光敏颗粒及其制备、氧产生单元以及这样的氧产生单元的用途的制作方法

本发明涉及光敏颗粒、制备这样的光敏颗粒的方法、氧产生单元以及这样的氧产生单元的用途。

背景技术：

1、在许多应用中，在实践中需要氧。氧可以以气态的或溶解在水中的状态下的分子氧的形式来提供。供选择地，氧以水h2o的形式或以过氧化氢(h2o2)的浓缩形式结合到氢上。氧的制备是能量消耗的并且对环境有害。

技术实现思路

1、本发明的任务在于，以对环境无害的、可持续的方式提供氧。

2、为了解决所述任务，本发明提出根据权利要求1的特征的光敏颗粒。特别是，因此根据本发明提出一种光敏颗粒，所述光敏颗粒具有载体元件，借助粘附剂粘附在所述载体元件上的材料，其中，所述材料包含光活性染料分子。

3、所述材料优选包括非活体的、特别是死亡的有机物质。特别优选地，所述材料包括腐殖质成分和/或粘土矿物。更特别优选地，所述材料具有植物叶聚合物。所述植物叶聚合物可以由植物叶材料来提供。已被证明的是，植物叶聚合物非常好地适合于坏死的和分离的秋叶。

4、光活性染料分子可以通过相应的光入射被激发。这可能导致电子和质子被转移到相邻分子上。如果相邻分子是分子氧，这可能导致形成过氧化氢。当染料分子结合到腐殖质-粘土矿物复合物中时，可以产生自由基。例如，作为超氧阴离子产生的自由基可能引发质子转移到过渡金属上，例如存在于腐殖质-粘土矿物复合物中的铁或铜，从而可以从腐殖质-粘土矿物复合物中分离分子氧，其随后可被转化为过氧化氢。结果是，因此可以借助光敏颗粒和接下来还更详细描述的氧产生单元产生过氧化氢和可以溶解在水中的分子氧。因此，可以以对环境无害的、可持续的方式利用光敏颗粒来提供氧。

5、如果在光敏颗粒的有利的设计方案中规定，光活性染料分子在日光的光谱中、优选在日光的光谱的可见范围内是敏感的，则可以进一步改善这种可持续性。当染料分子能够通过例如激发特定波长而吸收所述特定波长的光的能量时，染料分子对特定波长具有光敏感。随后，所吸收的能量可以以其它形式再次被输出。例如，植物染料具有共轭双键，即交替的双键和单键，其pi电子可以通过光来激发。可以构造有相应的人造光源。供选择地，然而太阳可被用作光源。这种特性满足之前所述的植物叶材料，其在可见光中具有光活性染料分子。

6、所述载体元件优选具有1cm、更优选在100微米至0.5cm之间、特别优选在0.5mm至3mm之间、非常特别优选在1mm至2mm之间的最大直径。

7、该载体元件原则上可以任意地成形，优选是球形。

8、优选地，该载体元件由塑料制成。优选地，该载体元件是微塑料颗粒。微塑料颗粒可以由主要塑料或次要塑料制成。

9、可以规定，粘附剂包括粘液物质。粘液物质优选包含多糖。粘液物质可以是一种粘液素。粘液物质可以是人、动物或植物粘液。粘液物质也可以是唾液替代产物，例如透明质酸。

10、优选地规定，粘附剂包裹载体元件。

11、如之前已经描述的，所述材料优选包括非活体的、特别是死亡的有机物质。所述材料特别是可以包括腐殖质成分和/或粘土矿物。所述腐殖质成分优选是一种腐殖质。粘土矿物可以与腐殖质形成特别有利的复合物。

12、粘土矿物优选是一种具有小于5微米、优选小于2微米的平均粒度的矿物。

13、腐殖质可以在合适的位置中具有高密度的光活性染料分子。其中腐殖质还具有高比例的木质素和多酚片段和在其中集成的光活性染料分子的层适合于本发明。

14、证明特别有利的是，所述材料具有植物叶聚合物。老化的、特别是在秋季月份九月和十月中重建的、分离的和坏死的叶子的植物叶聚合物形成一种特别有利的结构。特别有利地，所述植物科的植物叶聚合物是双子叶被子植物，特别是具有15至50％的纤维素份额、3至50％的半纤维素份额和/或7至10％的木质素份额。阔叶树的坏死叶子的植物叶聚合物可具有高浓度的不同染料分子。

15、特别优选地，所述光敏颗粒是通过接下来描述的方法制备的那些光敏颗粒。

16、为了解决所述任务，根据本发明设定针对制备光敏颗粒的方法的独立权利要求的特征。特别是，为了解决上述任务，因此根据本发明提出了制备光敏颗粒的方法，其中，借助粘附剂将材料施加在载体元件上，其中，所述材料包含光活性染料分子。因此，通过粘附剂在材料与载体元件之间建立附着连接。所述施加例如可以通过如下方式进行，即载体元件被材料包裹或者载体元件嵌入到材料中。这例如可以通过混合材料、粘附剂和载体元件实现。以这种方式可以制备光敏颗粒，其根据本发明、特别是如之前所描述和/或根据针对光敏颗粒的权利要求任一项来构造。优选地，通过所述方法同时制备多个这种类型的光敏颗粒。为此，例如可以将多个载体元件与材料和粘附剂混合。

17、所述载体元件、粘附剂和材料可以如之前所描述地构造。

18、所述载体元件可以优选通过粉碎例如可以来自塑料颗粒、塑料废品或塑料废料的大型塑料来制造，所述粉碎例如通过碎纸机和/或借助低温振动碾磨机。由此，载体元件特别是可以被粉碎成如进一步上面所述的直径的颗粒。

19、作为粘附剂的粘液物质可以通过提取人、动物或植物的粘液或者通过化学制备的粘液物质来制备。例如，通过将四硼酸钠溶液(na2b4o7)添加至聚乙烯醇溶液(c2h4o)产生粘性混合物。缩合反应导致聚乙烯链的交联，并且交联阶段和粘度的形成能够被调节并且导致(硼砂)粘液。

20、包含光活性染料分子的材料例如可以通过分离和/或提供非活的、特别是死亡的有机物质来获得。优选地，优选由如之前描述的秋叶或叶子提供植物叶聚合物。特别优选地，在干物质中，基于植物叶材料总份额，其植物染料份额占至少1％和/或其木质素质量份额占大于1％，和/或其叶绿素分解产物非荧光叶绿素代谢物(ncc)的质量份额占0.6％至1.2％。

21、优选地，将所提供的植物叶聚合物干燥，优选直至达到植物叶材料的水质量份额最高25％、特别是最高20％、最高10％或最高5％。

22、优选地，将所干燥的植物叶材料粉碎。特别优选地，将植物材料粉碎成0.01mm至2mm之间、特别是0.1mm至1mm之间的颗粒尺寸。

23、优选地，植物叶材料、特别是干燥的和/或粉碎的植物叶材料与粘土矿物混合。优选地，植物叶材料的质量份额在60％与99％之间，粘土矿物的质量份额在1％与20％之间，并且水的质量份额和/或另一种材料的质量份额在0％与20％之间。所述质量份额是指具有100％质量份额的混合物。

24、可以规定，包含光活性染料分子的材料与粘附剂混合。优选地，所述材料具有在80％和99％之间的质量份额，粘附剂具有在1％和10％之间的质量份额。此外，水可以以0％至10％之间的质量份额被混入。总体上，之前所述的质量份额分别参考具有100％质量份额的混合物的质量。

25、可以规定，所述材料-粘附剂混合物然后与载体元件混合，例如其方式为将所述载体元件添加给材料-粘附剂混合物并且然后与材料-粘附剂混合物混合。由此，所述承载元件可以被粘附剂包裹。优选地，在混合时这样调节粘附剂的粘度和/或载体元件与材料-粘附剂-混合物的体积比，使得包裹物的外表面比被包裹的载体元件的表面大最多10％、优选最多5％。

26、为了解决所述任务，根据本发明设定针对用于氧产生单元的独立权利要求的特征。特别是，为了解决上述任务，因此根据本发明提出了氧产生单元，其中规定，该氧产生单元包括光电池，在该光电池中布置有多个光敏颗粒，其中，所述光敏颗粒分别根据本发明、特别是如之前所述和/或根据针对光敏颗粒的权利要求中的任一项来构造。之前已经描述，利用这种氧产生单元可以以环境友好的并且可持续的方式产生可使用的氧。

27、优选地，所述光电池具有带有透光的壁的空心体。特别优选地，光电池、特别是之前提到的壁在可见光和/或在日光的光谱中是透光的。

28、为了提高氧产生的效率，可以规定，所述光敏颗粒悬浮在光电池液体中。所述光电池液体优选含有水，其中，水含量也可以为100％。

29、为了改善氧的产生，在氧产生单元的一个进一步改进方案中可以规定，所述氧产生单元具有用于光电池液体的氧产生回路，其中，光电池结合在所述氧产生回路中。因此，循环的光电池液体也流动通过光电池。因此，所述光电池优选具有用于光电池液体的入口和出口。泵可以布置在氧气产生回路中。该泵可以引起用于使光电池液体在氧产生回路中循环所需的驱动。所述氧产生回路还优选包括至少一个管路，光电池液体能够通过所述管路循环。

30、可以规定，所述氧产生单元具有连接到氧产生回路上的储箱，光电池液体能够利用该储箱被输送到氧产生回路中。所述储箱可以填充有光电池液体、特别是水。供选择地或附加地可以规定，所述氧产生单元具有连接到所述氧产生回路上的输出管路，光电池液体能够经由该输出管路被导出。所述光电池液体例如可以通过输出管路被引入到另一个储箱中或者直接导入给消耗者。为此，所述输出管路可以连接在消耗者的相应入口上。所述消耗者例如可以是以下所述的生物反应器或者以下所述的用于将氨从含氨的水性液体转化成分子氮的设备。在此，然而这仅是示例性的消耗者。本发明可以应用于各种类型的消耗者。

31、因此，根据本发明的氧产生单元特别是可以用于制备过氧化氢和/或溶解在水中的分子氧。这样制备的氧可以在多种应用中使用。

32、例如可以规定，使用氧产生单元给用于将有机残留物和/或废料转化成有机营养物质溶液的生物反应器供应溶解在水中的分子氧。这样的生物反应器例如在公开文献de102017131089a1中描述，并且特别是可以如所述公开文献的权利要求所描述的那样构造。

33、例如，供选择地或附加地可以规定，使用氧产生单元向用于将氨从含氨的水性液体转化成分子氮的设备提供过氧化氢和/或溶解在水中的分子氧。

34、借助由光敏颗粒和氧产生单元产生的过氧化氢和/或溶解的分子氧可以提高消耗者的效率，例如之前所述的生物反应器的效率或在之前提到的用于将氨从含氨的水性液体转化成分子氮的设备中氨到分子氮的转化速率。

35、这样的设备特别是可以如下面描述的那样构造。

36、用于将氨从含氨的水性液体转化成分子氮的设备可以具有用于使液体在回路中循环的装置、用于将液体添加到所述回路中的入口和用于从所述回路中抽取液体的抽取开口。所述回路的装置可以包括阴极室，该阴极室具有阴极。所述装置还可以包括用于将氨转化成分子氮的阳极室，其中，该阳极室具有阳极。所述阳极室可以具有用于循环液体的输入管路，其中，该阳极室可以具有用于循环液体到阴极室中的穿通部，并且其中，所述阴极室可以具有用于循环液体的输出管路，该输出管路可以与阳极室的输入管路经由用于泵送循环液体的泵连接。在这样的设备中，所述阳极室和阴极室属于一个共同的回路。在此，所述液体可以连续地并且多次地被引导通过阳极室和阴极室。这即使在氨初始浓度低并且特别是最终氨目标浓度低的情况下也能够实现连续的、对环境无害的并且受控制的氨转化，其中，在氨转化时还产生电能。

37、所述氧产生单元的输出管路(如例如之前已经提到的输出管路)可以例如连接在之前所述的入口上。由此，所述氧产生单元可以具有至含氨液体的回路的输入管路，从而可以将过氧化氢和/或溶解的分子氧引入到含有氨的液体回路中。

38、之前提到的设备的阳极室优选构造成，在运行中将氨转化成氮。所述阴极室可以构造成，在运行中在存在于液体中的质子、分子氧和/或过氧化氢的化学参与下将从阳极到阴极的电子输出给液体，它们可以被转化成水分子。优选地，在阳极室中布置有催化剂，诸如二氧化锰，以用于将过氧化氢催化裂解优选成分子氧和水。优选地，所述阴极的材料是用于将过氧化氢催化裂解成分子氧和水的催化剂，诸如二氧化锰。优选地，所述阳极的材料为锌。

39、现在借助一些少量实施例更详细地描述本发明，但本发明并不限制于这些少量实施例。本发明的其它发明变型方案和其它实施例通过将单个或多个权利要求的特征彼此相组合和/或与根据本发明的设备的实施例和/或之前所述的变型方案的单个或多个特征相组合得到。