专利名称：Uv空气处理方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明整体涉及感染和微生物控制方法及其相关装置。
背景技术：
病原微生物、霉菌、霉菌、孢子和有机和无机污染物在环境中普遍存在。环境空间 中的微生物控制和消毒对于改善健康是期望的。过去已经采用多种方法试图净化空气和消 毒表面。例如已知，通过如光催化氧化过程产生的活性氧化类物质(R0S)可使有机污染物 氧化和杀灭微生物。更特别是，已知羟基自由基、氢过氧自由基、氯和臭氧、光催化反应的终 产物能够使有机化合物氧化和杀灭微生物。然而，已知的方法和装置存在局限性，不仅是因 为效力的局限性还因为是安全性问题。R0S是用于描述由将湿润的周围空气暴露于紫外线产生的高度活化的空气的术 语。紫外范围内的光在吸收时具有足以破坏化学键能量的频率发射光子。在250-255nm波 长的紫外线常规用作生物杀灭剂。低于约181nm、最高至182-187nm的光与电晕放电竞争其 产生臭氧的能力。臭氧化和UV射线均被用于公用水系统消毒。臭氧目前被用于处理工业 废水和冷却塔。一般已知过氧化氢具有抗微生物性质并且已被用于水溶液的消毒和微生物控制。 然而，之前在气相中使用过氧化氢的试图，受到产生纯化过氧化氢气体(PHPG)的技术壁垒 的牵制。过氧化氢的气化水溶液产生含过氧化氢水溶液的微滴气雾剂。用于“干燥”气化 过氧化氢溶液的各种方法最多产生水化形式的过氧化氢。这些水化过氧化氢分子被水分子 环绕，该水分子通过静电引力和伦敦力结合。因此，过氧化氢分子通过静电方法直接与环境 相互作用的能力被结合的分子水大大削弱，其有效改变被包囊的过氧化氢分子的基础静电 构型。此外，可实现的最低浓度的气化过氧化氢一般充分高于1. Oppm的0SHA工作场所安 全限度，使得这些方法不适宜用于占据区域。已经被证明用于破坏流体中的有机污染物的光催化剂，包括但不限于Ti02、ZnO、 Sn02、W03、CdS、Zro2、SB204和Fe203。二氧化钛化学性质稳定，具有用于UV/可见光光活化的 合适的能带隙并且相对不贵。因此，二氧化钛的光催化化学在最近三十年已经被广泛研究， 用于清除污染空气和水中的有机和无机化合物。因为当被足够能量的紫外线活化时，光催化剂可自吸附的水产生羟基自由基，它 们显示承诺使用于PHPG的产生，以便在应用于气相时释放进入环境。然而，现有的光催化 作用申请集中在产生含许多不同反应性化学物质的等离子体。此外，在光催化等离子体中 的大多数化学物质与过氧化氢反应，并且通过破坏过氧化氢的反应抑制过氧化氢气体的产 生。还有，被导入等离子体的任何有机气体，通过与过氧化氢直接反应和通过它们的氧化产 物与过氧化氢的反应两者，抑制过氧化氢产生。光催化反应器本身也限制PHPG产生以释放进入环境。因为过氧化氢比氧具有更 大的化学潜力被还原为牺牲的氧化剂，当其迁移至光催化反应器的下游时，在其尽可能迅 速地通过水的氧化产生时，优选被还原。氧化
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2 光子 +2H20 — 20H*+2H++2e-20H* —H202还原H202+2H++2e" — 2H20另外，几个副反应产生变成光催化等离子体一部分的各种物质，且如上所述，抑制 PHPG产生以释放进入环境。用于活化光催化剂的光的波长也具有足够的能量使过氧化氢分子中的过氧键光 解，并且在PHPG产生以释放进入环境中也为抑制剂。此外，使用产生臭氧的光的波长的实 践，引导还另一种物质进入破坏过氧化氢的光催化等离子体。03+H202 — H20+202在实践中，光催化应用已经集中在常常含臭氧、用于使有机污染物和微生物氧化 的等离子体的产生。此类等离子体主要在反应器本身的范围内有效，因为超出反应器的范 围其化学稳定性受限和主动使它们可含有的过氧化氢气体的量的限度降级。此外，因为等 离子体主要在反应器本身的范围内有效，许多设计使停留时间最大化以方便有机污染物和 微生物在通过反应器时的完全氧化。由于过氧化氢具有如此高的被还原的可能性，最大停 留时间导致最小的过氧化氢输出。还有，光催化作用大多数应用产生对环境不利的化学物质。其中首先是臭氧本身， 即许多系统的蓄意产物。此外，因为通过反应器的有机污染物在一次暴露中很少被氧化，必 须经多次空气交换以实现完全氧化生成二氧化碳和水。当发生不完全氧化时，醛、醇、羧酸、 酮和其它部分氧化的有机物质的混合物由反应器产生。光催化反应器常常通过将大的有机 分子分解为许多小的有机分子，例如甲醛，可在实际上增加空气中有机污染物的总浓度。总之，PHPG产生以释放进入环境在现有技术中没有实现。将过氧化氢水溶液气化 的方法最多产生水化形式的过氧化氢。还有，虽然光催化系统能够产生过氧化氢，但是它们 具有严重抑制PHPG产生以释放进入环境的许多限制。发明简述在本发明的一个方面，公开了提供环境的微生物控制和/或消毒/处理 (remediation)的方法。该方法一般包括(a)提供优选产生过氧化氢气体的光催化池 (cell) ； (b)产生基本上没有，如水化作用、臭氧、等离子体物质和/或有机物质的纯化过氧 化氢气体(PHPG)和(c)将主要包含PHPG的气体导入环境，以便PHPG在环境中，优选在表 面上和空气中两者均起着提供微生物控制和/或消毒/处理的作用。在某些实施方案中，该方法包括(a)在以至于形成基本上没有，如水化作用、臭 氧、等离子体物质和/或有机物质的纯化过氧化氢气体(PHPG)的条件下，在湿润、纯化的周 围空气的存在下，将金属或金属氧化物催化剂暴露于紫外线中；和(b)将PHPG导入环境，以 便过氧化氢气体在环境中，优选表面上和空气中两者均起着提供感染控制和/或消毒/处 理的作用。本发明的另一个方面涉及用于产生基本上没有，如水化作用、臭氧、等离子体物质 和/或有机物质的PHPG的扩散器装置。该扩散器装置一般包括(a)紫外光源；(b)金属氧 化物催化剂基体结构；和(c)空气扩散机构。本发明的另一个方面涉及一旦其被释放进入环境，通过PHPG自周围空气中氧化/
4除去V0C。本发明的另一个方面涉及一旦其被释放进入环境，通过PHPG自周围空气中除去臭氧。对于本领域技术人员来讲，通过阅读本发明内容，本发明的这些和其它方面将是 显而易见的。附图简述
图1是本发明扩散器装置的具体实施方案的横截面。图2是本发明扩散器装置的具体实施方案的剖视图。优选实施方案的详述本发明整体涉及微生物控制和/或消毒/处理方法及其相关的装置。在某些实施 方案中，光催化处理可被用于本文描述的方法和装置中。光催化处理的基础性质是在化学反应中通过光吸收产生活性中间体。这在当适当 波长的光子撞击光催化剂时发生。将该光子的能量赋予价带电子，促进电子至导带，从而在 价带中留下“孔”。在缺乏吸附的化学物质时，促进的电子将损毁并与价带孔重新结合。当 价带孔捕获吸附至光催化剂的活性表面位点的可氧化物质-优选分子水的电子时，防止重 新结合。同时，吸附于催化剂表面上的可还原物质_优选分子氧_可捕获导带电子。在引发光催化处理时，或在光催化反应器的进入点，发生以下反应。氧化2 光子 +2H20 — 20H*+2H++2e-20H* — H202还原02+2H++2e" — H202然而，一旦产生过氧化氢，光催化剂优选还原过氧化氢而不是分子氧，并且该反应 向以下平衡移动，其发生在大多数反应器体积之内。氧化 2 光子 +2H20 — 20H*+2H++2e-20H* — H202还原H202+2H++2e" — 2H20在本发明的上下文中，纯化过氧化氢气体(PHPG)可采用光催化处理产生，所述处 理具有确保其在被迫经历随后的光催化剂还原之前，能够从反应器除去过氧化氢的目的设 计的形态学。拒绝现成可利用的吸附的过氧化氢气体，光催化剂然后被迫优先还原氧气而 不是过氧化氢。然后，在光催化处理中，过氧化氢气体一般可通过水的氧化和分子氧的还原 两者同时产生。无意受到限制，在操作中可使产生的过氧化氢的量加倍，然后在其绝大部分 可被还原之前从系统中除去，从而导致比在同样条件下从标准光催化反应器附带产出的未 纯化过氧化氢大最高达150倍的PHPG输出。在目的设计的形态学中，主要的反应变成氧化2 光子 +2H20 — 20H*+2H++2e-20H* — H202
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还原02+2H++2e" — H202然而，不受理论的限制，应该注意本发明的微生物控制和/或消毒/处理方法和装 置不是由于光催化处理而实现的，而是通过一旦其释放进入环境中的PHPG的作用实现的。使用允许在其可被还原之前立即除去过氧化氢气体的形态学，可以本领域已知的 任何合适的方式产生PHPG，所述方式包括但不限于同时氧化气体形式的水和还原氧气气 体的本领域已知的任何合适的方法，包括气相光催化作用，如使用金属催化剂，例如二氧化 钛、氧化锆、掺杂辅助催化剂(例如铜、铑、银、钼、金等)的二氧化钛，或其它合适的金属氧 化物光催化剂。PHPG也可通过采用阳极和阴极的电解方法产生，该阳极和阴极由任何合适 的金属制成，或由金属氧化物陶瓷构成，该金属氧化物陶瓷采用允许在其可被还原之前立 即除去过氧化氢气体的形态学。或者，PHPG可使用允许在其可被还原之前立即除去过氧化 氢气体的形态学，在合适的支持基体上，通过气态水和氧分子的高频率激发产生。在本发明的一个方面，公开了提供环境的微生物控制和/或消毒/处理的方法。该 方法一般包括(a)产生包含基本上没有，如水化作用、臭氧、等离子体物质和/或有机物质 的纯化过氧化氢气体(PHPG)的气体；和(b)将包含PHPG的气体导入环境，以便PHPG在环 境中，优选在表面上和空气中两者均起着提供微生物控制和/或消毒/处理的作用。在某些实施方案中，所述方法包括(a)在以至于形成基本上没有，如水化作用、臭 氧、等离子体物质和/或有机物质的纯化过氧化氢气体(PHPG)的条件下，在湿润、纯化的周 围空气的存在下，将金属或金属氧化物催化剂暴露于紫外线中；和(b)将PHPG导入环境，以 便PHPG在环境中，优选在表面上和空气中两者均起着提供感染控制和/或消毒/处理的作 用，从周围空气中除去臭氧和从周围空气中除去V0C。在一个实施方案中，紫外线产生至少一种波长，其范围在约181nm以上，约185nm 以上，约187nm以上，约182nm至约254nm之间，约187nm至约250nm之间，约188nm至约 249nm之间等。本发明的另一个方面涉及用于产生基本上没有，如水化作用、臭氧、等离子体物质 和/或有机物质的纯化过氧化氢气体(PHPG)的扩散器装置。参考图1和2，该扩散器装置 一般包括(a)紫外光源4 ； (b)金属或金属氧化物催化剂基体结构3 ；和(c)空气扩散机构 5、6和/或7。空气扩散机构可为风扇5或用于使流体，如空气通过扩散器装置运动的任何其它 合适的机构。依照本发明的某些方面，空气扩散机构的选择、设计、大小和操作应该使流体 如空气一般如实际上一样迅速的流动穿过扩散器装置。不打算受理论的限制，相信PHPG离 开扩散器装置的最佳水平在快速流体流动的条件下产生。紫外光源4 一般可产生至少一种波长范围，该波长范围足以激活湿润的周围空气 的光催化反应，但没有光解氧气以致于引发臭氧的形成。在一个实施方案中，紫外线产生至 少一种波长，其范围在约181nm以上，约185nm以上，约187nm以上，在约182nm至约254nm 之间，约187nm至约250nm之间，约188nm至约249nm之间等。此类波长将一般产生PHPG， 该PHPG包含基本上不含臭氧的过氧化氢。依照本发明，术语“基本上不含臭氧”一般是指臭氧的量低于约0. 015ppm，低至臭 氧的L0D(检测水平)以下的水平。此类水平低于人体健康一般接受的限度。在这一点，美国食品与药品监督管理局(FDA)要求室内医学装置的臭氧输出不多于0.05ppm的臭氧。美 国职业安全与健康管理局(0SHA)要求工人不得暴露于平均浓度多于0. lOppm的臭氧中8 小时。美国国家职业安全与健康研究所(NI0SH)推荐臭氧的上限为0. lOppm，任何时间不得 超过。EPA针对臭氧的国家周围空气质量标准为最大8小时平均室外浓度为0. 08ppm。然而，在某些实施方案中，通过以下反应，PHPG可被用于从周围环境中除去臭氧03+H202 — H20+202在某些实施方案中，通过用PHPG直接氧化VOC，PHPG可被用于从周围环境中除去 V0C。在某些实施方案中，PHPG可被用于微生物控制，包括但不限于作为生物杀灭剂， 用于室内空气处理，作为霉菌和/或真菌消除剂，作为细菌消除剂和/或作为病毒消除剂。 PHPG方法可产生足以实施期望的微生物控制和/或消毒/处理处理的过氧化氢气体。足量 一般为本领域技术人员已知，并且可根据待纯化的固体、液体或气体以及具体的消毒/处 理性质而变化。在某些实施方案中，在待消毒的环境中，提及空气及相关环境(包括其中的表 面)的微生物控制和/或消毒/处理，PHPG的量可从约0. 005ppm至约0. lOppm变化，更 特别是从约0. 02ppm至约0. 05ppm变化。此类量证明可有效的抗如猫杯状病毒(Feline Calicivirus) (EPA批准的诺如病毒(Norovirus)的代用品)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌 (Staphylococcus Aureus (MRSA))、而才万古霉素粪肠球菌(EnterococcusFaecalis (VRE))、 艰难梭菌(Clostridium Diff icile (C-Diff))、嗜热脂肪地芽胞杆菌(Geobacillus Stearothermophilus)和黑曲霉(Aspergillus Niger)。PHPG的此类量安全的用于占用场 所(包括但不限于学校、医院、办公室、住宅和其它公共场所)，消毒污染表面的微生物、杀 灭空中传播的病原体和提供微生物控制，如用于预防流行性感冒的扩散，控制医院感染和 减少普通疾病的传播。在本发明的某些方面，周围空气的湿度优选在约相对湿度(RH)以上，在约5% RH以上，在约10% RH以上等。在某些实施方案中，周围空气的湿度可在约10%至约99% RH之间。在一个实施方案中，本发明的方法包括调节周围空气的湿度在约5%至约99% RH， 或约10至约99% RH的范围内。金属或金属氧化物催化剂可选自二氧化钛、铜、氧化铜、锌、氧化锌、铁和氧化铁或 其混合物，更优选，催化剂是二氧化钛。更特别是，二氧化钛是半导体，吸收电磁波谱的近紫 外部分的光。二氧化钛以两种形式合成_锐钛矿和金红石_它们实际上是相同的母体晶体 结构的不同平面。所采取的形式是制备方法和所使用的原料的函数。锐钛矿吸收波长小于 380nm的光子，而金红石吸收波长小于405nm的光子。大约4 iim厚的二氧化钛层将吸收100%的入射的低波长光。二氧化钛已知具有每 平方厘米大约9-14X 1014个活性表面位点。活性表面位点是在表面上的等位未饱和位点， 其能够结合氢氧根离子或其它碱性物质。其光催化活性受其结构(锐钛矿或金红石)、表面 积、尺寸分布、孔隙率和其表面上的羟基密度的影响。锐钛矿一般认为是比金红石更具活性 的光催化剂。已知比金红石更强地吸附分子氧，和在闪照射后比金红石保留更长的光传导 性。锐钛矿和金红石分别具有3. 2和3. 0电子伏特(eV)的带隙能量。许多试剂已经显示对光催化作用具有影响。可将此类试剂加至反应环境中以影响光催化处理。如本领域技术人员认识到的那样，某些试剂增强该处理，而其它的将其减弱。 还其他的用于促进一个反应，同时抑制另一个反应。根据酸碱化学，已经发现碱性试剂可结合于催化剂上的活性位点。不受理论的限 制，比分子氧更强地吸附在催化剂上的可还原试剂可替换为电子受体。小分子化学物质、金 属和离子均已经显示该能力。在这些情况下，对PHPG形成的影响由效力决定，通过该效力， 试剂相对于分子氧和过氧化氢接受电子。—些添加剂在副反应或在不能进行需要的反应的较少反应性自由基的形成中涉 及自由基物质。还其它的物理上改变光催化剂，改变其性能。依照本发明，可选择添加剂， 以优化PHPG的形成(任选同时使臭氧、等离子体物质或有机物质的形成最少化或消除)。在一个方面，如上所述，添加剂可包括辅助-催化剂。辅助-催化剂可为金属或沉 积于催化剂表面上以改善选择的PHPG反应的效率的涂层。辅助催化剂可通过两种方式改 变催化剂的物理特性。首先，它们可提供新的能量水平用于导带电子占据。其次，辅助-催 化剂可拥有与支持光催化剂不同的吸收特性。这可引起其中竞争性反应在辅助-催化剂上 发生，与在催化剂本身上发生不同的顺序。辅助催化剂一般在少于5%的表面覆盖时最有 效。典型的辅助-催化剂可选自钼、银、镍、钯和许多其它金属化合物。酞菁染料也被 证明具辅助催化能力。依照本发明的扩散器装置可为任何合适的形状或大小，包括球形、半球形、立方 体、三维矩形等。也可将扩散器装配成许多奇怪的形状，例如泰迪熊、猪储蓄罐、模拟收音机 的形状等。扩散器装置的芯可由紫外光源组成。可将紫外光源4置于扩散器装置的中心或 内部，根据装置的大小和其预定的应用可具有不同的强度。作为实例，在某些实施方案中， 参考图1，紫外光源4如形状上可为管状，可包含在伸长的楔形或管状扩散器壳2内。在某 些构型中，按需要，反射器1可用于通过其特殊的形状将光聚焦于装置内部的特定方向。扩散器装置的壳2可由任何合适的基体材料，包括瓷、陶、聚合物等形成。作为实 例，聚合物可为多孔或打孔的聚合物，其为疏水性的和抗由254nm至182nm范围的紫外线导 致的降解。对该范围内的一些波长但不是全部具有抗性的聚合物可与紫外灯联合使用，该 紫外灯仅在它们对其具有抗性的范围内产生光。可将扩散器壳模塑成任何期望的大小和形 状，并且以任何期望的颜色形成。在某些实施方案中，可将发出磷光的材料掺入壳材料中， 以便在吸收紫外线后发射可见光。在一个实施方案中，扩散器壳的内表面一般可被用作涂覆光催化剂的基体，其在 某些实施方案中可包括掺杂一种或多种其他金属的二氧化钛。作为实例，光催化剂可以漆 涂覆至扩散器基体的内部。该涂覆一般应该涂覆成使其防止扩散器基体内的孔堵塞。在一 个实施方案中，可在光催化剂漆涂覆后，将空气施加于基体，并迫使通过基体的孔，两者均 导致涂层干燥和通过强迫空气维持孔清洁。对于光催化涂层和扩散器基体的组合，可优选 不透明足以防止紫外线从装配好的扩散器装置中逃逸。在另一个实施方案中，扩散器壳和催化剂基体是分开的组件，并且基体层位于刚 好里面，并且非常接近于扩散器壳的内表面。通过使透气性光催化反应器表面薄薄地散布在垂直于气流的大面积上，而不是通 过将其压入经设计使之在反应器内的停留时间最大化的体积优化的形态学，扩散器设计使PHPG产生优化。通过将反应器形态学装配成薄的帆样透气性结构，正好处于扩散器内壳的 里面，由于经催化剂产生的过氧化氢分子向外通路的长度变得非常短，并且它们在反应器 结构内的停留时间减少为秒的分数，防止绝大部分的过氧化氢分子不被在随后吸附在催化 剂上和被还原回水。还有，通过将催化剂基体置于正好在扩散器壳的内表面里面，不仅反应 器表面积被最大化，而且产生的PHPG也几乎立即离开扩散器，并且因此避免光解不延长时 间地暴露于紫外光源。通过该形态学，PHPG输出浓度实现高达0. 08ppm。在优选的实施方案中，由于在相互反应后降解为水和氧气的PHPG分子之间的静 电引力，PHPG浓度可自我调节。每当PHPG的浓度导致在距离上比PHPG分子的静电引力范 围更靠近的分子内间隔，发生PHPG自我调节。当该情况出现时，PHPG分子被相互吸引和降 解直至浓度充分下降，分子内间隔大于PHPG分子的静电引力范围。通过这种方法，将PHPG 浓度维持在充分低于0SHA工作场所安全限度百万分之1. 0的水平。应该注意，该PHPG优化的形态学也使可进入和通过该系统的任何有机污染物停 留时间减至最少，突然地降低它们被氧化的可能性。通过设计，有效地使PHPG产生优化的 光催化系统较少可能使有机污染物在它们通过催化剂结构时氧化；并且用于有机污染物的 氧化优化的光催化系统将通过设计抑制过氧化氢气体产生。扩散器装置也一般包括流体扩散机构。该流体扩散机构一般起使流体，例如空气 运行通过扩散器装置的作用。更特别是，该空气扩散机构将一般导引流体进入扩散器装置， 然后将通过扩散器基体扩散出去。在一个实施方案中，参考图2，流体扩散机构将导引流体 通过进气阀7至在扩散器装置中开口 5内设计的小风扇(未显示)。风扇在上游侧也可具 有可替代的疏水性气体和/或灰尘过滤器6，以防止有机气体和/或灰尘进入扩散器装置， 从而保证PHPG维持基本上不含有机物质。基于需求，在某些实施方案中，对于流体扩散机 构来讲，可能需要在扩散器内产生轻微过压所需要的最小动力；在其它的实施方案中，快的 风扇转速可能更理想。依照本发明的某些方面，如当用本文中描述的范围内的紫外线活化时，通过使吸 附的水分子光催化氧化，PHPG可以基本上没有臭氧、等离子体物质和/或有机物质产生。在 一个实施方案中，在其内部涂布光催化剂的扩散器基体(或在内部上衬有薄的、帆样透气 性光催化剂结构的扩散器壳)，可被置于紫外灯之上和周围。扩散器中的开口可起到使紫 外线的电源和结构性支撑将匹配的框架作用。当装配时，扩散器装置可起到以下功能(a) 流体扩散机构导引空气通过有机蒸气和灰尘过滤器进入扩散器，引起过压；(b)空气通过 基体和/或扩散器壳中的孔或排出口离开扩散器；(c)空气中所含的水分吸附至光催化剂 上；(d)当发光时，由灯产生的紫外线活化光催化剂，导致其使吸附的水氧化和还原吸附的 氧气，产生PHPG;和(e)然后，在扩散器装置的内部产生的PHPG通过其孔或排出口快速排 出扩散器进入周围的环境。在一些实施方案中，可由Medium Pressure Mercury Arc (MPMA)灯产生PHPG。MPMA 灯不仅发射出紫外线，而且也发射出可见光和红外波谱内的波长。重要的是，当选择灯时， 应该严格检查紫外波谱中的输出。有时用图形表达紫外波谱输出，在重要的紫外波长处显 示成比例的输出。根据其功能性选择宽波谱的MPMA灯。在其它的实施方案中，可由Ultraviolet Light Emitting Diodes (UVLED' s)产 生PHPG。UV LED更为紧凑，并且可以各种尺寸和方式排列UV LED的库，使之能够产生更小、
9更耐用的系统。在其它的实施方案中，可通过单独或成组管理装置的控制系统调节PHPG输出。 此类控制系统可通过以下方式调节操作(a)开关装置；(b)调节光强度和/或风扇速度； (c)直接通过自动化的比色装置、通过自动化的Draeger指示器、通过使聚集在脱水器中的 PHPG快速气化、通过检测对过氧化氢聚集敏感的基体的传导率的变化，或通过热手段，检测 由PHPG和被静电吸引的稳定反应物之间的放热反应放出的热量，监测周围环境的PHPG水 平；和(d)直接通过相对湿度监测周围环境的PHPG水平。
实施例不打算受下列实施例的限制，将本发明的一个实施方案构造如下(a)将所述装 置构造成长度为20英寸和半径为8. 5英寸的四分之一圆柱体的形状；(b)该四分之一圆 柱体被设计成适应构成的90度角，其中壁接触顶板，四分之一圆柱体的垂直边适宜平齐壁 和顶板，和圆柱体的弯曲面向外并向下进入空间；(c)在从下面看时，四分之一圆柱体的右 端支撑最大输出为每分钟240立方英尺的可变速的风扇和高效率的、疏水性活性炭的入口 过滤器；(d)四分之一圆柱体左端支撑用于风扇和14英寸的Medium Pressure Mercury Arc(MPMA)灯的动力连接，放置成使灯位于四分之一圆柱体的中心内和平行于其长度；(e) 将通风的金属反射器置于MPMA灯之后，以反射光至四分之一圆柱的弯曲面的内表面；和 (f)圆柱体的弯曲面上开孔以允许空气而不是光流出装置。将弯曲的帆样光催化剂结构置于刚好里面，并平行于四分之一圆柱体的弯曲面的 内表面；(a)催化剂基体为18英寸长、11英寸高，加外框和具有从顶到底8. 25英寸半径的 曲率；(b)由玻璃纤维形成和用结晶二氧化钛粉末涂布；和(c)将二氧化钛施用于玻璃纤 维，涂5层，以保证完全覆盖所有纤维，然后在烘箱中烧结以促成光催化剂结晶，相互结合 和结合至玻璃纤维。在操作期间，打开风扇和MPMA灯(a)摄入空气通过高效率的、疏水性活性炭的入 口过滤器被吸入装置，其通过吸附挥发性有机碳氢化合物(V0C)除去，不除去摄入空气的 水分；(b)将摄入空气提供给装置的背面，其中开孔的金属反射器将其改变方向均勻地朝 向光催化剂结构，和四分之一圆柱体的开孔面的内部；(c)摄入空气的水分和氧气吸附至 光催化剂，该光催化剂被MPMA灯的254nm光活化；(d)活化的光催化剂使水氧化至羟基自 由基，然后组合形成过氧化氢，而分子氧同时经光催化剂还原为过氧化氢；和(e)所产生的 纯化过氧化氢气体(PHPG)立即被流出光催化剂的空气携带，通过装置的不能透光的开孔 面并排出室外。因此产生的纯化过氧化氢气体(PHPG) (a)基本上没有结合的水，因为其经催化 方法产生而不是经由水溶液气化产生；(b)PHPG基本上没有臭氧，因为MPMA灯不使用能够 光解分子氧的任何波长；(c)PHPG基本上没有等离子体物质，因为光催化剂的形态学允许 在其随后可被光催化还原之前，从其表面快速除去过氧化氢；(d) PHPG受到保护免受紫外 (UV)光解，因为其在离开光催化剂表面后立即通过四分之一圆柱体的不能透光的开孔面排 出；和(e)PHPG基本上没有有机物质，因为V0C被高效率的、疏水性活性炭的入口过滤器吸 附。所述装置经历由两家公认的实验室设计和实施的实验测试，以(a)检测纯化过
10氧化氢气体(PHPG)的输出；(b)确定输出基本上没有臭氧；(c)确定输出基本上没有V0C; (d)检测PHPG抗猫杯状病毒(FelineCalicivirus) (EPA批准的诺如病毒(Norovirus)的代 用品)、耐甲氧西林金黄色葡萄球菌(Staphylococcus Aureus (MRSA))、耐万古霉素粪肠球 菌(Enterococcus Faecalis (VRE))、艰难梭菌(Clostridium Difficile (C-Diff))、嗜热脂 肪地芽胞杆菌(Geobacillus Stearothermophilus)(由保险行业使用的用于验证成功微生 物处理的稳定的细菌)和黑曲霉(Aspergillus Niger)(常见真菌)的效力；和(e)在各种 环境相对湿度，包括于70至72华氏度下35%至40%、于81至85华氏度下56%至59%和 78华氏度下98%下测试。用于臭氧、V0C、温度和湿度的检测全部采用标准设备完成。由于至今尚没有易于 可用的设备检测低于0. lOppm水平的过氧化氢气体，所以设计了新的方法(a)通常用于 检测水溶液中的近似浓度的过氧化氢测试条，发现检测PHPG随时间的存在；(b)通常设计 用于在暴露20秒后读取的过氧化氢测试条，发现聚集PHPG和提供精确至0. Olppm的PHPG 浓度的近似读数，例如当将少于一个小时的暴露时间标准化后，将在5分钟的时间中聚集 0. 5ppm的测试条暴露15个20秒间隔，指示0. 5ppm的近似浓度除以15，或0. 033ppm ； (c) Draeger检测管，其设计成检测抽吸2000立方厘米空气后低至0. lOppm的过氧化氢浓度， 发现提供精确度在0. 005ppm内的较低浓度的读数，例如在通过校正泵抽吸更大体积时，抽 吸4000立方厘米后指示0. lOppm的Draeger检测管检测PHPG近似浓度为0. 05ppm,而抽吸 6000立方厘米后指示0. lOppm的Draeger检测管检测PHPG近似浓度为0. 033ppm ；和(d) 发现采用过氧化氢测试条和Draeger检测管两者的检测结果彼此非常接近。在设计为在各种湿度下检测过氧化氢水平的测试中，收集到以下数据 PHPG检测数据指示，所产生的PHPG的浓度高度取决于相对湿度。这是可预测 的，因为PHPG的产生直接取决于空气中水分子的可用性。应该注意，美国卫生服务部(US Department of Health and HumanServices)要求医院手术室维持30%至60%之间的相对湿度。PHPG检测数据也随着时间保持恒定，并指示平衡的上限大约为0. 08ppm。每当它 们的分子内间隔变得小于它们相互的静电引力范围时，由于PHPG分子相互的静电引力，这 也是可预测的。在该条件下，过量的PHPG自身反应以产生氧气和水分子。该O.OSppm的上 限也充分低于1. Oppm的0SHA工作场所安全限度，从而可安全呼吸，指示PHPG系统可安全 和持续地用于占据区域。所有测试还指示在装置的输出中完全没有臭氧。
在V0C测试中，2500立方英尺房间设立周围浓度近似于7ppm的2_丙醇。发现该 装置快速降低整个房间中的V0C水平。
在微生物定性测试中，在几个测试中将用嗜热脂肪地芽胞杆菌(Geobacillus Stearothermophilus)接种的芯片置于环境中，和在所有情况下显示在数小时内细菌显著 减少。在明尼苏达伊根(Eagan)的ATS实验室的定量的微生物测试中，收集到以下数据。 应该注意，这些给人深刻印象的杀灭率是在于相对湿度35%至40%产生的仅仅0. 005ppm 至0. Olppm的PHPG浓度下实现的。
在较高的湿度时，产生较高浓度的PHPG，并且微生物减少率将增加。以上在56% 至59%相对湿度下收集的数据显示，可实现比用于该定量测试的高至少八倍的PHPG浓度。还有，对比测试显示，PHPG测试装置产生比从标准光催化池伴随输出的未纯化过 氧化氢大最高达150倍的PHPG平衡浓度。总之，已经在某些特定程度上，用特别的实施方案对本发明进行了描述，应该理解 该描述仅采用实施例的方式给出，并且在不背离本发明的精神和范围下，可对构造、制作和 使用，包括零件的组合和排列的细节作出各种变化。
权利要求
一种用于环境的微生物控制和/或消毒/处理的方法，所述方法包括(a)产生包含纯化过氧化氢气体(PHPG)的气体，该纯化过氧化氢气体基本上没有水化作用、臭氧、等离子体物质和/或有机物质；(b)将PHPG导入环境，以便过氧化氢气体在环境表面上和空气中两者均起着提供微生物控制和/或消毒/处理的作用。
2.权利要求1的方法，其中所产生的PHPG被静电吸引至微生物上带正电荷和带负电荷 的结构和/或位点，从而与水化的过氧化氢或者臭氧比较，提高其在微生物控制和/或消毒 /处理上的效力。
3.权利要求1的方法，其中产生的PHPG浓度在0.005ppm至0. IOppm之间。
4.权利要求1的方法，其中所述环境的微生物控制和/或消毒/处理包括室内空气处 理、净水器、霉菌消除剂、细菌消除剂和病毒消除剂。
5.权利要求1的方法，其中空气的湿度百分比在5-99%的范围内，或在其中调节。
6.一种用于环境的微生物控制和/或消毒/处理的方法，所述方法包括(a)在以至于 形成基本上没有水化作用、臭氧、等离子体物质和有机物质的纯化过氧化氢气体(PHPG)的 条件下，在湿润、纯化的周围空气的存在下，将金属或金属氧化物催化剂暴露于紫外线中； (b)将PHPG导入环境，以便过氧化氢气体在环境表面上和空气中两者均起着提供感染控制 和/或消毒/处理的作用。
7.权利要求6的方法，其中所述环境的微生物控制和/或消毒/处理包括室内空气处 理、净水器、霉菌消除剂、细菌消除剂和病毒消除剂。
8.权利要求6的方法，其中空气的湿度百分比在5-99%的范围内，或在其中调节。
9.权利要求6的方法，其中所述金属或金属氧化物催化剂是二氧化钛。
10.权利要求6的方法，其中所述PHPG产生也导致通过这些物质与PHPG的直接化学反 应，从周围空气中除去臭氧和VOC两者，所述除去包括(a)与臭氧反应以产生氧气和水，和 (b)与VOC反应以产生二氧化碳和水。
11.一种用于产生PHPG的扩散器装置，所述扩散器装置包括(a)紫外光源；(b)金属 或金属氧化物催化剂基体结构；和(d)空气扩散机构。
12.权利要求11的装置，其中所述催化剂在其基体上的形态是薄的、帆样透气性结构， 处于与穿过扩散器装置的气流垂直的位置；和其中所述形态改变催化剂的反应平衡，以便其从水的氧化和从分子氧的还原均产生过 氧化氢；和通过引起过氧化氢在其可被还原之前从催化剂快速流出并远离催化剂，所述形 态基本上防止过氧化氢经催化剂的还原。
13.权利要求11的装置，其中所述空气扩散机构是风扇。
14.权利要求11的装置，其中所述紫外光源产生至少一种波长范围。
15.权利要求11的装置，其中所述紫外线产生多于一种的波长范围。
全文摘要
本发明涉及用于提供环境的微生物控制和/或消毒/处理的方法和装置。所述方法一般包括产生基本上没有，如水化作用、臭氧、等离子体物质和/或有机物质的纯化过氧化氢气体(PHPG)；和将主要包含PHPG的气体导入环境，以便PHPG在环境，优选在表面上和空气中两者均起着提供微生物控制和/或消毒/处理的作用。过氧化氢蒸气产生于周围空气中的氧气和水。此外，公开了用于产生PHPG的扩散器装置，后者包括紫外光源；金属或金属氧化物光催化剂(如TiO2)、催化剂基体结构；和空气扩散机构，其中在其基体上的催化剂的形态是薄的帆样透气性结构，处于与穿过扩散器装置的气流垂直的位置；和假设其中所述形态改变催化剂的反应平衡，以致其从水氧化和从分子氧还原均产生过氧化氢。
文档编号A61L9/20GK101854958SQ200880111346
公开日2010年10月6日 申请日期2008年8月7日 优先权日2007年8月7日
发明者J·D·李 申请人:李抗菌解决方案公司