光催化杀菌消毒装置的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种光催化杀菌消毒装置，包括具有进液口和出液口、并在其内壁上涂覆有二氧化钛光催化涂层的反应器，以及插装于所述反应器内的紫外灯，所述紫外灯上联接有控制单元，所述二氧化钛光催化涂层经由如下方法制得，a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；b、将喷涂浆料喷涂在反应器内壁上，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理即可。本发明通过将二氧化钛光催化涂层涂覆到反应器内壁上，并经过多级热处理后，可提高该设备的光催化杀菌效率，以及二氧化钛光催化涂层与反应器的结合强度，而延长使用寿命，并可在彻底分解水中的细菌、病毒的同时，保留水中的营养元素而提高水质，而具有较好的使用效果。
【专利说明】
光催化杀菌消毒装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及杀菌消毒设备领域，特别涉及一种光催化杀菌消毒装置。
【背景技术】
[0002] 光催化水体净化技术主要利用羟基自由基对水中细菌、病毒、细菌孢子等有害物 质进行彻底灭杀分解，具有高效、节能、清洁无毒等优点，是极具发展前途的一种水处理技 术，在环境领域有着重要应用前景。目前，利用Ti02光催化技术处理水质污染大多采用两种 方式:一种是将Ti02粉末与待处理的水组成悬浮体系统，悬浮态净化效率高，但存在回收难 度大的缺点；另一种是将Ti02固定在载体上，而现在常用的催化剂固定技术主要有粉末烧 结法和溶胶-凝胶法两种。粉末烧结法虽然能够制备活性较高的成品二氧化钛粉末，但粉末 状的二氧化钛光催化剂易脱落，制约了其应用前景;而溶胶-凝胶法制备的二氧化钛光催化 剂涂层牢固性较好，但活性较差。另外，现有的光催化杀菌消毒装置一般体积较大，需占用 较大空间，不便于应用实施。
【发明内容】
[0003] 本发明旨在提出一种光催化杀菌消毒装置，以克服现有技术中的缺点，并具有较 好的使用效果。
[0004] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0005] -种光催化杀菌消毒装置，包括具有进液口和出液口、并在其内壁上涂覆有二氧 化钛光催化涂层的反应器，以及插装于所述反应器内的紫外灯，所述紫外灯上联接有控制 单元，所述二氧化钛光催化涂层经由如下方法制得：
[0006] a、获取混合有纳米Ti02粉体的Ti02溶胶，作为喷涂浆料；
[0007] b、将喷涂浆料喷涂在反应器内壁上，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得 到二氧化钛光催化涂层;所述多级热处理工艺包括:先在50_150°C下热处理20-40min，然后 在150-300°C下热处理10_30min，最后在300-400°C下热处理10_20min。
[0008] 进一步的，所述多级热处理工艺包括:先在100-130°C下热处理30min，然后在200-250°C下热处理20min，最后在330-370°C下热处理15min。
[0009] 进一步的，所述步骤a包括以下步骤：
[0010] al、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶 胶;所述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1: (1-6): (1-8);
[0011] a2、将步骤al获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表 面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料;所述纳米TiO 2粉体的加入量为每ILTiO2溶胶稀释液加 入30g纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的用量为纳米TiO 2粉体质量的0.1-2%。
[0012] 进一步的，所述步骤b中喷涂过程的喷涂速度为0.4-0.6m/s，气压压力为0.45-0.55MPa〇
[0013] 进一步的，于所述紫外灯的发光部位套装有透光的石英套管。
[0014] 进一步的，于所述反应器的一端安装有灯座连接器，所述紫外灯经由所述灯座连 接器装设于反应器内。
[0015] 进一步的，于所述灯座连接器与反应器之间连接有三通管，所述三通管的主管与 灯座连接器及反应器连通，所述出液口形成于所述三通管的支管上;相对于灯座连接器，在 反应器的另一端形成所述进液口。
[0016] 进一步的，所述紫外灯经由锁母固定于灯座连接器上。
[0017]进一步的，所述反应器为钛管或不锈钢管。
[0018] 进一步的，所述紫外灯波长为254nm或365nm。
[0019] 相对于现有技术，本发明具有以下优势：
[0020] 本发明所述的光催化杀菌消毒装置，通过将二氧化钛光催化涂层涂覆到反应器内 壁上，并经过多级热处理后，可提高装置的光催化杀菌效率，以及二氧化钛光催化涂层与反 应器的结合强度，延长其使用寿命，并可在彻底分解水中的细菌、病毒的同时，保留水中的 营养元素而提高水质，而具有较好的使用效果。
【附图说明】
[0021] 构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0022] 图1为本发明实施例所述的光催化杀菌消毒装置的结构示意图；
[0023] 图2为本发明实施例所述的光催化杀菌消毒装置的使用状态图；
[0024] 图3为本发明实施例所述的光催化杀菌消毒装置的另一使用状态图；
[0025] 附图标记说明：
[0026] 1-控制单元，2-进液口，3-反应器，4-紫外灯，5-石英套管，6-三通管，7-锁母，8-灯 座连接器，9-出液口，10-进水口，11 -出水口，12-出水汇管，13-进水汇管。
【具体实施方式】
[0027] 需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。
[0028] 下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0029] 本实施例涉及一种光催化杀菌消毒装置，如图1中所示，其包括具有进液口 2和出 液口 9的反应器3,进液口 2和出液口9用于将反应器3安装于管路系统中，在反应器3内插装 有紫外灯4,紫外灯4上联接有控制单元1，控制单元1用于控制紫外灯4的开闭，并可连接UV 传感器以显示紫外灯4的光照强度，以及通过计时模块显示紫外灯4的工作时间等，以可提 醒更换紫外灯4。在反应器3的内壁上还涂覆有可在紫外灯4的辐照下，可产生羟基自由基， 以对反应器3中的水体进行杀菌消毒的二氧化钛光催化涂层。
[0030] 具体结构上，本实施例中反应器3为两端开口的钛管或不锈钢管，采用钛管或不锈 钢管可使反应器3具有较高的强度和较好的抗腐蚀性。为便于安装固定紫外灯4,于反应器3 的一开口端安装有灯座连接器8，紫外灯4经由锁母7安装于灯座连接器8上。此外，在灯座连 接器8和反应器3之间还连接有三通管6，三通管6的主管，也即三通管6两个相对布置的开口 之间的管段的两端分别与灯座连接器8及反应器3连通，出液口9形成于三通管6的支管，也 即与前述的主管相交布置的管段上，进液口 2则形成于反应器3上相对于灯座连接器8的另 一端。
[0031 ]为便于反应器3与管路系统的连接，在进液口 2和出液口 9处分别设置有连接法兰。 为了保护紫外灯4,在紫外灯4的发光部位套设有石英套管5,设置石英套管5也可降低对紫 外灯4光透射率的影响。本实施例中紫外灯4波长可为254nm或365nm，而涂覆于反应器3内壁 上的二氧化钛涂层则经由如下的方法制得，该方法具体包括，
[0032] a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶，作为喷涂浆料；
[0033] b、将喷涂浆料喷涂在基材表面，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二 氧化钛光催化涂层;所述多级热处理工艺包括:先在50-150°C下热处理20-40min，然后在 150-300°C 下热处理 10_30min，最后在 300-400°C 下热处理 10_20min。
[0034] 其中，步骤a中进一步包括以下步骤，
[0035] al、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶 胶。钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1: (1-6): (1-8)，优选为1: (2-4): (3-6)，有机溶 剂则为甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮中的至少一种，钛源前驱体为四氯化钛、硫酸钛、有机醇氧 钛中的至少一种，有机醇氧钛为钛酸四异丙酯、钛酸正丁酯、钛酸四异丙酯中的至少一种。 [0036] a2、将步骤al获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，优选为1-2倍，然后加入纳米 TiO2粉体和表面活性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料。纳米TiO2粉体的用量为每ILTiO 2溶胶稀 释液加入30g纳米TiO2粉体，表面活性剂的用量为纳米TiO2粉体质量的0.1-2%，优选为0.1-1 %。纳米TiO2粉体为锐钛型TiO2或锐钛型Ti02与金红石型TiO2的混合物，且锐钛型TiO 2与 金红石型TiO2的混合物中锐钛型TiO2的质量含量不低于70%。表面活性剂为阳离子纤维素、 六偏磷酸钠、十二烷基苯磺酸钠、异丁基磺酸钠、双硬酯酸聚乙醇醚中的至少一种。
[0037] 而步骤b中，进一步的，多级热处理工艺优选的可包括先在100-130°C下热处理 30min，然后在200-250°C下热处理20min，最后在330-370°C下热处理15min。喷涂过程中，喷 涂速度则可为〇 · 4-0 · 6m/s，气压压力为0 · 45-0 · 55MPa。
[0038] 上述的二氧化钛涂层的制备方法，通过采用混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶作为 喷涂浆料，以提高喷涂浆料中活性物质TiO 2的浓度，防止因制备操作对TiO2浓度损失的影响 造成的光催化活性降低，同时，为配合高浓度含量下TiO 2浆料在基体表面的结合牢固性，特 别限定由三级不同温度下的热处理组成的多级热处理工艺，通过各级温度对二氧化钛光催 化涂层依次处理，使涂层与基材之间的结合作用不断转化，最终达到最佳的结合强度，同 时，热处理过程促使涂层内粉体态TiO 2与溶胶态TiO2各自及相互的物理、化学变化，激发涂 层的光催化活性，从而使二氧化钛光催化涂层具有高结合强度和高催化活性。
[0039] 而在向稀释后的均相TiO2溶胶中加入TiO2粉体时，通过同时加入表面活性剂，促进 粉体的高度分散，为后续喷涂过程提供均匀的浆料，以获得更高的光催化活性。进一步优化 多级处理工艺中各级热处理的温度和时间，也可使涂层更牢固结合，进而提高二氧化钛光 催化涂层的使用稳定性。限定喷涂速度和气压压力，则可获得更均匀涂覆的二氧化钛涂层， 进而获得更高的光催化活性。
[0040] 基于如上的二氧化钛涂层的制备方法，实际制备中的几种具体实施例如下，
[0041] 实施例1.1
[0042] 本实施例涉及在直径Φ 60的钛管内壁上涂覆二氧化钛光催化涂层，制备方法包括 以下步骤：
[0043] a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶300ml，作为喷涂浆料：
[0044] al、配制甲醇与去离子水的混合溶剂，加入四氯化钛，搅拌均匀，形成均相TiO2溶 胶;所述甲醇与四氯化钛、去离子水的摩尔比为1:3:5;
[0045] a2、将步骤al获得的均相TiO2溶胶用去离子水稀释至1.5倍，然后加入9g的TiO2粉 体和占 TiO2粉体质量0.5%的阳离子纤维素，搅拌均匀，得到喷涂浆料;所述纳米TiO2粉体为 锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，其中所述TiO2粉体中锐钛型TiO 2占比80%、金红石型 TiO2 占比 20%;
[0046] b、将喷涂浆料以喷涂速度0.5m/s、气压压力0.5MPa的工艺条件喷涂到预处理好的 钛管内壁表面，然后进行多级热处理工艺处理，先在120 °C下热处理30min，然后在230 °C下 热处理20min，最后在350 °C下热处理15min，热处理完毕后在环境温度下降温至室温，然后 将含有二氧化钛光催化涂层的钛管基层部分在净水中冲洗5分钟，晾干，得到涂覆在钛管内 壁上的二氧化钛光催化涂层。
[0047] 实施例1.2
[0048] 本实施例涉及在一直径Φ 60的钛管内壁上涂覆二氧化钛光催化涂层，制备方法包 括以下步骤：
[0049] a、获取混合有纳米TiO2粉体的TiO2溶胶300ml，作为喷涂浆料：
[0050] al、配制乙醇与去离子水的混合溶剂，加入硫酸钛，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶； 所述乙醇与硫酸钛、去离子水的摩尔比为1:2.5:5;
[0051] a2、将步骤al获得的均相TiO2溶胶用去离子水稀释至2倍，然后加入9g纳米TiO2粉 体和占 TiO2粉体质量1 %的十二烷基苯磺酸钠，搅拌均匀，得到喷涂浆料;所述纳米TiO2粉体 为锐钛型TiO2与金红石型TiO2的混合物，其中锐钛型TiO2质量占比75%、金红石型TiO 2质量 占比25%;
[0052] b、将喷涂浆料以喷涂速度0.4m/s、气压压力0.4MPa的工艺条件喷涂到预处理好的 钛管内壁表面，然后进行多级热处理工艺处理，先在100°c下热处理30min，然后在200°C下 热处理20min，最后在330 °C下热处理15min，热处理完毕后在环境温度下降温至室温，然后 将含有二氧化钛光催化涂层的钛管基层部分在净水中冲洗6分钟，晾干，得到涂覆在钛管内 壁上的二氧化钛光催化涂层。
[0053]对实施例1.1和实施例1.2获得的二氧化钛光催化涂层进行光催化效果实验，以评 价二氧化钛光催化涂层的光催化性能。光催化效果实验为:将涂覆有二氧化钛光催化涂层 的钛管放置在新鲜的甲基橙的溶液里并搅拌，在紫外光下照射，每隔一分钟测试甲基橙溶 液的吸光度值，计算吸光度的减少率，对每一种基材上的二氧化钛光催化涂层进行3次照射 试验测试，测试结果如下表所示：
[0055] 吸光度减少率>0.008/min时，证明涂层具有良好的光催化效果。由上表结果可 见，本发明制备的二氧化钛光催化涂层具有良好的光催化效果，且TiO2粉体优选为锐钛型 TiO2占比80 %、金红石型TiO2占比20 %的混合物;表面活性剂的用量优选为占 TiO2粉体质量 的0.5% ;均相TiO2溶胶的稀释倍数优选为1.5倍;喷涂过程优选喷涂速度0.5m/s，气压压力 0.5MPa;多级热处理工艺优选为先在120°C下热处理30min，然后在230°C下热处理20min，最 后在350°C下热处理15min，在此条件下获得的二氧化钛光催化涂层具有较佳的光催化效 果。
[0056]而为进一步体现本发明的二氧化钛光催化涂层形成方法所获得的二氧化钛光催 化涂层的优势，本实施例中也将经由上述方法制得的二氧化钛光催化涂层与不同热处理工 艺处理条件下获得的二氧化钛光催化涂层进行了对比测试。
[0057] 对比例1
[0058] 在与实施例1.1相同的钛管内壁上涂覆制备二氧化钛光催化涂层，采用与实施例 1.1相同的喷涂浆料，以及与实施例1.1基本相同的制备方法，不同之处在于制备方法中不 采用本发明的多级热处理工艺，而是经一次热处理烘干，在350°C烘烤20分钟，得到二氧化 钛光催化涂层。
[0059] 将实施例1.1与对比例1的二氧化钛光催化涂层进行光催化效果实验(光催化效果 实验操作同实施例二），结果如下表所示：
[0061] 由上表结果可见，本发明获得的二氧化钛光催化涂层具有极其优异在光催化效 果，显著高于对比例1中二氧化钛光催化涂层的光催化性能，而且在本发明的制备方法中， 多级处理工艺对于光催化性能具有至关重要的作用。
[0062] 此外，为体现本发明获得的二氧化钛光催化涂层具有牢固的结合力，本实施例中 也对二氧化钛光催化涂层进行了结合牢固度、使用寿命测试。结合牢固度测试方法为将带 有二氧化钛光催化涂层的基材用水进行擦拭，通过观察表面是否出现水珠及亲水性变化， 说明涂层在擦拭过程的损失。
[0063] 测试结果为，实施例1.1的钛管在擦拭50次后仍然没有出现亲水性降低的情况。对 比例1的钛管在测试30次后表面出现水珠，失去亲水性，说明该钛管表面的涂层在擦拭的过 程中损失。测试结果说明本发明制备的二氧化钛光催化涂层具有良好的结合牢固度和使用 寿命，而且在本发明的制备方法中，多级处理工艺对于涂层的结合牢固度也具有至关重要 的作用。
[0064] 综上所述，本发明的光催化杀菌消毒装置通过将二氧化钛光催化涂层涂覆到反应 器3内壁上，并经过多级热处理后，可提高装置的光催化杀菌效率，以及二氧化钛光催化涂 层与反应器3的结合强度，延长其使用寿命，并可在彻底分解水中的细菌、病毒的同时，保留 水中的营养元素而提高水质，而可具有较好的使用效果。
[0065] 本发明的光催化杀菌消毒装置在使用时，如图2中所示，可将两个反应器2的进液 口由一U形管连接，从而将两个反应器3串联于一起，此时两个反应器3的出液口分别形成进 水口 10和出水口 11，两个反应器3中的紫外灯4均联接于控制单元1上，在反应器3上也设置 有用于检测紫外线强度的UV传感器，UV传感器联接于控制单元1上。在连接两个反应器3的U 形管的底部还设置有一排污口，以可用于排出反应器3中累积的杂质。
[0066] 当然，除了采用上述的使用形式，如图3中所示为本发明的光催化杀菌消毒装置的 另一种使用情况，其中采用进水汇管13和出水汇管12将多个反应器3并联在一起，反应器3 的进液口与进水汇管13连通，反应器3的出液口与出水汇管12连通，各反应器3中的紫外灯 与控制单元1相联接，在反应器3上也设置有用于检测紫外线强度并与控制单元1联接的UV 传感器。
[0067] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精 神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种光催化杀菌消毒装置，其特征在于:包括具有进液口和出液口、并在其内壁上涂 覆有二氧化钛光催化涂层的反应器，以及插装于所述反应器内的紫外灯，所述紫外灯上联 接有控制单元，所述二氧化钛光催化涂层经由如下方法制得： a、 获取混合有纳米Ti02粉体的Ti02溶胶，作为喷涂浆料； b、 将喷涂浆料喷涂在反应器内壁上，经多级热处理工艺处理后，降温、后处理，得到二 氧化钛光催化涂层;所述多级热处理工艺包括:先在50-150°C下热处理20-40min，然后在 150-300°C 下热处理 10_30min，最后在 300-400°C 下热处理 10_20min。2. 根据权利要求1所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于：所述多级热处理工艺包 括：先在100-130 °C下热处理30min，然后在200-250 °C下热处理20min，最后在330-370 °C下 热处理15min。3. 根据权利要求1所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于，所述步骤a包括以下步骤： al、配制有机溶剂与水的混合溶剂，加入钛源前驱体，搅拌均匀，形成均相TiO2溶胶;所 述钛源前驱体与有机溶剂、水的摩尔比为1: (1-6): (1-8); a2、将步骤al获得的均相TiO2溶胶用水稀释至1-4倍，然后加入纳米TiO2粉体和表面活 性剂，搅拌均匀，得到喷涂浆料;所述纳米TiO2粉体的加入量为每ILTiO2溶胶稀释液加入30g 纳米TiO2粉体，所述表面活性剂的用量为纳米TiO2粉体质量的0.1-2%。4. 根据权利要求1所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:所述步骤b中喷涂过程的 喷涂速度为〇 · 4-0 · 6m/s，气压压力为0 · 45-0 · 55MPa。5. 根据权利要求1所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:于所述紫外灯的发光部位 套装有透光的石英套管。6. 根据权利要求1所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:于所述反应器的一端安装 有灯座连接器，所述紫外灯经由所述灯座连接器装设于反应器内。7. 根据权利要求6所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:于所述灯座连接器与反应 器之间连接有三通管，所述三通管的主管与灯座连接器及反应器连通，所述出液口形成于 所述三通管的支管上;相对于灯座连接器，在反应器的另一端形成所述进液口。8. 根据权利要求6所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:所述紫外灯经由锁母固定 于灯座连接器上。9. 根据权利要求1至8中任一项所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:所述反应器 为钛管或不锈钢管。10. 根据权利要求9所述的光催化杀菌消毒装置，其特征在于:所述紫外灯波长为254nm 或365nm〇
【文档编号】C02F1/32GK105923701SQ201610528518
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】冯丽英, 刘国强, 靳艳涛, 王秀杰, 张军, 刘卉娟, 庞淑昌
【申请人】河北保定太行集团有限责任公司