食品净化系统羟基自由基发生器阳极及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极及其制备方法，它包括钛基板、形成于钛基板表面上的过渡金属氧化物复合层，制备方法包括以下步骤：(a)对钛基板表面进行喷砂处理，随后将其浸泡于Na2CO3溶液中静置清洗；(b)将对应的过渡金属氧化物前驱体分别溶解于乙二醇和柠檬酸的混合溶液中；(c)随后涂布于钛基板的表面，加热蒸干，置于400～800℃温度下维持0.5～5小时，冷却后即可。通过在钛基板表面形成过渡金属氧化物复合层，过渡金属氧化物复合层具有较大的比表面积，这样能够增加与水的接触面积，从而催化提升羟自由基的产生数量；另一方面能够在一定程度上抑制羟自由基的结合，延长其存在时间，从而提升对有机物的分解能力。
【专利说明】
食品净化系统羟基自由基发生器阳极及其制备方法
技术领域
[0001]本发明属于食品净化系统的零部件领域，涉及一种电极材料，具体涉及一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]由于目前我国正处于社会主义初级阶段，市场机制和法制尚不健全，诚信意识缺失，一些不安全因素仍旧存在于食品供应链的全过程，影响食品安全的一些深层次问题仍然存在，行业生产力水平不高，产业化程度低，核心竞争力较差，初级农产品源头污染依然严重，食品生产加工环节假冒伪劣问题比较突出，食品流通经营秩序有待进一步规范，食品安全事故和事件时有发生。尽管当前食品安全形势有所好转，但仍然严峻。总体上看，食品安全风险具有社会性、广泛性和不确定性，应对和防控食品安全风险是一个长期、艰巨而复杂的系统工程，需要全社会的共同努力和综合防治。例如，我国每年的农药使用量达170万吨，居世界第一，使用的农药种类达1500多种，只有400种有严格使用标准，因而导致种植的农广品上农药残留超标；另外，我国每年生广抗生素原料大约21万吨，其中40%左右被用在了畜牧业和养殖业，因此奶类、肉类等产品内会残留有少量的抗生素。
[0003]食品净化系统是一种将自来水进行深度裂化，从而产生氧化还原电位高达2.Sev的羟自由基的电解装置，利用产生的羟自由基可以快速灭杀致病微生物(细菌、病毒等)、高效降解农药残留、激素、抗生素等。羟基自由基发生器(也可以称为净芯组件)是食品净化系统最为重要的核心组件，它是通电后对水进行电解产生羟自由基的部件，包括固定槽、电解片、导电片等。电极是羟自由基发生器的核心部分，它是产生羟自由基和氢自由基的部件。现有的绝大部分食品净化系统阳极电极主体材料是钛片。专利申请号为201310173554.7的中国发明专利公开了一种食品净化系统阳极电极，它采用钛基板，电极表面镀铂金；众所周知，铂金价格昂贵，因此提供一种价格便宜且产生的羟自由基存在时间较长的电极至关重要。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极，它包括钛基板、形成于所述钛基板表面上的过渡金属氧化物复合层。
[0006]优化地，所述过渡金属氧化物复合层包含有氧化锆、氧化铱、氧化钴、氧化锡、氧化铑、氧化钯、和氧化钒中的一种或几种。
[0007]进一步地，所述过渡金属氧化物复合层的厚度为3?5微米。
[0008]本发明的又一目的是提供一种上述食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，它包括以下步骤:
[0009](a)对钛基板表面进行清洗；
[0010](b)将过渡金属氧化物复合层原料分别溶解于有机溶剂和稳定剂的混合溶液中形成第一混合溶液；
[0011](C)将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板的表面，加热蒸干，重复多次至最后一次时将所述钛基板置于400?800°C温度下维持0.5?5小时，冷却后即可。
[0012]优化地，所述步骤(a)中，将钛基板浸泡于弱碱溶液中进行清洗，再用蒸馏水清洗后置于酒精中备用。
[0013]进一步地，步骤(a)中，所述弱碱溶液的质量浓度为5?20%、温度为80?95°C， 静止清洗时间为0.5?2小时。
[0014]更进一步地，所述弱碱溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、醋酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、醋酸钾溶液或柠檬酸钾溶液。
[0015]优化地，所述有机溶剂和所述稳定剂的摩尔比为10?20: 0.2?0.5;
[0016]优化地，步骤(b)中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯、丙酮或甲醇；所述稳定剂为柠檬酸、草酸或醋酸；所述第一混合溶液温度为40?70°C。
[0017]优化地，步骤(C)中，将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板(1)的表面后置于 100?150°C温度下干燥5?15分钟，重复10?20次。
[0018]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明食品净化系统羟基自由基发生器阳极，通过在钛基板表面形成过渡金属氧化物复合层，过渡金属氧化物复合层具有较大的比表面积，这样能够增加与水的接触面积，从而催化提升羟自由基的产生数量；另一方面能够在一定程度上抑制羟自由基的结合，延长其存在时间，从而提升对净化系统中农药、外源激素等有机物的分解能力。【附图说明】
[0019]附图1为本发明食品净化系统羟基自由基发生器阳极的结构示意图；
[0020]其中，1、钛基板；2、过渡金属氧化物复合层。【具体实施方式】
[0021]本发明食品净化系统羟基自由基发生器阳极，主要包括钛基板1和过渡金属氧化物复合层2,过渡金属氧化物复合层2形成在钛基板相对应的两个表面上。
[0022]通过在钛基板表面形成过渡金属氧化物复合层2,过渡金属氧化物复合层2具有较大的比表面积，这样能够增加与水的接触面积，从而催化提升羟自由基的产生数量；另一方而能够在一定程度上抑制羟自由基的结合，延长其存在时间，从而提升对净化系统中农药、外源激素等有机物的分解能力。由于过渡金属氧化物复合层2具有较大的比表面积， 这样能够增加与水的接触面积，从而催化提升羟自由基的产生数量；另一方面能够在一定程度上抑制羟自由基的结合，延长其存在时间，从而提升对净化系统中农药、外源激素等有机物的分解能力。过渡金属氧化物复合层优选包含有氧化锆、氧化铱、氧化钴、氧化锡、氧化铑、氧化钯、和氧化钒中的一种或几种，尤其是氧化铱和氧化钴组成的复合层性能最优，氯化钴既能够稳定氯铱酸使其分散均匀，又能够形成具有较大比表面积的氧化钴；而氧化铱是优良的电催化材料。过渡金属氧化物复合层的厚度优选为3?5微米。
[0023]上述食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，包括以下步骤:
[0024](a)对钛基板表面进行清洗；
[0025](b)将过渡金属氧化物复合层原料分别溶解于有机溶剂和稳定剂的混合溶液中形成第一混合溶液；
[0026](C)将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板的表面，加热蒸干，重复多次至最后一次时将所述钛基板置于400?800°C温度下维持0.5?5小时，冷却后即可。
[0027]所述步骤(a)中，将钛基板浸泡于弱碱溶液中进行清洗，再用蒸馏水清洗后置于酒精中备用；所述弱碱溶液的质量浓度为5?20%、温度为80?95°C，静止清洗时间为
0.5?2小时；而弱碱溶液为常规的那些，例如碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、醋酸钠溶液、柠檬酸钠溶液、醋酸钾溶液或柠檬酸钾溶液。所述有机溶剂和所述稳定剂的摩尔比为10?20: 0.2?0.5 ;所述有机溶剂优选为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯、丙酮或甲醇；所述稳定剂优选柠檬酸、草酸或醋酸；所述第一混合溶液温度为40?70°C。步骤(c)中，将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板(I)的表面后置于100?150°C温度下干燥5?15分钟，重复10?20次。过渡金属氧化物复合层原料(或者称为过渡金属氧化物复合层前驱体)分别为氯化锆、氯铱酸、氯化钴、氯酸锡、氯化铑、氯化钯和氯化钒中的一种或者多种，用于对应形成过渡金属氧化物复合层中的过渡金属氧化物。
[0028]下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明:
[0029]实施例1
[0030]本实施例提供一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极，它包括钛基板1、形成于钛基板I表面上的过渡金属氧化物复合层2，该过渡金属氧化物复合层2为氧化铱/氧化钴混合材料，厚度为3微米。它的制备方法括以下步骤:
[0031](a)将钛基板I浸泡于Na2CO3溶液(质量浓度为5wt%、温度为80 °C ;或者是浸泡于室温下的Na2CO3S液中，随后加热至80°C )中静置清洗2小时，再用蒸馏水清洗3?5遍后置于酒精中备用；
[0032](b)将氯铱酸、氯化钴分别溶解于乙二醇和柠檬酸(温度为50°C;或者是先导入乙二醇和柠檬酸混合溶液中，随后加热至50°C进行搅拌溶解)的混合溶液中形成第一混合溶液，氯铱酸、氯化钴、乙二醇和柠檬酸的摩尔比分别为0.1: 0.02: 10: 0.2，柠檬酸所起的作用也非常关键，它能够配合乙二醇使得氯铱酸和氯化钴稳定存在；
[0033](c)将所述第一混合溶液涂布于钛基板I的表面，加热蒸干(主要是将钛基板I置于100°C的烘箱中烘烤15分钟)，重复10次至最后一次时将钛基板I直接置于400°C温度下维持5小时，冷却后即可。
[0034]实施例2
[0035]本实施例提供一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，它的具体步骤与实施例1中公开的基本一致，不同的是具体工艺参数的调节，具体为:
[0036](a)将钛基板I浸泡于Na2CO3溶液(质量浓度为20wt %、温度为95°C ;或者是浸泡于室温下的Na2CO3S液中，随后加热至95°C )中静置清洗0.5小时，再用蒸馏水清洗5?10遍后置于酒精中备用；
[0037](b)将氯铱酸、氯化钴分别溶解于乙二醇和柠檬酸(温度为70°C;或者是先导入乙二醇和柠檬酸混合溶液中，随后加热至70°C进行搅拌溶解)的混合溶液中形成第一混合溶液，氯铱酸、氯化钴、乙二醇和柠檬酸的摩尔比分别为0.3: 0.05: 20: 0.5；
[0038](c)将所述第一混合溶液涂布于钛基板1的表面，加热蒸干(主要是将钛基板1置于150°C的烘箱中烘烤5分钟)，重复20次至最后一次时将钛基板1直接置于800°C温度下维持0.5小时，冷却后即可。
[0039]实施例3[〇〇4〇]本实施例提供一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，它的具体步骤与实施例1中公开的基本一致，不同的是具体工艺参数的调节，具体为:
[0041](a)将钛基板1浸泡于Na2C03溶液(质量浓度为15wt%、温度为90°C ;或者是浸泡于室温下的Na2C03溶液中，随后加热至90°C )中静置清洗1小时，再用蒸馏水清洗5? 10遍后置于酒精中备用；
[0042](b)将氯铱酸、氯化钴分别溶解于乙二醇和柠檬酸(温度为60°C;或者是先导入乙二醇和柠檬酸混合溶液中，随后加热至60°C进行搅拌溶解)的混合溶液中形成第一混合溶液，氯铱酸、氯化钴、乙二醇和柠檬酸的摩尔比分别为0.2: 0.03: 15: 0.3;
[0043](c)将所述第一混合溶液涂布于钛基板1的表面，加热蒸干(主要是将钛基板1置于120°C的烘箱中烘烤10分钟)，重复16次至最后一次时将钛基板1直接置于600°C温度下维持1小时，冷却后即可。[0〇44] 实验例1
[0045]参考专利申请号为201310173554.7的中国发明中公开的食品净化系统将实施例 1至实施例3中制备的阳极电极分别组装成食品净化系统，分别编号为1、2、3 ;随后向清洗水槽中分别加入等量的浓度为5wt%的碳酸钠溶液、酚酞试剂，由于碳酸钠溶液呈碱性，故整个清洗水槽中的溶液呈红色；通直流电后，编号为1、2、3的清洗水槽中红色消退的时间分别为5分钟、4分钟和2分钟；同时我们还对编号为3的清洗水槽通脉冲电流，我们发现红色消退时间明显缩短，大约1分钟即可消退，由此可见可以将本发明制备的阳极电极组装成食品净化系统后，输入脉冲电流可以提高对有害物质的去除速度。
[0046]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种食品净化系统羟基自由基发生器阳极，其特征在于:它包括钛基板(1)、形成于 所述钛基板(1)表面上的过渡金属氧化物复合层(2)。2.根据权利要求1所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极，其特征在于:所述过 渡金属氧化物复合层(2)包含有氧化锆、氧化铱、氧化钴、氧化锡、氧化铑、氧化钯、和氧化 钒中的一种或几种。3.根据权利要求2所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极，其特征在于:所述过 渡金属氧化物复合层(2)的厚度为3?5微米。4.权利要求1至3中任一所述食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特 征在于，它包括以下步骤:(a)对钛基板表面进行清洗；(b)将过渡金属氧化物复合层原料分别溶解于有机溶剂和稳定剂的混合溶液中形成第 一混合溶液；(c)将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板的表面，加热蒸干，重复多次至最后一次时 将所述钛基板置于400?800°C温度下维持05?5小时，冷却后即可。5.根据权利要求4所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征在 于:所述步骤(a)中，将钛基板浸泡于弱碱溶液中进行清洗，再用蒸馏水清洗后置于酒精中 备用。6.根据权利要求5所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征在 于:步骤(a)中，所述弱碱溶液的质量浓度为5?20%、温度为80?95°C，静止清洗时间为 0.5?2小时。7.根据权利要求5所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征在 于:所述弱碱溶液为碳酸钠溶液、碳酸氢钠溶液、碳酸钾溶液、碳酸氢钾溶液、醋酸钠溶液、 柠檬酸钠溶液、醋酸钾溶液或柠檬酸钾溶液。8.根据权利要求4所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征在 于:所述有机溶剂和所述稳定剂的摩尔比为10?20: 0.2?0.5。9.根据权利要求4所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征在 于:步骤(b)中，所述有机溶剂为乙醇、乙二醇、乙酸乙酯、丙酮或甲醇；所述稳定剂为柠檬 酸、草酸或醋酸；所述第一混合溶液温度为40?70°C。10.根据权利要求4所述的食品净化系统羟基自由基发生器阳极的制备方法，其特征 在于:步骤(c)中，将所述第一混合溶液涂布于所述钛基板⑴的表面后置于100?150°C 温度下干燥5?15分钟，重复10?20次。
【文档编号】A23L1/015GK105995251SQ201510136550
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年3月27日
【发明人】刘小军
【申请人】苏州弗乐卡电器科技发展有限公司