一种紫外发光二极管水消毒系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种紫外发光二极管杀菌系统，包括可产生紫外光的紫外发光二极管模组，还包括光催化组件；所述光催化组件包括正面朝向紫外发光二极管模组设置的至少一块光催化板；所述光催化板正面覆盖有纳米二氧化钛催化层。本发明的消毒系统与水体中的氧气及水反应产生高反应活性的羧基自由基以及具有强氧化性的超氧离子。二者在需消毒的水体内扩散，通过对病原体的蛋白质、遗传物质的氧化使病原体失活，实现对空间无死角的彻底消毒。
【专利说明】一种紫外发光二极管水消毒系统
【技术领域】
[0001] 本发明涉及紫外光消毒【技术领域】，具体涉及一种紫外发光二极管水消毒系统。
【背景技术】
[0002] 紫外灯是一种常用的消毒设备，能够有效杀灭空气及工具表面的细菌、病毒、芽孢 等病原体，被广泛用于家居、医疗机构、无菌室等空间的消毒、灭菌。但现有的。现有的紫 外灯多为低压汞灯，其寿命短、能耗高且光照强度低。紫外发光二极管具有使用寿命长、光 照强度高、能耗低等优点，被大量应用于消毒领域。现有采取紫外灯对水进行消毒处理的 工艺，其具体方法为采用设置在水面上紫外灯对水体进行照射。但无论是低压汞灯还是紫 外发光二极管，其紫外光由空气传递至水体时，在空气与水的交界处(水面)，都会因反射遭 受损失，使实际进入水体中的紫外光减弱。此外，紫外光在水体中的辐射范围十分有限，若 对大范围的水体进行消毒处理，必须相应地设置大量紫外灯，增加处理成本。同时，现有的 工艺仅能对暴露在紫外光照射下的区域进行消毒，紫外光无法照射的区域则没有任何消毒 的效果，造成消毒完的空间残存有消毒"死角"。为增强消毒效果，减小消毒"死角"，通常的 做法是针对水体的各个部位设置紫外灯，增加消毒成本却对消毒效果的提高并不明显。同 时，现有的紫外灯其对悬浮在水体中的有毒有机物并无任何降解效果，对于病毒这种构造 简单、无细胞器的病原体杀灭效果亟待提高。
【发明内容】
[0003] 有鉴于此，本发明公开一种能对水体进行彻底消毒的紫外光消毒系统。
[0004] 本发明的目的通过以下技术方案实现：一种紫外发光二极管消毒系统，包括可产 生紫外光的紫外发光二极管模组，还包括光催化组件；所述光催化组件包括正面朝向紫外 发光二极管模组设置的至少一块光催化板；所述光催化板正面覆盖有纳米二氧化钛催化 层。
[0005] 本发明的紫外发光二极管模组及光催化板均浸没在水体中工作，紫外光只在一种 介质中传导，避免现有技术中紫外光从空气进入水体时两种介质交界处反射紫外光的问 题，提高水体中紫外光的强度。所述纳米二氧化钛催化层可选用市售的任一种纳米二氧化 钛实现。紫外发光二极管模组产生的紫外光照射于催化板上，其中的纳米二氧化钛可产生 空穴-电子对并释放到水体中，与水体中的氧气及水反应产生高反应活性的羧基自由基以 及具有强氧化性的超氧离子。二者在需消毒的水体内扩散而不受紫外光照射范围的限制， 通过对水体中病原体的蛋白质、遗传物质的氧化使病原体失活，实现对水体无死角的彻底 消毒。同时，所述羧基自由基以及超氧离子可分解水体中的甲醛、苯类有机物等有害有机 物，更能氧化破坏病毒的蛋白质衣壳及核酸等遗传物质，进一步提高消毒效果。
[0006] 所述紫外发光二极管模组包括柱状的骨架、设置在骨架上底面和侧面上的紫外发 光二极管组件；所述光催化板为设置在骨架下方的反光杯。
[0007] 紫外光照射光催化板的初期，纳米二氧化钛的催化效率较低，在这个阶段，紫外光 的直接照射消毒仍具有较明显的效果。为提高紫外光的照射范围，本发明紫外发光二极管 模组包括柱状的骨架，并将可产生紫外光的紫外发光二极管组件设置在骨架的表面，从而 提高紫外发光二极管模组的光照角度。同时本发明还采用设置在骨架下方反光杯作为所述 的光催化板，反光杯接收紫外光的面积较大，有利于增加纳米二氧化钛催化反应的反应位 点，同时将其对紫外光的遮挡影响降至最低。反光杯还能够对紫外光进行反射、聚集，从而 增强照射在纳米二氧化钛催化层上的紫外光强度。所述纳米二氧化钛催化层即设置在反光 杯表面。本发明中，所述反光杯可选用任一种市售的反光杯。本发明中，所述紫外发光二极 管组件可选用任一种设置有紫外发光二极管的电子元件，特别优选为设置有紫外发光二极 管的柔性线路板。本发明中，上述紫外发光二极管产生的紫外光波长为28(T500nm。所述骨 架可以是由金属材料制成，以提高紫外发光二极管的散热效果。
[0008] 所述光催化板的数量为2飞块，其与所述骨架的下底面同心，且依次套装在骨架 的下方；最内侧的光催化板其内径为骨架下底面直径的1. 5倍；相邻的光催化板的内 径之差为骨架下底面直径的〇. 5~0. 9倍；所述光催化板的高度为骨架高度的0. 1~0. 3倍。
[0009] 所述光催化板的下方还设有一可产生水流的水流发生组件；所述水流发生组件包 括一喷气嘴以及与喷气嘴连通的高压气源；所述喷气嘴为与骨架下底面平行的中空的环状 体，环状体的截面为由下至上逐渐收缩的水滴形，环状体的下部通过管道与所述高压气源 连通；所述环状体的内侧的中部开设有一与环状体同心的开口。
[0010] 为提高所述羧基自由基以及超氧离子的扩散速度，本发明在光催化板的下方设置 有水流发生组件，其可产生向上的水流将光催化板产生的羧基自由基以及超氧离子带走， 加速二者在空气中的扩散。同时本发明所提供的喷气嘴，其截面为由下至上逐渐收缩的水 滴形，高压空气从环状体内侧的开口喷出，具有较高的流动速度，使环状体的内部形成一低 压区。压力差将环状体外侧的水压入环状体内侧的低压区，从而增加流经催化板的水流量 (如伯努利原理)。水流流至光催化板处，受到光催化板的阻挡，产生湍流。湍流有助于羧基 自由基以及超氧离子在水流中的扩散。本发明羧基自由基以及超氧离子在水体中的扩散速 率远高于二者依靠布朗运动在水体中的扩散速率，有利于提高本发明的消毒效果。而喷气 的处理有助于增加水体含氧量，增强消毒效果。
[0011] 所述纳米二氧化钛催化层其原料按重量计包括〇. 5~2. 5份锐钛型纳米二氧化钛、 3(T80份浓度为20%的聚四氟乙烯浓缩液、2?10份聚丙烯酰胺、0. 5?1. 1份十二烷基苯酸钠、 0. 01~0. 05份的金纳米棒以及5~7份的反光剂。
[0012] 所述锐钛型纳米二氧化钛、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯酸钠、金纳米棒 均为市售产品。 申请人:发现，少量的金纳米棒存在可大幅提升锐钛型纳米二氧化钛的催化 效率。而普通的纳米二氧化钛可能会有一定的生物毒性，同时由于纳米二氧化钛催化层长 期处于紫外光的照射，极易老化而破裂、脱落，影响产品安全性能，同时影响本发明的时候 寿命。但在金纳米棒的存在下，本发明的纳米二氧化钛可以稳定地复合在催化板表面，长期 使用或在冲击、刻划条件下仍不发生脱落。金纳米棒还可以增强聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺的 稳定性，最终提高纳米二氧化钛催化层的抗老化性能，延长本发明的使用寿命。十二烷基苯 酸钠可以促进纳米二氧化钛、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、金纳米棒及反光剂的混合，使之形 成一稳定的混合体系，可有效防止纳米二氧化钛、金纳米棒的沉淀或团聚。同时十二烷基苯 酸钠还可降低所制得的纳米二氧化钛催化层的表面张力，有助于氧气、水与之的接触强度， 提高催化效率。反光剂可选用任一种市售的LED产品反光剂，其能够反射紫外光，从而增强 照射在光催化板上的紫外光强度，增强反应速率。
[0013] 所述锐钛型纳米二氧化钛粒径为5(T90nm ;所述金纳米棒长度为8(Tl50nm ;所述 反光剂为粒径为0. 1~〇. 25 y m的金红石型二氧化钛。
[0014] 特别优选的，本发明纳米二氧化钛层表面还覆盖有透水隔离层，其原料按重量计 包括10-20份的琼脂、10-15份氨基硅球、30-40份的海藻酸钠、1-10份的聚乙烯肽胺。
[0015] 水和氧气可以穿透所述透水隔离层与纳米二氧化钛层接触并反应，而二氧化钛层 的脱落物则不能穿透纳米二氧化钛层。通过设置透水隔离层，本发明可完全杜绝纳米二氧 化钛层的脱落，进一步提高产品的安全性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 图1是本发明的结构示意图。
[0017] 图2是本发明紫外发光二极管模组的结构分解图。
[0018] 图3是本发明紫外发光二极管组件的截面图。
[0019]图4是本发明光催化组件的截面图。
[0020] 图5是本发明喷气嘴的截面图。
【具体实施方式】
[0021] 为了便于本领域技术人员理解，下面将结合附图以及实施例对本发明作进一步详 细描述： 实施例1 本发明提供一种紫外发光二极管消毒系统，如图1所示，包括可产生紫外光的紫外发 光二极管模组1，还包括光催化组件2。如图2所示，所述紫外发光二极管模组包括柱状的 骨架11、设置在骨架上底面和侧面上的紫外发光二极管组件。所述紫外发光二极管组件包 括包裹于骨架侧面的侧面紫外发光二极管组件12以及覆盖在骨架上底面的上底面紫外发 光二极管组件13。如图3所示，所述紫外发光二极管组件包括柔性线路板121以及与柔性 线路板的线路连通的紫外发光二极管芯片122。本发明所称的紫外发光二极管芯片可以是 任一种包括有紫外发光二极管的电子元件。
[0022] 本实施例中，所述光催化组件包括正面朝向紫外发光二极管模组设置的一块光催 化板21。该光催化板21具体为为设置在骨架下方的反光杯，其与骨架的下底同心且平行。 如图3所示，所述光催化板21正面覆盖有纳米二氧化钛催化层22,该层厚度为光催化板厚 度的〇. 2倍。
[0023] 更加具体的，所述纳米二氧化钛催化层其原料按重量计包括1. 2份锐钛型纳米二 氧化钛、40份浓度为20%的聚四氟乙烯浓缩液、5份聚丙烯酰胺、0. 8份十二烷基苯酸钠、 0. 03份的金纳米棒以及4份的反光剂。
[0024] 所述锐钛型纳米二氧化钛粒径为8(T90nm ;所述金纳米棒长度为10(Tl50nm ;所述 反光剂为粒径为〇. 25 ii m的金红石型二氧化钛。
[0025] 本实施例中，所述锐钛型二氧化钛、金纳米棒等纳米二氧化钛催化层的原料均为 市售产品。
[0026] 本实施例中，上述纳米二氧化钛催化层的制备方法如下： 将锐钛型纳米二氧化钛、聚四氟乙烯浓缩液、聚丙烯酰胺、十二烷基苯酸钠混合，并加 热至3(T40°C后在旋转式摇床中以120转/min震荡1小时，加入金纳米棒后加热至50°C， 以100转/min震荡30min，加入所述反光剂后以100转/min震荡lOmin。将混合物涂覆在 光催化板正面上，以50°C烘干3小时，冷却至室温后将光催化板浸渍在0°C的水中30S，干燥 后便获得本实施例的纳米二氧化钛催化层。
[0027] 在在0°C的水中浸泡30S，能够消除纳米二氧化钛催化层与光催化板接触面间的 应力，增强纳米二氧化钛催化层的耐候性。
[0028] 如图4所示，本实施例中所述光催化板的下方还设有一可产生水流的水流发生组 件；所述水流发生组件包括一喷气嘴31以及与喷气嘴连通的高压气源；所述喷气嘴31为 与骨架11下底面平行的中空的环状体，环状体的截面为由下至上逐渐收缩的水滴形，环状 体的下部311通过管道32与所述高压气源连通；所述环状体的内侧的中部开设有一与环状 体同心的开口 312。
[0029] 本实施例中，所述高压气源可选用任一种市售的高压气泵、压缩机实现，如离心 泵、往复泵等。
[0030] 实施例2 本实施例提供一种紫外发光二极管消毒系统，其纳米二氧化钛催化层其原料按重量计 包括〇. 5份锐钛型纳米二氧化钛、80份浓度为20%的聚四氟乙烯浓缩液、2份聚丙烯酰胺、 1. 1份十二烷基苯酸钠、0. 01份的金纳米棒以及7份的反光剂。
[0031] 所述锐钛型纳米二氧化钛粒径为70nm ;所述金纳米棒长度为90nm ;所述反光剂为 粒径为0. 1 y m的金红石型二氧化钛。
[0032] 其余结构与实施例1 一致。
[0033] 实施例3 本实施例提供一种紫外发光二极管消毒系统，其不包含水流发生组件。其余结构与实 施例1 一致。
[0034] 实施例4 本实施例提供一种紫外发光二极管消毒系统，其不包含水流发生组件。其余结构与实 施例1 一致。
[0035] 对比例1 本对比例提供一种紫外发光二极管消毒系统，其包括一设置有紫外发光二极管的矩形 线路板。
[0036] 对比例2 本对比例提供一种紫外发光二极管消毒系统，其纳米二氧化钛催化层其原料按重量计 包括2. 5份锐钛型纳米二氧化钛、80份浓度为20%的聚四氟乙烯浓缩液、5份聚丙烯酰胺。 其余结构与实施例1一致。
[0037]消毒效果测试实验 设置多个注满待处理水的水池，将各紫外发光二极管消毒系统安置在一各个水池底 部。在消毒系统及水池壁面间坚立一挡光板，该挡光板与水池的壁面平行，使消毒系统的紫 外光无法照射挡光板的背面。在各个水池中紫外光能照射到的区域及挡光板背面各吸取 lOmL的水，并分别加入1L的无菌水中，震荡30min后，取0. lmL悬液，以涂布法剂量该悬液 的微生物浓度。
[0038] 使消毒系统对水体的辐射强度达到8?15mj/cm2,波长处于44(T580nm，处理 200min。在各个密室中紫外光能照射到的区域及挡光板背面各吸取10mL的水，并分别加入 1L的无菌水中，震荡30min后，取0. lmL悬液，以涂布法剂量该悬液的微生物浓度。
[0039] 其结果如表1所示。
[0040] 表1菌落数目统计表
【权利要求】
1. 一种紫外发光二极管消毒系统，包括可产生紫外光的紫外发光二极管模组（1)，其 特征在于：还包括光催化组件（2);所述光催化组件包括正面朝向紫外发光二极管模组设 置的至少一块光催化板（21);所述光催化板正面覆盖有纳米二氧化钛催化层（22)。
2. 根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述紫外发光二极管模组包括柱状的骨 架（11)、设置在骨架上底面和侧面上的紫外发光二极管组件；所述光催化板（21)为设置在 骨架下方的反光杯。
3. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述光催化板的数量为2飞块，其与所述 骨架的下底面同心，且依次套装在骨架的下方；最内侧的光催化板其内径为骨架下底面直 径的1. 2~1. 5倍；相邻的光催化板的内径之差为骨架下底面直径的0. 5~0. 9倍；所述光催 化板的高度为骨架高度的〇. 1~〇. 3倍。
4. 根据权利要求2所述的系统，其特征在于：所述光催化板的下方还设有一可产生水 流的水流发生组件；所述水流发生组件包括一喷气嘴（31)以及与喷气嘴连通的高压气源； 所述喷气嘴（31)为与骨架（11)下底面平行的中空的环状体，环状体的截面为由下至上逐 渐收缩的水滴形，环状体的下部（311)通过管道（32)与所述高压气源连通；所述环状体的 内侧的中部开设有一与环状体同心的开口（312)。
5. 根据权利要求Γ4任一项所述的系统，其特征在于：所述纳米二氧化钛催化层其原 料按重量计包括0. 5~2. 5份锐钛型纳米二氧化钛、3(Γ80份浓度为20%的聚四氟乙烯浓缩 液、2~10份聚丙烯酰胺、0. 5~1. 1份十二烷基苯酸钠、0. 01~0. 05份的金纳米棒以及5~7份的 反光剂。
6. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述锐钛型纳米二氧化钛粒径为 5(T90nm ;所述金纳米棒长度为8(Tl50nm ;所述反光剂为粒径为0. 1?0. 25 μ m的金红石型二 氧化钛。
7. 根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述纳米二氧化钛层表面还覆盖有透水 隔离层，其原料按重量计包括10-20份的琼脂、10-15份氨基硅球、30-40份的海藻酸钠、 1-10份的聚乙烯肽胺。
【文档编号】C02F1/32GK104291411SQ201410576951
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】冯海涛, 施光典 申请人:深圳莱特光电有限公司