倍，这会导致微生物接触有效消毒区域的难度进一步增加。

因此，亟需提出一种高效、无毒、低成本的气体消毒的装置和方法，以解决上述技术问题的至少一种。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的目的在于提出一种用于气体消毒的装置及消毒方法。由此，通过上述装置实现了高效、无毒、低成本的气体消毒，通过设置消毒电极组显著提高了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于气体消毒的装置。根据本发明的实施例，包括：混合单元，所述混合单元设有气溶胶入口、载流气入口，以及混合物出口；消毒单元，所述消毒单元具有气体入口和气体出口，所述气体入口与所述混合物出口相连，所述消毒单元包括至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组，所述消毒电极组包括两层相对设置的多孔金属网，所述消毒电极组内的两层所述多孔金属网分别与外接电源的正极和所述外接电源的负极相连，所述多孔金属网的表面具有纳米线。

根据本发明实施例的装置，将气溶胶和载流气在混合单元充分混合后输出至消毒单元，当气溶胶和载流气所形成的混合物通过消毒电极组的时候，负载于消毒电极组上的纳米线尖端会形成强电场，强电场使微生物细胞表面发生电穿孔，导致微生物死亡，从而完成消毒。通过设置至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组可以实现多层过滤的效果，对气体消毒的有效消毒时间为多层过滤时间的叠加，从而显著增加了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。由此，通过上述装置实现了高效、无毒、低成本的气体消毒，通过设置消毒电极组显著提高了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。

另外，根据本发明上述实施例的装置还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的实施例中，所述纳米线的表面包裹有导电膜层。由此，通过设置导电膜层还可以减少纳米线的腐蚀和损耗，进而提高纳米线的使用寿命。

在本发明的实施例中，所述纳米线的长径比为(50～100)：1，由此，有利于增强纳米线尖端形成的强电场，进而提高消毒效果。

在本发明的实施例中，所述纳米线材料包括CuO、Cu(OH)₂、Fe₃O₄、Co₃O₄、Ag、TiO₂和ZnO中的至少一种。由此，可以进一步提高气体消毒的消毒效果。

在本发明的实施例中，所述纳米线的制备方法包括热氧化法、电化学法和湿化学法。由此，通过上述方法制备得到纳米线，可以进一步提高气体消毒的消毒效果。

在本发明的实施例中，所述导电膜层的材料包括聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)。由此，可以进一步提高气体消毒的消毒效果，也可以进一步提高纳米线的使用寿命。

在本发明的实施例中，所述导电膜层的厚度为30nm～50nm。由此，可以进一步提高气体消毒的消毒效果，也可以进一步提高纳米线的使用寿命。

在本发明的实施例中，所述载流气入口包括多个阵列排布的布气孔。由此，气溶胶和载流气可以进行充分混合，保证了气溶胶中的微生物和纳米线的尖端区域充分接触。

在本发明的实施例中，所述气溶胶入口与所述混合器出口之间通过中空管道相连，所述中空管道的长度和所述中空管道的管径的比值大于或等于4:1。由此，进一步保证了气溶胶和载流气进行充分混合，进一步提高了气体消毒的消毒效果。

在本发明的实施例中，所述气体流向和所述消毒电极组的夹角为直角。由此，可以进一步提高气体消毒效果。

在本发明的实施例中，相邻所述多孔金属网之间具有绝缘网。由此，通过设置绝缘网可以避免相邻多孔金属网发生接触，进而避免上述装置发生短路。

在本发明的实施例中，相邻所述多孔金属网之间的垂直距离为1mm～2mm。由此，既可以减少上述装置的尺寸，又可以进一步提高气体消毒效果。

在本发明的实施例中，所述消毒单元中所述消毒电极组的组数为4～12。由此，既可以减少上述装置的尺寸，又可以进一步提高气体消毒效果。

在本发明的实施例中，所述外接电源的正极与所述外接电源的负极之间的电压为5V～50V。由此，通过较小的电压就可以实现气体消毒。

在本发明的实施例中，所述绝缘网包括塑料网和尼龙网中的至少一种。由此，进一步避免了上述装置发生短路。

在本发明的实施例中，所述多孔金属网包括多孔铜网。由此，可以进一步增加气体消毒的有效消毒时间。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种采用上述实施例所述的装置进行消毒的方法。根据本发明的实施例，包括：

将气溶胶和载流气引入混合单元进行混合，以得到混合物；

将所述混合物引入消毒单元，所述混合物穿过消毒电极组，以实现气体的消毒。

根据本发明实施例的用于气体消毒的方法，将气溶胶和载流气引入混合单元进行混合得到混合物，当混合物通过消毒电极组的时候，负载于消毒电极组上的纳米线尖端会形成强电场，强电场使微生物细胞表面发生电穿孔，导致微生物死亡，从而实现混合物的消毒。通过设置至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组可以实现多层过滤的效果，对气体消毒的有效消毒时间为多层过滤时间的叠加，从而显著增加了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。由此，整个消毒过程所用时间很短，通过一次内过滤即可实现高效气体消毒，该消毒过程几乎不会产生消毒副产物，整个消毒过程的能耗低，将来有望应用在通风管道、冷库、加湿器等场景。

另外，根据本发明上述实施例的方法还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的实施例中，所述混合物的湿度为40％～100％。由此，可以提高混合物的导电性，使得混合物更容易接触到有效消毒区域。

在本发明的实施例中，所述气溶胶和所述载流气的流量比值为(2-12)：3。由此，既可以使得混合物更容易接触到有效消毒区域，又有利于提高气溶胶中微生物的去除效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一些实施例的用于气体消毒的装置的结构示意图；

图2是本发明一些实施例的载流气出口的结构示意图；

图3是本发明一些实施例的多孔金属网的结构示意图；

图4是本发明一些实施例的采用上述装置进行消毒的方法流程图；

图5是实施例1的Cu(OH)₂纳米线的扫描电镜图；

图6是实施例1的100％相对湿度下对多种微生物的消毒效果图；

图7是实施例2的镀膜Cu(OH)₂纳米线的镀膜效果图，图7(a)是镀膜Cu(OH)₂纳米线的透射电镜图，图7(b)是镀膜Cu(OH)₂纳米线的元素分析图；

图8为实施例2的100％相对湿度和40％相对湿度对多种微生物的消毒效果图。

附图标记：

110-气溶胶入口；120-载流气入口；130-载流气出口；210-消毒电极组；220-固定件和230-密封件。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的一个方面，本发明提出了一种用于气体消毒的装置。根据本发明的实施例，参考图1和图3，上述装置包括：混合单元，混合单元设有气溶胶入口110、载流气入口120，以及混合物出口；消毒单元，消毒单元具有气体入口和气体出口，气体入口与混合物出口相连，消毒单元包括至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组210，消毒电极组210包括两层相对设置的多孔金属网，消毒电极组210内的两层多孔金属网分别与外接电源的正极和外接电源的负极相连，多孔金属网的表面具有纳米线。由此，由此，通过上述装置实现了高效、无毒、低成本的气体消毒，通过设置多孔金属网显著提高了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。

以下对上述装置可以实现上述技术效果进行详细解释，参考图1和图3：

将气溶胶沿气溶胶入口110输入至混合单元，将载流气沿载流气入口120输入至混合单元，气溶胶和载流气在混合单元充分混合，气溶胶和载流气所形成的混合物从消毒单元的气体出口进入消毒单元，接通电源，当气溶胶和载流气所形成的混合物通过消毒电极组210的时候，负载于消毒电极组210上的纳米线尖端会形成强电场，强电场使微生物细胞表面发生电穿孔，导致微生物死亡，从而完成消毒。由于气溶胶的流速较大，因此需要最大程度增加有效消毒时间，从而实现高效气体消毒，气溶胶会在纳米线的尖端区域发生电穿孔效应，通过设置至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组210可以实现多层过滤的效果，对气体消毒的有效消毒时间为多层过滤时间的叠加，从而显著增加了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。如果采用多孔泡沫金属、多孔陶瓷或多孔海绵等材料作为消毒电极组，则需要以消毒电极组材料的厚度计算消毒时间，可以发生电穿孔效应的纳米线尖端区域较小，进而导致气体消毒的有效消毒时间明显减少，从而影响气体消毒的消毒效果。需要注意的是：整个用于气体消毒的装置保持密封状态，可以采用固定件220(如螺栓)对混合单元和消毒单元进行固定，可以采用密封件230(如密封胶)进行密封。

进一步地，多孔金属网包括但不限于多孔铜网，多孔铜网具有良好的导电性能，有利于提高纳米线的尖端放电效应，进而提高了气体消毒的消毒效果。

进一步地，选择纳米线的原因为：为了实现不可逆的电穿孔效应，一般需要施加一个极大的脉冲电压(>1kV)，纳米线可以通过尖端放电效应实现局部强电场，当电源施加一个较低的电压时，虽然整个电极间的平均电场强度很低，但纳米线尖端附近的电场足以实现不可逆电穿孔，从而避免了电源电压过大导致的安全隐患；另外，对空气进行有效消毒的区域只有纳米线尖端的部分区域，在上述装置尺寸一定的情况下，采用尺寸过大的线会导致有效消毒区域减少，同时尺寸过大的线也不利于制备和安装。

在一些的实施例中，纳米线的表面包裹有导电膜层。通过设置导电膜层，可以显著提高消毒效果和提高纳米线的使用寿命。具体地，(1)可以在导电膜层引入对细菌有抑制作用的金属(如银金属)，从而起到辅助消毒的作用：(2)可以在导电膜层引入催化活性物质(如ZnO、CoO、TiO等)，从而强化电化学过程，进而提高消毒效果；(3)可以增强消毒电极组210的导电性和电容，强化纳米线尖端形成的强电场，进而提高消毒效果；与此同时，通过设置导电膜层，还可以提高纳米线的使用寿命，包括：(1)可以设置不易反应的导电膜层，以提高纳米线的抗电化学腐蚀性；(2)通过设置导电膜层，可以增强纳米线的机械强度，减少流体冲刷带来的纳米线的损耗。需要注意的是：在消毒过程中，上述装置应处于密封状态，避免外界气体对消毒过程的影响。需要说明的是，如果不在纳米线的表面包裹有导电膜层，仅仅只能在较高湿度情况下有效完成气体消毒，如果湿度过低，装置中的微生物的导电性较差，混合物中的微生物不容易接触到有效消毒区域，气体消毒的效果会大幅降低，甚至无法完成消毒过程，通过在纳米线的表面包裹有导电膜层，可以在较低湿度下有效完成气体消毒。因此，通过设置导电膜层，可以大幅增加上述装置的应用场景。

进一步地，导电膜层的材料包括聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)，采用商用材料PEDOT：PSS对纳米线进行浸渍，从而在纳米线的表面设置聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)。由此，可以进一步提高气体消毒的消毒效果，也可以进一步提高纳米线的使用寿命。具体地，一方面，聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)材料的有机膜层内具有磺酸基，通过在纳米线表面包裹上述有机膜层，可以显著提高纳米线的导电性，增强消毒电极组210的导电性和电容，强化纳米线尖端形成的强电场，进而提高消毒效果，另一方面，聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)材料的有机膜层属于惰性的有机聚合物膜层，可以提高纳米线的抗电化学腐蚀性，也可以增强纳米线的机械强度，减少流体冲刷带来的纳米线的损耗。另外，PEDOT：PSS材料相对便宜且容易获取，有利于工业化生产。其中，导电膜层的厚度为30nm～50nm，由此，既避免了导电膜层的厚度过大，导致纳米线的直径过大，纳米线的长径比会降低，进而严重影响纳米线的尖端放电效应，从而严重影响气体消毒的消毒效果，又避免了导电膜层的厚度过小，导致难以控制导电膜层的膜层均匀性，进而影响气体消毒的消毒效果。

在一些的实施例中，纳米线材料包括CuO、Cu(OH)₂、Fe₃O₄、Co₃O₄、Ag、TiO₂和ZnO纳米线中的至少一种，优选CuO和Cu(OH)₂中的至少一种，由此，可以进一步提高气体消毒的消毒效果。

进一步地，纳米线的制备方法包括热氧化法、电化学法和湿化学法，具体的，热氧化法(以制备CuO纳米线为例)的步骤包括：采用稀盐酸清洗铜材，去除铜材表面氧化膜；用去离子水多次洗涤铜材，用干燥氮气吹干铜材；将铜材置于管式炉中焙烧，焙烧温度为400℃-600℃，焙烧时间为1.5h-2.5h，以得到CuO纳米线；电化学法(以制备Cu(OH)₂纳米线为例)的步骤包括：采用稀盐酸清洗铜材，去除铜材表面氧化膜；用去离子水多次洗涤铜材；将铜材浸没于氢氧化钠溶液中，外接直流电源，阳极与铜材相连，阴极与惰性电极相连，在常温下反应，洗涤干燥之后得到Cu(OH)₂纳米线；电化学法(以制备Cu(OH)₂纳米线为例)的步骤包括：采用稀盐酸清洗铜材，去除铜材表面氧化膜；用去离子水多次洗涤铜材；将铜材、过硫酸铵和氢氧化钠进行混合反应，混合反应时间为0.5h-1.0h，洗涤干燥之后得到Cu(OH)₂纳米线。需要说明的是：由于纳米线的形貌特征对气体消毒效果具有很大影响，因此在制备得到纳米线后，可以采用电子显微镜表征纳米线形貌，电镜样品制备与观察的具体步骤包括：取一小块制备完成的纳米线，将纳米线粘附于导电胶上，直接置于扫描电子显微镜下进行观察，从而筛选得到形貌较好的纳米线。

进一步地，纳米线的长径比为(50～100)：1，作为一种示例，纳米线的长径比为50：1、60：1、70：1、80：1、90：1或100：1等，由此，既避免了纳米线的长径比太小，导致尖端放电效应不足，又避免了纳米线的长径比太大，导致纳米线容易折断，不容易进行实际操作。

在一些的实施例中，参考图2，载流气入口120包括多个阵列排布的布气孔，由此，通过将载流气入口120设置成多个阵列排布的布气孔，气溶胶和载流气可以进行充分混合，保证了气溶胶中的微生物和纳米线的尖端区域充分接触，进而提高气体消毒的消毒效果。

进一步地，参考图1，通过设置气溶胶出口和载流气出口130相平行，由此，气溶胶和载流气可以进行充分混合，保证了气溶胶中的微生物和纳米线的尖端区域充分接触，进而提高气体消毒的消毒效果。

在一些的实施例中，参考图1，气溶胶入口110与混合器出口之间通过中空管道相连，中空管道的长度和中空管道的管径的比值大于或等于4:1，由此，气溶胶和载流气可以进行充分混合，保证了气溶胶中的微生物和纳米线的尖端区域充分接触，进而提高气体消毒的消毒效果。其中，中空管道的长度和中空管道的管径并不受特殊限定，本领域技术人员可以根据实际情况进行选择。

在一些的实施例中，相邻多孔金属网之间的垂直距离为1mm～2mm，作为一种示例，相邻多孔金属网之间的垂直距离为1mm、1.2mm、1.4mm、1.6mm、1.8mm、或2mm等，由此，由于纳米线的直径很小，将相邻多孔金属网之间的垂直距离控制在上述范围内，一方面来讲，在保证良好气体消毒效果和电路安全的同时，可以减少消毒单元的设置区域，减少上述装置的尺寸，另一方面来讲，在有限的区域内，可以更多的设置消毒电极组210数目，提高有效消毒面积，进一步提高气体消毒效果。

进一步地，消毒单元中消毒电极组210的组数为4～12，作为一种示例，消毒单元中消毒电极组210的组数可以为4、5、6、7、8、9、10、11或12，由此，可以在保证良好气体消毒效果和电路安全的同时，可以减少消毒单元的设置区域，减少上述装置的尺寸。

进一步地，相邻多孔金属网之间具有绝缘网，由此，通过设置绝缘网可以避免相邻多孔金属网接触，进而避免发生上述装置发生短路。

可选的，绝缘网包括但不限于塑料网和尼龙网中的至少一种。

在一些的实施例中，外接电源的正极与外接电源的负极之间的电压为5V～50V，作为一种示例，外接电源的正极与外接电源的负极之间的电压可以为5V、10V、15V、20V、25V、30V、35V、40V、45V或50V等，由此，通过较小的电压就可以实现气体消毒，不需要极大的电压来击穿空气，避免了安全隐患的发生。

在本发明的另一个方面，本发明提出了一种采用上述实施例的装置进行消毒的方法。根据本发明的实施例，参考图4，包括：

S100：将气溶胶和载流气引入混合单元进行混合得到混合物

在该步骤中，将气溶胶和载流气引入混合单元进行混合，以得到混合物。

在一些的实施例中，混合物的湿度为40％～100％，作为一种示例，混合物的湿度可以为40％、50％、60％、70％、80％、90％或100％等。由于空气中的微生物一般为电中性，微生物不易接触到有效消毒区域，将上述混合物的湿度控制在上述范围内，可以提高气溶胶的导电性，使得混合物中的微生物更容易接触到有效消毒区域，由此，从而显著增加了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。其中，控制混合物湿度的方法包括但不限于：调控气溶胶和载流气的湿度、流量、流速，使得混合得到的混合物具有预期湿度，调控具体操作可以根据实际情况进行选择，只要保证混合物的湿度为40％～100％即可。

在一些的实施例中，气溶胶和载流气的流量比值为(2-12)：3，作为一种示例，气溶胶和载流气的流量比值可以为2：3、4：3、6：3、8：3、10：3或12：3等。由此，将气溶胶和载流气的流量比值控制在上述范围内，既可以保证气溶胶和载流气混合得到的混合物具有预期湿度，混合物具有较好的导电性，使混合物中的微生物更容易接触到有效消毒区域，进而提高了气溶胶中微生物的去除效率。

在一些的实施例中，气溶胶的流速为2L/min～4L/min，载流气的流速为1L/min～3L/min，作为一种示例，气溶胶的流速可以为2L/min、2.5L/min、3L/min、3.5L/min或4L/min等，载流气的流速可以为1L/min、1.5L/min、2L/min、2.5L/min或3L/min等。由此，将气溶胶的流速和载流气的流速控制在上述范围内，既有利于气溶胶和载流气进行充分混合，气溶胶中的微生物和纳米线的尖端区域充分接触，进而提高气体消毒的消毒效果，又避免了气溶胶的流速和载流气的流速流速过慢，导致消毒时间被大幅延长。

S200：将混合物引入消毒单元进行消毒

在该步骤中，将混合物引入消毒单元，混合物穿过两层相对设置的多孔金属网，以实现混合物的消毒。当混合物通过消毒电极组的时候，负载于消毒电极组上的纳米线尖端会形成强电场，强电场使微生物细胞表面发生电穿孔，导致微生物死亡，从而实现混合物的消毒。通过设置至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组可以实现多层过滤的效果，对气体消毒的有效消毒时间为多层过滤时间的叠加，从而显著增加了气体消毒的有效消毒时间，进一步提高了气体消毒的消毒效果。整个消毒过程所用时间很短，通过一次内过滤即可实现高效气体消毒，该消毒过程几乎不会产生消毒副产物，整个消毒过程的能耗低，将来有望应用在通风管道、冷库、加湿器等场景。

在一些的实施例中，步骤S200还包括，对消毒后的混合物进行检测，以评估消毒效果。具体地，检测方法为气体撞击式采样，采用空气采样器将消毒前和消毒后的混合物样品采集到微生物培养平板上，每次采集的混合物气体体积相同，平行重复三次以上；随后在合适的条件下培养，对平板上的微生物群落进行计数并通过以下公式计算消毒效果：

由此，可以更加精准的评估气体消毒的消毒效果。

下面详细描述本发明的实施例，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。另外，如果没有明确说明，在下面的实施例中所采用的所有试剂均为市场上可以购得的，或者可以按照本文或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。

实施例1

本实施例提出了一种消毒方法，包括以下步骤：

(1)制备消毒单元

(1-1)选择多孔金属网

本实施例中选取的多孔金属网为100目铜网，直径为5cm；

(1-2)电化学法制备纳米线

用1mol/L稀盐酸清洗铜材3min，去除表面氧化膜；用去离子水洗涤三次；将铜材浸没于1.5mol/L氢氧化钠溶液中，外接直流电源，阳极与铜材相连，阴极与惰性电极相连，调节电流恒流75mA，在常温下反应25min；将电极用去离子水洗涤三次，在常温下干燥，制备得到Cu(OH)₂纳米线；

(1-3)利用电子显微镜表征纳米线形貌

取一小块制备完成的镀膜Cu(OH)₂纳米线，将其粘附于导电胶上，直接置于扫描电子显微镜下进行观察；其扫描电镜图像如图5所示，纳米线的平均长度为12.0±2.3μm，平均直径为0.32±0.10μm。

(2)搭建用于气体消毒的装置并运行

(2-1)搭建用于气体消毒的装置

上述装置依次包括气溶胶发生器、混合单元和消毒单元，参考图1，上述装置的材料为透明亚克力，混合单元和消毒单元一体成型为中空金属管道，气流可自由连续地顺着管道流动；中空金属管道内径为5cm，中空金属管道的混合区段管道长度为20cm，整个装置通过密封胶做好密封，避免管道侧面出现漏气；

(2-2)安装纳米线修饰的三维电极

将气溶胶消毒装置(管道)水平放置，两层相对设置的多孔金属网为一组，分别连接电源正极和电源负极，两个多孔金属网之间的间距2mm，中间用尼龙网隔开防止短路，将消毒电极组安装在正对气流方向的位置，装置内安装有四组电极，形成多层内过滤模式；

(2-3)调节装置的气体相关参数

将载流气以2L/min的流速输入混合单元，将气溶胶以4L/min的流速输入混合单元，调节装置内的相对湿度为100％，微生物浓度10³CFU/m³，待装置连续运行3min、内部气溶胶体系稳定后，在消毒电极组上分别施加5V、15V、30V、50V的直流电压进行消毒。

步骤3：空气采样检测评估消毒效果，具体方法和计算公式如下：

气体消毒的对象为雾化的实验室培养微生物，包括大肠杆菌、粪肠球菌、枯草芽孢杆菌孢子、MS2噬菌体、phi6噬菌体，按表1的方法对相应的微生物进行培养和检测；检测方法为空气撞击式采样，采用空气采样器将消毒前和消毒后的混合物样品采集到微生物培养平板上，每次采集的气体体积相同，平行重复三次，随后在合适的条件下培养，对平板上的微生物群落进行计数并通过以下公式计算消毒效果：

最终消毒效果如图6所示，在处理时间为0.3s的条件下，当相对湿度为100％时，对大肠杆菌的灭活率达到了85％，对粪肠球菌的灭活率达到了65％，对芽孢杆菌孢子的灭活率也达到了70％，对两种噬菌体的灭活率达到了>2-log。

表1微生物培养和检测方法

实施例2

本实施例提出了一种消毒方法，本实施例与实施例1的区别仅在于：

(1-2)配置0.1g/L PEDOT:PSS溶液，将制备好的Cu(OH)₂纳米线浸没于PEDOT:PSS溶液中1min，随后取出干燥，重复浸渍镀膜三次，镀膜后Cu(OH)₂纳米线的平均直径为300nm，聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)膜层的平均厚度为32nm，参考图7，由此得到镀膜Cu(OH)₂纳米线；

(2-3)调节装置内的相对湿度为40％和100％；

其余部分均和实施例1保持一致。

最终消毒效果如图8所示，在处理时间为0.3s的条件下，当相对湿度为40％时，对大肠杆菌的灭活率达到了51％，对粪肠球菌的灭活率达到了33％；当相对湿度为100％时，对两种细菌的灭活率分别达到了约70％和60％；由此，通过设置导电膜层，可以大幅增加上述装置的应用场景。

实施例3

本实施例提出了一种消毒方法，本实施例与实施例2的区别仅在于：

(1-2)聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)膜层的平均厚度为50nm，由此得到镀膜Cu(OH)₂纳米线；

(2-3)调节装置内的相对湿度为40％和100％；

其余部分均和实施例2保持一致。

在处理时间为0.3s的条件下，当相对湿度为40％时，对大肠杆菌和粪肠球菌的灭活率和实施例2接近；当相对湿度为100％时，对两种细菌的灭活率和实施例2接近；由此，通过设置导电膜层，可以大幅增加上述装置的应用场景。

对实施例1-3进行分析，采用上述气体消毒的装置进行气体消毒的效果良好，整个消毒过程几乎不会产生消毒副产物，通过设置导电膜层，可以大幅增加上述装置的应用场景。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种用于气体消毒的装置，其特征在于，包括：

混合单元，所述混合单元设有气溶胶入口、载流气入口，以及混合物出口；

消毒单元，所述消毒单元具有气体入口和气体出口，所述气体入口与所述混合物出口相连，所述消毒单元包括至少一组与气体流向存在不为零夹角的消毒电极组，所述消毒电极组包括两层相对设置的多孔金属网，所述消毒电极组内的两层所述多孔金属网分别与外接电源的正极和所述外接电源的负极相连，所述多孔金属网的表面具有纳米线。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米线的表面包裹有导电膜层。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述纳米线满足以下条件的至少一种：

所述纳米线的长径比为(50～100)：1；

所述纳米线包括CuO、Cu(OH)₂、Fe₃O₄、Co₃O₄、Ag、TiO₂和ZnO中的至少一种；

所述纳米线的制备方法包括热氧化法、电化学法和湿化学法。

4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述导电膜层满足以下条件的至少一种：

所述导电膜层的材料包括聚(3，4-亚乙二氧基嚷吩)-聚(烯磺酸)；

所述导电膜层的厚度为30nm～50nm。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述混合单元满足以下条件的至少一种：

所述载流气入口包括多个阵列排布的布气孔；

所述气溶胶入口与所述混合器出口之间通过中空管道相连，所述中空管道的长度和所述中空管道的管径的比值大于或等于4:1。

6.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述消毒单元满足以下条件的至少一种：

所述气体流向和所述消毒电极组的夹角为直角；

相邻所述多孔金属网之间具有绝缘网；

相邻所述多孔金属网之间的垂直距离为1mm～2mm；

所述消毒单元中所述消毒电极组的组数为4～12；

所述外接电源的正极与所述外接电源的负极之间的电压为5V～50V。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述绝缘网包括塑料网和尼龙网中的至少一种；

和/或，所述多孔金属网包括多孔铜网。

8.一种采用权利要求1-7任一项所述的装置进行消毒的方法，其特征在于，包括：

将气溶胶和载流气引入混合单元进行混合，以得到混合物；

将所述混合物引入消毒单元，所述混合物穿过消毒电极组，以实现气体的消毒。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述混合物的湿度为40％～100％。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述气溶胶和所述载流气的流量比值为(2-12)：3。