纳米结构光触媒净化单元、模块、制备方法、装置及用途与流程

本申请涉及环保，具体涉及一种纳米结构光触媒净化单元、模块、制备方法、装置及用途。

背景技术：

1、光触媒技术是目前最先进的空气净化技术，在紫外光照射下，能直接把空气中的有机污染逐步降解，直至到终极产物，无害的二氧化碳和水，从而达到清除有机污染的目的。它的净化效率依赖于光触媒介质的表面积大小。

2、目前,光触媒技术在空气净化领域的应用，需要把光触媒材料制成纳米级的颗粒粉末，并且需要很好的分散技术。特别是需要将纳米级的光触媒材料颗粒涂在载体上，且现有光触媒颗粒都是圆球状的，导致了光触媒介质的有效反应截面变的非常小，空气或水质净化的效率低下。这已经成为光触媒技术大规模应用的瓶颈。当紫外光照射在涂有很好分散的纳米光触媒粉末的载体时，只有表面顶层的纳米光触媒颗粒对空气净化起作用。

技术实现思路

1、为此，本申请提供纳米结构光触媒净化单元、模块、制备方法、装置及用途，以解决现有技术存在的光触媒介质的有效反应截面小导致空气或水质的净化效率低下的问题。

2、为了实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、第一方面，一种纳米结构光触媒净化单元，包括载体和光触媒介质；所述光触媒介质是基于载体表面形成的丛林状的氧化锌纳米结构，构成所述丛林状的每个凸起部的高度为2μm-20μm，长径比大于50。

4、可选地，每个所述凸起部均垂直于载体表面；所述载体为不锈钢网或平板状结构。

5、可选地，所述丛林状的氧化锌纳米结构是采用水热合成技术在载体表面直接生成的；

6、所述载体的两侧表面均形成有所述丛林状的氧化锌纳米结构。

7、第二方面，一种纳米结构光触媒净化模块，采用上述的纳米结构光触媒净化单元，载体为螺旋状的叶片，且安装在中心固定轴上。

8、可选地，所述中心固定轴的表面设置有螺旋槽，所述叶片上具有内螺旋线使得其镶入至所述螺旋槽内；

9、所述叶片的内径、外径分别为5-10mm、30-60mm，螺距为12-20mm，倾角为3°-15°。

10、第三方面，一种制备上述纳米结构光触媒净化模块的方法，包括如下步骤：

11、步骤一、基底和基底处理；所述基底为载体，将载体在稀硝酸中浸泡，然后冲洗；

12、步骤二、经步骤一处理过的基底安装在中心固定轴上；

13、步骤三、将安装在中心固定轴上的基底放入丙酮和乙醇的混合液中，进行超声波处理；

14、步骤四、氧化锌种子层的制备；先将醋酸锌溶解在甲醇中，制成种子溶液，再经过步骤三处理过的基底浸入所述种子溶液中；再将经种子溶液浸润的基底取出，并放在干燥炉中，重复3-5次，获得带有氧化锌种子层的基底；

15、步骤五、纳米结构的氧化锌生长；将金属盐硝酸锌水溶液与六次甲基四胺和聚乙烯亚胺混合制成生长液；把步骤四得到的带有氧化锌种子层的基底放在所述生长液中，缓慢加热至设定温度并保温设定时间；

16、步骤六、后处理；经步骤五生长过程得到的基底，在500℃的炉子中在有空气的条件下加热处理30min，得到纳米结构光触媒净化模块。

17、第四方面，一种纳米结构光触媒净化装置，包括上述的若干个光触媒反应模块以及若干个紫外灯，所述光触媒反应模块为净化柱，所述若干个紫外灯辐照范围覆盖所有的螺旋状的叶片光触媒表面；

18、还包括流体驱动设备，用于驱动待处理水体流动。

19、第五方面，所述纳米结构光触媒净化单元在净化水体有机污染物方面的用途。

20、第六方面，所述纳米结构光触媒净化模块在净化水体有机污染物方面的用途。

21、第七方面，所述纳米结构光触媒净化装置在净化水体有机污染物方面的用途。

22、相比现有技术，本申请至少具有以下有益效果：

23、1、本申请提供了一种纳米结构光触媒净化单元，包括载体和光触媒介质；光触媒介质是基于载体表面形成的丛林状的氧化锌纳米结构；构成丛林状的每个凸起部的高度为2μm-20μm，长径比大于50；凸起部均垂直于载体表面或近乎垂直于载体表面；本申请中光触媒介质为丛林状的氧化锌纳米结构，有效的反应截面相比现有结构大大提高，净化效率高，且净化效果好。

24、2、本申请光触媒介质采用氧化锌纳米结构，工艺制作简单，节省制造时间；载体选用不锈钢网具有耐腐蚀性，在不锈钢网表面生长的氧化锌纳米结构不易脱落，使用时间长，对污水的净化效果好；载体上的氧化锌纳米结构可双面生长，增加了光触媒介质的有效反应截面，使得对水的净化效率提高。

25、3、本申请还提供了一种纳米结构光触媒净化模块，包括上述纳米结构光触媒净化单元，其中载体为螺旋状的叶片，且安装在中心固定轴上，方便制造。

26、4、本申请还提供了一种制备上述纳米结构光触媒净化模块的方法，未生长氧化锌纳米结构的表面之前，先将螺旋状的叶片(载体)安装在净化柱的中心固定轴上，然后再经历纳米结构表面的制作过程；通过该方法获得的高效光触媒反应模块，光触媒介质的有效反应截面最大，其对水的净化效果最优；安装时对光触媒反应模块的表面触碰少、损伤小，从而保证光触媒反应模块的完整性。

27、5、本申请还提供了一种纳米结构光触媒净化装置，紫外灯与净化柱合理分布，结构简单，使用方便，光触媒介质的有效反应截面最大，其对水的净化效果最优。

28、6、本申请提供的上述纳米结构光触媒净化单元、纳米结构光触媒净化模块、纳米结构光触媒净化装置均具有在净化水体有机污染物方面的用途，用途广泛，适宜推广。

技术特征：

1.一种纳米结构光触媒净化单元，包括载体和光触媒介质；其特征在于，所述光触媒介质是基于载体表面形成的丛林状的氧化锌纳米结构，构成所述丛林状的每个凸起部的高度为2μm-20μm，长径比大于50。

2.根据权利要求1所述的纳米结构光触媒净化单元，其特征在于，每个所述凸起部均垂直于载体表面；

3.根据权利要求1所述的纳米结构光触媒净化单元，其特征在于，所述丛林状的氧化锌纳米结构是采用水热合成技术在载体表面直接生成的；

4.一种纳米结构光触媒净化模块，其特征在于，采用权利要求1-3任一所述的纳米结构光触媒净化单元，载体为螺旋状的叶片，且安装在中心固定轴上。

5.根据权利要求4所述的纳米结构光触媒净化模块，其特征在于，所述中心固定轴的表面设置有螺旋槽，所述叶片上具有内螺旋线使得其镶入至所述螺旋槽内；

6.一种制备权利要求5所述纳米结构光触媒净化模块的方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.一种纳米结构光触媒净化装置，其特征在于，包括权利要求6中的若干个光触媒反应模块以及若干个紫外灯，所述光触媒反应模块为净化柱，所述若干个紫外灯辐照范围覆盖所有的螺旋状的叶片光触媒表面；

8.权利要求1-3任一所述纳米结构光触媒净化单元在净化水体有机污染物方面的用途。

9.权利要求4所述纳米结构光触媒净化模块在净化水体有机污染物方面的用途。

10.权利要求7所述纳米结构光触媒净化装置在净化水体有机污染物方面的用途。

技术总结
本申请公开了一种纳米结构光触媒净化单元、模块、制备方法、装置及用途，以解决现有技术存在的光触媒介质的有效反应截面小导致空气或水质的净化效率低下的问题。本申请包括：载体和光触媒介质；光触媒介质是基于载体表面形成的丛林状的氧化锌纳米结构，构成丛林状的每个凸起部的高度为2μm‑20μm，长径比大于50；凸起部均垂直于载体表面或近乎垂直于载体表面；本申请中光触媒介质为丛林状的氧化锌纳米结构，有效的反应截面相比现有结构大大提高，净化效果好；本申请还提供了一种纳米结构光触媒净化模块以及制备该纳米结构光触媒净化模块的方法，通过该方法获得的高效光触媒反应模块，光触媒介质的有效反应截面最大，其对水的净化效果最优。

技术研发人员：陈宏琦,陈宏德
受保护的技术使用者：陈宏德
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14