一種紫外發(fā)光二極管水消毒系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種紫外發(fā)光二極管殺菌系統(tǒng)，包括可產(chǎn)生紫外光的紫外發(fā)光二極管模組，還包括光催化組件；所述光催化組件包括正面朝向紫外發(fā)光二極管模組設(shè)置的至少一塊光催化板；所述光催化板正面覆蓋有納米二氧化鈦催化層。本發(fā)明的消毒系統(tǒng)與水體中的氧氣及水反應(yīng)產(chǎn)生高反應(yīng)活性的羧基自由基以及具有強氧化性的超氧離子。二者在需消毒的水體內(nèi)擴散，通過對病原體的蛋白質(zhì)、遺傳物質(zhì)的氧化使病原體失活，實現(xiàn)對空間無死角的徹底消毒。
【專利說明】一種紫外發(fā)光二極管水消毒系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及紫外光消毒【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種紫外發(fā)光二極管水消毒系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 紫外燈是一種常用的消毒設(shè)備，能夠有效殺滅空氣及工具表面的細菌、病毒、芽孢 等病原體，被廣泛用于家居、醫(yī)療機構(gòu)、無菌室等空間的消毒、滅菌。但現(xiàn)有的。現(xiàn)有的紫 外燈多為低壓汞燈，其壽命短、能耗高且光照強度低。紫外發(fā)光二極管具有使用壽命長、光 照強度高、能耗低等優(yōu)點，被大量應(yīng)用于消毒領(lǐng)域?，F(xiàn)有采取紫外燈對水進行消毒處理的 工藝，其具體方法為采用設(shè)置在水面上紫外燈對水體進行照射。但無論是低壓汞燈還是紫 外發(fā)光二極管，其紫外光由空氣傳遞至水體時，在空氣與水的交界處(水面)，都會因反射遭 受損失，使實際進入水體中的紫外光減弱。此外，紫外光在水體中的輻射范圍十分有限，若 對大范圍的水體進行消毒處理，必須相應(yīng)地設(shè)置大量紫外燈，增加處理成本。同時，現(xiàn)有的 工藝僅能對暴露在紫外光照射下的區(qū)域進行消毒，紫外光無法照射的區(qū)域則沒有任何消毒 的效果，造成消毒完的空間殘存有消毒"死角"。為增強消毒效果，減小消毒"死角"，通常的 做法是針對水體的各個部位設(shè)置紫外燈，增加消毒成本卻對消毒效果的提高并不明顯。同 時，現(xiàn)有的紫外燈其對懸浮在水體中的有毒有機物并無任何降解效果，對于病毒這種構(gòu)造 簡單、無細胞器的病原體殺滅效果亟待提高。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 有鑒于此，本發(fā)明公開一種能對水體進行徹底消毒的紫外光消毒系統(tǒng)。
[0004] 本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，包括可產(chǎn) 生紫外光的紫外發(fā)光二極管模組，還包括光催化組件；所述光催化組件包括正面朝向紫外 發(fā)光二極管模組設(shè)置的至少一塊光催化板；所述光催化板正面覆蓋有納米二氧化鈦催化 層。
[0005] 本發(fā)明的紫外發(fā)光二極管模組及光催化板均浸沒在水體中工作，紫外光只在一種 介質(zhì)中傳導(dǎo)，避免現(xiàn)有技術(shù)中紫外光從空氣進入水體時兩種介質(zhì)交界處反射紫外光的問 題，提高水體中紫外光的強度。所述納米二氧化鈦催化層可選用市售的任一種納米二氧化 鈦實現(xiàn)。紫外發(fā)光二極管模組產(chǎn)生的紫外光照射于催化板上，其中的納米二氧化鈦可產(chǎn)生 空穴-電子對并釋放到水體中，與水體中的氧氣及水反應(yīng)產(chǎn)生高反應(yīng)活性的羧基自由基以 及具有強氧化性的超氧離子。二者在需消毒的水體內(nèi)擴散而不受紫外光照射范圍的限制， 通過對水體中病原體的蛋白質(zhì)、遺傳物質(zhì)的氧化使病原體失活，實現(xiàn)對水體無死角的徹底 消毒。同時，所述羧基自由基以及超氧離子可分解水體中的甲醛、苯類有機物等有害有機 物，更能氧化破壞病毒的蛋白質(zhì)衣殼及核酸等遺傳物質(zhì)，進一步提高消毒效果。
[0006] 所述紫外發(fā)光二極管模組包括柱狀的骨架、設(shè)置在骨架上底面和側(cè)面上的紫外發(fā) 光二極管組件；所述光催化板為設(shè)置在骨架下方的反光杯。
[0007] 紫外光照射光催化板的初期，納米二氧化鈦的催化效率較低，在這個階段，紫外光 的直接照射消毒仍具有較明顯的效果。為提高紫外光的照射范圍，本發(fā)明紫外發(fā)光二極管 模組包括柱狀的骨架，并將可產(chǎn)生紫外光的紫外發(fā)光二極管組件設(shè)置在骨架的表面，從而 提高紫外發(fā)光二極管模組的光照角度。同時本發(fā)明還采用設(shè)置在骨架下方反光杯作為所述 的光催化板，反光杯接收紫外光的面積較大，有利于增加納米二氧化鈦催化反應(yīng)的反應(yīng)位 點，同時將其對紫外光的遮擋影響降至最低。反光杯還能夠?qū)ψ贤夤膺M行反射、聚集，從而 增強照射在納米二氧化鈦催化層上的紫外光強度。所述納米二氧化鈦催化層即設(shè)置在反光 杯表面。本發(fā)明中，所述反光杯可選用任一種市售的反光杯。本發(fā)明中，所述紫外發(fā)光二極 管組件可選用任一種設(shè)置有紫外發(fā)光二極管的電子元件，特別優(yōu)選為設(shè)置有紫外發(fā)光二極 管的柔性線路板。本發(fā)明中，上述紫外發(fā)光二極管產(chǎn)生的紫外光波長為28(T500nm。所述骨 架可以是由金屬材料制成，以提高紫外發(fā)光二極管的散熱效果。
[0008] 所述光催化板的數(shù)量為2飛塊，其與所述骨架的下底面同心，且依次套裝在骨架 的下方；最內(nèi)側(cè)的光催化板其內(nèi)徑為骨架下底面直徑的1. 5倍；相鄰的光催化板的內(nèi) 徑之差為骨架下底面直徑的〇. 5~0. 9倍；所述光催化板的高度為骨架高度的0. 1~0. 3倍。
[0009] 所述光催化板的下方還設(shè)有一可產(chǎn)生水流的水流發(fā)生組件；所述水流發(fā)生組件包 括一噴氣嘴以及與噴氣嘴連通的高壓氣源；所述噴氣嘴為與骨架下底面平行的中空的環(huán)狀 體，環(huán)狀體的截面為由下至上逐漸收縮的水滴形，環(huán)狀體的下部通過管道與所述高壓氣源 連通；所述環(huán)狀體的內(nèi)側(cè)的中部開設(shè)有一與環(huán)狀體同心的開口。
[0010] 為提高所述羧基自由基以及超氧離子的擴散速度，本發(fā)明在光催化板的下方設(shè)置 有水流發(fā)生組件，其可產(chǎn)生向上的水流將光催化板產(chǎn)生的羧基自由基以及超氧離子帶走， 加速二者在空氣中的擴散。同時本發(fā)明所提供的噴氣嘴，其截面為由下至上逐漸收縮的水 滴形，高壓空氣從環(huán)狀體內(nèi)側(cè)的開口噴出，具有較高的流動速度，使環(huán)狀體的內(nèi)部形成一低 壓區(qū)。壓力差將環(huán)狀體外側(cè)的水壓入環(huán)狀體內(nèi)側(cè)的低壓區(qū)，從而增加流經(jīng)催化板的水流量 (如伯努利原理)。水流流至光催化板處，受到光催化板的阻擋，產(chǎn)生湍流。湍流有助于羧基 自由基以及超氧離子在水流中的擴散。本發(fā)明羧基自由基以及超氧離子在水體中的擴散速 率遠高于二者依靠布朗運動在水體中的擴散速率，有利于提高本發(fā)明的消毒效果。而噴氣 的處理有助于增加水體含氧量，增強消毒效果。
[0011] 所述納米二氧化鈦催化層其原料按重量計包括〇. 5~2. 5份銳鈦型納米二氧化鈦、 3(T80份濃度為20%的聚四氟乙烯濃縮液、2?10份聚丙烯酰胺、0. 5?1. 1份十二烷基苯酸鈉、 0. 01~0. 05份的金納米棒以及5~7份的反光劑。
[0012] 所述銳鈦型納米二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、十二烷基苯酸鈉、金納米棒 均為市售產(chǎn)品。 申請人:發(fā)現(xiàn)，少量的金納米棒存在可大幅提升銳鈦型納米二氧化鈦的催化 效率。而普通的納米二氧化鈦可能會有一定的生物毒性，同時由于納米二氧化鈦催化層長 期處于紫外光的照射，極易老化而破裂、脫落，影響產(chǎn)品安全性能，同時影響本發(fā)明的時候 壽命。但在金納米棒的存在下，本發(fā)明的納米二氧化鈦可以穩(wěn)定地復(fù)合在催化板表面，長期 使用或在沖擊、刻劃條件下仍不發(fā)生脫落。金納米棒還可以增強聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺的 穩(wěn)定性，最終提高納米二氧化鈦催化層的抗老化性能，延長本發(fā)明的使用壽命。十二烷基苯 酸鈉可以促進納米二氧化鈦、聚四氟乙烯、聚丙烯酰胺、金納米棒及反光劑的混合，使之形 成一穩(wěn)定的混合體系，可有效防止納米二氧化鈦、金納米棒的沉淀或團聚。同時十二烷基苯 酸鈉還可降低所制得的納米二氧化鈦催化層的表面張力，有助于氧氣、水與之的接觸強度， 提高催化效率。反光劑可選用任一種市售的LED產(chǎn)品反光劑，其能夠反射紫外光，從而增強 照射在光催化板上的紫外光強度，增強反應(yīng)速率。
[0013] 所述銳鈦型納米二氧化鈦粒徑為5(T90nm ;所述金納米棒長度為8(Tl50nm ;所述 反光劑為粒徑為0. 1~〇. 25 y m的金紅石型二氧化鈦。
[0014] 特別優(yōu)選的，本發(fā)明納米二氧化鈦層表面還覆蓋有透水隔離層，其原料按重量計 包括10-20份的瓊脂、10-15份氨基硅球、30-40份的海藻酸鈉、1-10份的聚乙烯肽胺。
[0015] 水和氧氣可以穿透所述透水隔離層與納米二氧化鈦層接觸并反應(yīng)，而二氧化鈦層 的脫落物則不能穿透納米二氧化鈦層。通過設(shè)置透水隔離層，本發(fā)明可完全杜絕納米二氧 化鈦層的脫落，進一步提高產(chǎn)品的安全性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管模組的結(jié)構(gòu)分解圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明紫外發(fā)光二極管組件的截面圖。
[0019]圖4是本發(fā)明光催化組件的截面圖。
[0020] 圖5是本發(fā)明噴氣嘴的截面圖。

【具體實施方式】
[0021] 為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，下面將結(jié)合附圖以及實施例對本發(fā)明作進一步詳 細描述： 實施例1 本發(fā)明提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，如圖1所示，包括可產(chǎn)生紫外光的紫外發(fā) 光二極管模組1，還包括光催化組件2。如圖2所示，所述紫外發(fā)光二極管模組包括柱狀的 骨架11、設(shè)置在骨架上底面和側(cè)面上的紫外發(fā)光二極管組件。所述紫外發(fā)光二極管組件包 括包裹于骨架側(cè)面的側(cè)面紫外發(fā)光二極管組件12以及覆蓋在骨架上底面的上底面紫外發(fā) 光二極管組件13。如圖3所示，所述紫外發(fā)光二極管組件包括柔性線路板121以及與柔性 線路板的線路連通的紫外發(fā)光二極管芯片122。本發(fā)明所稱的紫外發(fā)光二極管芯片可以是 任一種包括有紫外發(fā)光二極管的電子元件。
[0022] 本實施例中，所述光催化組件包括正面朝向紫外發(fā)光二極管模組設(shè)置的一塊光催 化板21。該光催化板21具體為為設(shè)置在骨架下方的反光杯，其與骨架的下底同心且平行。 如圖3所示，所述光催化板21正面覆蓋有納米二氧化鈦催化層22,該層厚度為光催化板厚 度的〇. 2倍。
[0023] 更加具體的，所述納米二氧化鈦催化層其原料按重量計包括1. 2份銳鈦型納米二 氧化鈦、40份濃度為20%的聚四氟乙烯濃縮液、5份聚丙烯酰胺、0. 8份十二烷基苯酸鈉、 0. 03份的金納米棒以及4份的反光劑。
[0024] 所述銳鈦型納米二氧化鈦粒徑為8(T90nm ;所述金納米棒長度為10(Tl50nm ;所述 反光劑為粒徑為〇. 25 ii m的金紅石型二氧化鈦。
[0025] 本實施例中，所述銳鈦型二氧化鈦、金納米棒等納米二氧化鈦催化層的原料均為 市售產(chǎn)品。
[0026] 本實施例中，上述納米二氧化鈦催化層的制備方法如下： 將銳鈦型納米二氧化鈦、聚四氟乙烯濃縮液、聚丙烯酰胺、十二烷基苯酸鈉混合，并加 熱至3(T40°C后在旋轉(zhuǎn)式搖床中以120轉(zhuǎn)/min震蕩1小時，加入金納米棒后加熱至50°C， 以100轉(zhuǎn)/min震蕩30min，加入所述反光劑后以100轉(zhuǎn)/min震蕩lOmin。將混合物涂覆在 光催化板正面上，以50°C烘干3小時，冷卻至室溫后將光催化板浸漬在0°C的水中30S，干燥 后便獲得本實施例的納米二氧化鈦催化層。
[0027] 在在0°C的水中浸泡30S，能夠消除納米二氧化鈦催化層與光催化板接觸面間的 應(yīng)力，增強納米二氧化鈦催化層的耐候性。
[0028] 如圖4所示，本實施例中所述光催化板的下方還設(shè)有一可產(chǎn)生水流的水流發(fā)生組 件；所述水流發(fā)生組件包括一噴氣嘴31以及與噴氣嘴連通的高壓氣源；所述噴氣嘴31為 與骨架11下底面平行的中空的環(huán)狀體，環(huán)狀體的截面為由下至上逐漸收縮的水滴形，環(huán)狀 體的下部311通過管道32與所述高壓氣源連通；所述環(huán)狀體的內(nèi)側(cè)的中部開設(shè)有一與環(huán)狀 體同心的開口 312。
[0029] 本實施例中，所述高壓氣源可選用任一種市售的高壓氣泵、壓縮機實現(xiàn)，如離心 泵、往復(fù)泵等。
[0030] 實施例2 本實施例提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，其納米二氧化鈦催化層其原料按重量計 包括〇. 5份銳鈦型納米二氧化鈦、80份濃度為20%的聚四氟乙烯濃縮液、2份聚丙烯酰胺、 1. 1份十二烷基苯酸鈉、0. 01份的金納米棒以及7份的反光劑。
[0031] 所述銳鈦型納米二氧化鈦粒徑為70nm ;所述金納米棒長度為90nm ;所述反光劑為 粒徑為0. 1 y m的金紅石型二氧化鈦。
[0032] 其余結(jié)構(gòu)與實施例1 一致。
[0033] 實施例3 本實施例提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，其不包含水流發(fā)生組件。其余結(jié)構(gòu)與實 施例1 一致。
[0034] 實施例4 本實施例提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，其不包含水流發(fā)生組件。其余結(jié)構(gòu)與實 施例1 一致。
[0035] 對比例1 本對比例提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，其包括一設(shè)置有紫外發(fā)光二極管的矩形 線路板。
[0036] 對比例2 本對比例提供一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，其納米二氧化鈦催化層其原料按重量計 包括2. 5份銳鈦型納米二氧化鈦、80份濃度為20%的聚四氟乙烯濃縮液、5份聚丙烯酰胺。 其余結(jié)構(gòu)與實施例1一致。
[0037]消毒效果測試實驗 設(shè)置多個注滿待處理水的水池，將各紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)安置在一各個水池底 部。在消毒系統(tǒng)及水池壁面間堅立一擋光板，該擋光板與水池的壁面平行，使消毒系統(tǒng)的紫 外光無法照射擋光板的背面。在各個水池中紫外光能照射到的區(qū)域及擋光板背面各吸取 lOmL的水，并分別加入1L的無菌水中，震蕩30min后，取0. lmL懸液，以涂布法劑量該懸液 的微生物濃度。
[0038] 使消毒系統(tǒng)對水體的輻射強度達到8?15mj/cm2,波長處于44(T580nm，處理 200min。在各個密室中紫外光能照射到的區(qū)域及擋光板背面各吸取10mL的水，并分別加入 1L的無菌水中，震蕩30min后，取0. lmL懸液，以涂布法劑量該懸液的微生物濃度。
[0039] 其結(jié)果如表1所示。
[0040] 表1菌落數(shù)目統(tǒng)計表

【權(quán)利要求】
1. 一種紫外發(fā)光二極管消毒系統(tǒng)，包括可產(chǎn)生紫外光的紫外發(fā)光二極管模組（1)，其 特征在于：還包括光催化組件（2);所述光催化組件包括正面朝向紫外發(fā)光二極管模組設(shè) 置的至少一塊光催化板（21);所述光催化板正面覆蓋有納米二氧化鈦催化層（22)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述紫外發(fā)光二極管模組包括柱狀的骨 架（11)、設(shè)置在骨架上底面和側(cè)面上的紫外發(fā)光二極管組件；所述光催化板（21)為設(shè)置在 骨架下方的反光杯。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述光催化板的數(shù)量為2飛塊，其與所述 骨架的下底面同心，且依次套裝在骨架的下方；最內(nèi)側(cè)的光催化板其內(nèi)徑為骨架下底面直 徑的1. 2~1. 5倍；相鄰的光催化板的內(nèi)徑之差為骨架下底面直徑的0. 5~0. 9倍；所述光催 化板的高度為骨架高度的〇. 1~〇. 3倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述光催化板的下方還設(shè)有一可產(chǎn)生水 流的水流發(fā)生組件；所述水流發(fā)生組件包括一噴氣嘴（31)以及與噴氣嘴連通的高壓氣源； 所述噴氣嘴（31)為與骨架（11)下底面平行的中空的環(huán)狀體，環(huán)狀體的截面為由下至上逐 漸收縮的水滴形，環(huán)狀體的下部（311)通過管道（32)與所述高壓氣源連通；所述環(huán)狀體的 內(nèi)側(cè)的中部開設(shè)有一與環(huán)狀體同心的開口（312)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求Γ4任一項所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述納米二氧化鈦催化層其原 料按重量計包括0. 5~2. 5份銳鈦型納米二氧化鈦、3(Γ80份濃度為20%的聚四氟乙烯濃縮 液、2~10份聚丙烯酰胺、0. 5~1. 1份十二烷基苯酸鈉、0. 01~0. 05份的金納米棒以及5~7份的 反光劑。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述銳鈦型納米二氧化鈦粒徑為 5(T90nm ;所述金納米棒長度為8(Tl50nm ;所述反光劑為粒徑為0. 1?0. 25 μ m的金紅石型二 氧化鈦。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于：所述納米二氧化鈦層表面還覆蓋有透水 隔離層，其原料按重量計包括10-20份的瓊脂、10-15份氨基硅球、30-40份的海藻酸鈉、 1-10份的聚乙烯肽胺。
【文檔編號】C02F1/32GK104291411SQ201410576951
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月24日
【發(fā)明者】馮海濤, 施光典 申請人:深圳萊特光電有限公司