CN202425419U

CN202425419U - 一种微型纳米TiO2光催化消毒装置

Info

Publication number: CN202425419U
Application number: CN2011204865553U
Authority: CN
Inventors: 刘文科; 杨其长; 邱志平
Original assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Current assignee: Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculturem of CAAS
Priority date: 2011-11-29
Filing date: 2011-11-29
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2021-11-29

Abstract

本实用新型涉及一种微型纳米TiO₂光催化消毒装置，该装置包括，一柱状体，外壁具有一进液口、一出液口；一封盖，分设于柱状体两底面，所述封盖上开有一插孔；一卡槽，具有多个，所述卡槽间具有间隙，分设于该柱状体封盖内侧；一紫外灯，置于柱状体内，与柱状体高等长；一网面，具有多层，环绕所述紫外灯管，所述网面与紫外灯管不接触，该网面通过卡槽固定于柱状体内。本实用新，的紫外灯光源与TiO₂光催化表面距离短，可实现营养液与紫外灯管接触，分离式网面设计充分利用紫外光，提高光催化效率。独特的进出液口设计可保证装置横竖放置，使装置内充满处理液，促进光催化效率，实现水或营养液的循环循环利用。

Description

一种微型纳米TiO2光催化消毒装置

技术领域

本实用新型涉及一种用于去除空气、水溶液或无土栽培营养液中有机物及有害微生物的纳米TiO₂光催化装置，特别涉及一种微型纳米TiO₂光催化消毒装置。

背景技术

蔬菜设施无土栽培已经成为国际上反季节蔬菜生产的重要方法，在荷兰、日本、韩国等国已广泛应用。该方法可周年生产，具有蔬菜生长速率高、产量大，根际环境易于管理的众多优势，是设施蔬菜工厂化栽培，特别是植物工厂蔬菜生产的优选栽培方法。营养液管理是设施蔬菜无土栽培的核心，为实现废弃营养液的循环利用，避免因废弃营养液排放造成环境污染，国际上正在以封闭式无土栽培系统取代开放式无土栽培系统。封闭式营养液栽培系统中营养液可循环利用(进行必要的水和养分的补充调节)，具有环境友好，水分和养分利用率高的优点，在世界范围内得到积极研发和应用。

与露地栽培相似，在封闭式无土栽培系统连续栽培蔬菜过程中，因蔬菜根系分泌有机酸等自毒有机物和有害微生物的累积，常发生连作障碍，造成蔬菜生长抑制和产量下降。常见的蔬菜种类如黄瓜、番茄、芦笋和生菜等都可通过根系分泌途径向营养液中释放有机酸等自毒物质，在连续栽培过程中自毒物质的大量累积常会抑制蔬菜的生长，造成蔬菜产量下降(Yu and Matsui，1993；1994；Lee et al.，2006；Sunada et al.，2008)。另外，有机栽培基质(如稻壳)在栽培过程中也会释放出植物毒性物质，影响蔬菜的栽培效益(Miyama et al.，2009)。Lee等(2006)发现，生菜栽培二次利用的营养液中累积了大量有机酸，对其生长产生危害。同时，营养液中大量有机物质的存在易孳生病原菌，发生病害。因此，在封闭式营养液栽培系统中，营养液自毒物质和微生物的去除是非常必要的，有效去除自毒物质和微生物将避免连作障碍的发生，提升封闭式营养液栽培系统的可持续生产能力。

目前，去除营养液中自毒物质的方法有活性碳吸附法，去除有害微生物的方法主要有紫外线法、臭氧法和砂滤法。Yu等(1994)和Lee等(2006)发现用活性碳处理可有效去除营养液中根分泌的有机酸，但2g/L的活性碳用量成本较高，很难在实践生产中应用。其次，活性碳法吸附有机物质的同时也将吸附养分(尤其是磷)，造成营养液中养分比例失衡。另一种方法是纳米级二氧化钛(TiO₂)光催化法。该方法是利用TiO₂吸收小于其带隙(380nm左右)波长的紫外光所产生的强氧化效应，将吸附到其表面的有机物分解成二氧化碳，达到去除自毒物质的目的。TiO₂的光催化特性已被广泛应用到空气、水等环境介质的污染治理中(Lee et al.，2005；Pichat et al.，2005)，而在营养液的有毒物质去除应用仅有少量报道(Sunada et al.，2008；Miyamaet al.，2009)。Miyama等(2009)采用此方法降解了无土栽培基质(稻壳)产生的植物毒性物质，降低了产量损失。Sunada等(2008)用此方法降低了芦笋设施无土栽培中所分泌自毒物质的危害。上述研究结果表明，光催化方法在去除自毒物质方面是可行的。该方法具有成本低，效果持久、便于应用，可控性强等优点，并且还具有公认的杀菌功能，极具研发前景。目前，国外在TiO₂的光催化去除蔬菜无土栽培自毒物质方面的研究刚刚开始，国内尚无研究报道。国际上的研究仅在自然光光催化系统方面进行了探索，缺乏人工光光催化系统研发的报道。实际上，自然光光催化系统应用存在很大的局限性。(1)太阳光仅含3-5％的紫外光、设施覆盖材料如玻璃的过滤作用使之无法在设施内高效应用；(2)蔬菜反季节栽培冬季低温寡照使之在光催化装置的室外应用效率低且稳定性差，无法满足设施蔬菜工厂化生产的需求。因此，开发室内型人工光光催化装置非常必要。更为重要的是，已有的一些人工光光催化装置存在一些缺陷：(1)设计上紫外灯和处理液分离，无法高效利用紫外光能，影响光催化效率；(2)紫外灯辐射热能散失，而处理液温度对光催化效果至关重要，冬季液温低光催化效率不高；(3)体积过大，光催化表面积小，无法应用于设施无土栽培营养液循环利用系统。因此，设计新型用于设施无土栽培营养液循环利用系统的微型纳米TiO₂光催化装置势在必行，该装置将兼具去除营养液中自毒物质和有害微生物的双重功能。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种新型的人工光微型纳米TiO₂光催化装置，不仅能够克服自然光为光源的光催化系统的固有不足，而且紫外灯光源与TiO₂光催化表面距离短，可实现营养液与紫外灯管接触，使得紫外灯辐射热能用于加热处理液和/或空气，提高液温和/或空气温度，提高光催化效率；此外，独特的多层网状设计可成倍提高光催化面积，充分利用紫外光，提高光催化效率，促进全天候可控的水或营养液自毒物质的高效光催化处理；独特的进出液口设计可保证装置内充满处理液，促进光催化效率，实现水或营养液的循环循环利用。为实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：一种微型纳米TiO2光催化消毒装置，包括：

一柱状体，外壁具有一进液口、一出液口，

封盖，分设于柱状体两底面，所述封盖有一插孔，

卡槽，具有多个，卡槽具有间隙，设于该柱状体封盖内侧，

一紫外灯，置于柱状体内，与柱状体高等长，

一网面，具有多层，环绕所述紫外灯管，所述网面与紫外灯管不接触，该网面通过卡槽固定于柱状体内。

所述进液口、出液口在管体两端侧面同一侧或不同侧。

所述进液口和出液口在同一侧时进液口、出液口开口向上；所述进液口和出液口在不同侧时出液口在该柱状体上端外侧壁，进液口在该柱状体下端外侧壁。

所述柱状体为一不透光管体，封盖为可扣套式，与管体可分离。

所述紫外灯内嵌于柱状体中央，通过所述插孔固定，柱状体长度恰好能将灯管包括而不对外辐射紫外光。

更进一步，所述网面为不锈钢或镍合金网桶状，每个网面可由一层或多层网筒组成。

更进一步，所述不锈钢或合金网桶固载纳米TiO₂介质。

更进一步，所述网面上开有网孔，所述网孔大小为0.1～2mm，该网面最内层距紫外灯0～5cm，所述网面间距0～1cm。

更进一步，所述网面具有3～8层。

更进一步，所述所述封盖内壁中间有防水垫。

本实用新型的优点在于：

1、设置紫外灯，提供人工光源，达到光催化和杀菌的双重目的。

2、营养液与紫外灯管接触，使得紫外灯辐射热能用于加热处理营养液，提高液温，促进光催化效率提高。

3、进液口和出液口设计使水或营养液能充满管状体，充分使水体或液体与紫外光辐射和光催化材料接触，提高光催化效率。

4.多层分离式网筒状设计可充分利用紫外光辐射，使液体与光催化材料接触更加充分接触，达到去除所含有机物质和病菌的目的。

5.该装置体积小，无污染，可连续使用，不会影响营养液的组成和比例，且该装置可重复利用，成本低。

附图说明

图1是本实用新型一实施例的微型纳米TiO₂光催化消毒装置立体结构示意图。

图2是本实用新型一实施例微型纳米TiO₂光催化消毒装置水平放置时的剖面示意图。

图3是本实用新型一实施例的微型纳米TiO₂光催化消毒装置左视图。

其中：1-进液孔 2-出液孔 3-管体 4-紫外灯 5-固载TiO₂铁丝网6-紫外灯电线 7-卡槽8-封盖

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1

参见图1，本实用新型微型纳米TiO₂光催化消毒装置，结构为一柱状管体3，外壁具有进液口1、出液口2，底面有封盖8，分设于柱状体两底面，所述封盖8有插孔，卡槽7，具有多个，所述卡槽间具有间隙，分设于该柱状体3封盖8内侧，紫外灯4，置于柱状体内，与柱状体高等长，固载TiO₂铁丝网5，具有多层，环绕所述紫外灯管4，所述固载TiO₂铁丝网5与紫外灯管4不接触，该固载TiO₂铁丝网5通过卡槽7固定于柱状体内。

通过不透光管体3内的紫外灯4不仅能够克服自然光为光源的光催化系统的固有不足，而且可实现营养液与紫外灯4管接触，使得紫外灯4辐射热能用于加热处理营养液，紫外灯线6采用良好绝缘措施，防止漏电等情况的发生。通过紫外灯4提高液温，提高光催化效率；此外，独特的多层网固载TiO₂铁丝网5状设计可成倍提高光催化面积，充分利用紫外光，提高光催化效率，促进全天候可控的水或营养液自毒物质的高效光催化处理，实现水或营养液的循环循环利用.

实施例2

参见图2和图3，如图1所示的本实用新型微型纳米TiO₂光催化消毒装置，当液体从进液孔1流入，液体通过三层以上或多层固载TiO铁丝网5，使营养液或水能够充满不透光管体3，充分使水或营养液与紫外灯4辐射光和光催化材料接触，提高催化效率。将紫外灯4设置于管体3的中心位置，能够保证紫外光的充分照射，卡槽7分层固定了固载TiO₂铁丝网5，保证了营养液或水在管体3中顺畅流动，而不造成堵塞或溢出。

实施例3

本实用新型的一较佳实施例为：用10cm塑料管作为管体3，管体3内安装有固载TiO₂铁丝网5，孔径在0.1-2mm，通过多层插槽7将固载TiO₂铁丝网分层分布于管体3内，最靠近紫外灯4的一层为孔径较大的网层，该固载TiO₂铁丝网5最内层距紫外灯40～5cm，所述固载TiO₂铁丝网5间距0～1cm。其他网层孔径可依次减小或保持不变，紫外灯4使用普通254nm灯管封入。该管体3体积小，便于安装或拆卸，封盖中间有防水垫(图中未表示)，用于防水且可拆卸，可将封盖8于管体分离，换用紫外灯4，保证了装置可重复利用。

尽管为说明目的公开了本实用新型的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本实用新型的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims

1.一种微型纳米TiO₂光催化消毒装置，包括：

一柱状体，外壁具有一进液口、一出液口，

封盖，分设于柱状体两底面，所述封盖有一插孔，

卡槽，具有多个，所述卡槽间具有间隙，分设于该柱状体封盖内侧，

一紫外灯，置于柱状体内，与柱状体高等长，

2.根据权利要求1所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述柱状体为一不透光管体，封盖为可扣套式，与管体可分离。

3.根据权利要求1或2所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述进液口、出液口在管体同一侧或不同侧。

4.根据权利要求1所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述进液口和出液口在同一侧时进液口、出液口开口向上；所述进液口和出液口在不同侧时出液口在该柱状体上端外侧壁，进液口在该柱状体下端外侧壁。

5.根据权利要求1所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述紫外灯内嵌于管体中央，通过该封盖上的插孔固定。

6.根据权利要求1所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述网面为不锈钢或镍合金材料网桶状，所述网面可由一层或多层网桶组成。

7.根据权利要求6所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述不锈钢或合金网桶固载纳米TiO₂介质。

8.根据权利要求1所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述网面上开有网孔，所述网孔大小为0.1～2mm，该网面最内层距紫外灯0～5cm，所述网面间距0～1cm。

9.根据权利要求6所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述网面具有3～8层。

10.根据权利要求1或2所述的微型纳米TiO₂光催化消毒装置，其特征在于，所述封盖内壁中间有防水垫。