CN104874000A - 一种新型水媒杀菌消毒器以及一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型水媒杀菌消毒器以及用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，本发明包括消毒器本体(2)，消毒器本体(2)包括分别与电源的正、负极连接的阳极体(4)和阴极体(6)，阳极体(4)和阴极体(6)均为惰性金属电极且之间通过绝缘片(8)隔断，阳极体(4)的电极表面还涂覆有复合涂层，复合涂层能够在电解水过程中促使水分子分解成羟基和氢气。本发明以水为主要媒介，在一定电压的作用下，阴极体(4)和阳极体(6)进行电解水反应，阳极体(4)两侧涂覆的复合层为功能因子的发生器，通过分解水生成具有强氧化性的羟基自由基，并达到净化水质、降解农残和消毒杀菌的功效。断电后，起净化作用的羟基自由基由于具有较短的寿命则迅速还原成水，不会在水中有任何残留。

Description

一种新型水媒杀菌消毒器以及一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法

技术领域

本发明涉一种新型水媒杀菌消毒器，应用在食品安全领域。

背景技术

日常生活中的食品和用品清洗通常以自来水浸泡或冲洗的方式，不仅费时费水费力，而且难以彻底清洗食品表面残留的农药或物品表面细菌与寄生虫及微生物等有害物质，给人们的健康造成一定的隐患。目前常用的清洗方式中，也有采用以毒攻毒型的消毒液清洗方式，这种方式尽管能够部分清洗掉食品表面残留的农药或物品表面细菌与微生物等有害物质，但清洗液在物品表面的残留也会造成对人体的二次污染和伤害。另外一种就是目前市面较为流行的在自来水中引入臭氧的消毒方法，臭氧的消毒原理是基于臭氧的强氧化性能，但臭氧在自来水中的溶解度是有限的，显然对食品原料的农残清除和消毒作用难以奏效，另外臭氧对人体也有极大的伤害，长期处于臭氧环境中，容易致使眩晕，更严重的会致使肺部表皮细胞的氧化与穿孔，从而导致气胸等症状。还有一种是紫外线消毒方式，这种方式难以作用到水体内部，而且对人体有紫外线辐照之伤害。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为解决现有技术存在的缺陷，提供一种水触媒杀菌消毒器，它能够实现果蔬、食品或物品表面的彻底净化，省力、高效、节水。

为解决上述问题，本发明提供了一种新型水媒杀菌消毒器，包括消毒器本体，其特征在于，所述消毒器本体包括分别与电源的正、负极连接的阳极体和阴极体，所述阳极体和阴极体均为惰性金属电极且之间通过绝缘片隔断，所述阳极体的电极表面还涂覆有含銥、Co氧化物的复合涂层，所述复合涂层能够在电解水过程中促使水分子分解成羟基和氢气。

作为本发明的进一步改进，所述复合涂层为氧化钴与氧化铱在烧结后组成的混合相结构，该混合相表面设有若干纳米柱结构。

作为本发明的进一步改进，还包括可拆分的壳体，所述消毒器本体设置在所述壳体内，所述壳体包括至少两个通孔，所述消毒器本***于两个所述通孔之间。

作为本发明的进一步改进，所述阳极体和阴极体均为网片状结构，所述绝缘片至少部分镂空。

作为本发明的进一步改进，所述阴极体设有两块，所述阳极体夹在两块所述阴极体之间。

作为本发明的进一步改进，所述壳体内还设有配重块。

作为本发明的进一步改进，还包括电源组件以及控制所述电源组件通电与否和/或通电时间控制装置，所述电源组件的正、负极通过导线分别与所述阳极体和阴极体连接，所述导线位于所述壳体内的一段，密封在所述壳体内。

在与本发明属于同一个主题的发明创造，一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：通过机械加工出网状结构的钛电极；

B：将氯铱酸、氯化钴及溶剂混合组成混合溶液，其中氯铱酸、氯化钴的摩尔比为：(0.1-0.5)：(0.01-0.4)；

C：将上述步骤B中的溶液均匀涂抹在上述步骤A中的网状钛电极正反两个表面上，并送进烘烤箱中，以100-650度的温度下烘烤；

D、进行高温氧化反应，在所述网状钛电极的表面生成氧化铱和氧化钴的纳米混合图层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤D中的氧化反应在烘培箱中进行，其中所述步骤C和步骤D重复若干次，最后一次的烘烤温度设置在500-650度之间，并保持60-120分钟；其余次数则将烘烤温度设置成100-200度，并保持10-15分钟。

作为本发明的进一步改进，所述步骤B中的溶剂为柠檬酸和乙二醇，所述氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇的摩尔比为(0.1-0.5)：(0.01-0.4)：(0.3-0.7)：(12-20)。

作为本发明的进一步改进，氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇混合组成混合溶液，其摩尔比为：0.12：0.03：0.5：16。

本发明的有益效果在于：

(1)水触媒杀菌消毒装置以水为主要媒介，在一定电压的作用下，阴极体和阳极体进行电解水反应，通常在两个电极上之间水解反应产生氧气和氢气。而在本发明中，阳极体表面上涂覆有功能纳米复合涂层，在涂层的电化学催化作用下，阳极体表面除了有氧气释放外，还有羟基自由基的生成，这两种物质是一对竞争反应产物。这里，氧气的产生称为副反应，羟基的生成是主反应。要更多促成主反应的进行，就需要抑制副反应的进行。在本发明中，我们在纳米涂层材料中掺入了Co的氧化物(即烧结后形成的CoO)，一方面，CoO的掺杂降低了主反应电位，也就是说，电极上只需要很小的电位就可以产生羟基自由基，CoO的掺杂提高了负反应电位，也即，电极上需要施加很高的电位才能释放出氧气；另一方面，CoO的掺杂促进了涂层的微观结构从平滑表面转变为具有级联嵌套的纳米结构，增加了比表面积，进一步促进了羟基自由基的生成。本发明产生的具有强氧化性的羟基自由基，能够起到净化水质、降解农残和消毒杀菌的功效。断电后，起净化作用的羟基自由基由于具有较短的寿命则迅速还原成水，不会在水中有任何残留。

(2)高温烧结形成的氧化钴陶瓷材料起着稳定和固化的作用，与烧结后的氧化铱形成一个混合相，该混合相在高温烧结后在表面呈现出具有较高比表面积的纳米柱结构，而不单是一个较为平坦的平面。这样一个纳米级联表面结构大大增强了与水的接触面积，尤为重要的是，这些表面丰富的纳米级联表面结构在输入安全电压(小于36V)并与水相互作用后，能够产生更为丰富的羟基自由基，从而加速了处理物品的效率。另外，烧结所形成的氧化钴材料能够使得氧化铱氧化钴纳米陶瓷复合涂层具有的较低的主反应电位和较高的副反应电位，利于羟基自由基在电极表面的产生，抑制了氧气在电极表面的生成。

(3)设置壳体，能够对消毒器本体起到一个表面且物理上的保护作用，避免消毒器本体出现磕碰、撞击，然后设置有通孔，能保证消毒器本体上的阴极体和阳极体能够与介质水直接接触，使得电解水能够顺利进行。

(4)网片状结构以及镂空的绝缘片能够增大阴极体和阳极体与介质水的接触面积。

(5)设置两个阴极体，能够加快电解水的速率，提高消毒效果。

(6)设置配重块，能够使得整个装置能够完全沉入水中。

(7)设置电源组件对消毒器本体进行供电，通过时间控制器控制电源的工作状态和工作时间，有利于提高产品的自动化水准；另外将导线密封在客体内，防止其与介质水接触，避免其漏电带来的安全隐患。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

其中：2-消毒器本体；4-阳极体；6-阴极体；8-绝缘片；12-壳体；13-通孔。

图2为钛基氧化钴和氧化铱组成的纳米复合陶瓷材料表面的扫描电子显微镜图片。

图3为甲基橙溶液在不同电解时间下的紫外可见光谱的降解曲线图。

图4为甲基橙溶液在水触媒功能电极电解下的降解效率；

其中：虚线—氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇的摩尔比为：0.12：0.12：0.5：16。实线—氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇的摩尔比为：0.12：0.006：0.5：16。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1-4所示，本发明包括消毒器本体2，其特征在于，所述消毒器本体2包括分别与电源的正、负极连接的阳极体4和阴极体6，所述阳极体4和阴极体6均为惰性金属电极且之间通过绝缘片8隔断，所述阳极体4的电极表面还涂覆有含Co氧化物的复合涂层，所述复合涂层能够在电解水过程中促使水分子分解成羟基和氢气。

水触媒杀菌消毒装置以水为主要媒介，在一定电压的作用下，阴极体6和阳极体4进行电解水反应，通常在两个电极上之间水解反应产生氧气和氢气。而在本发明中，阳极体4表面上涂覆有功能纳米复合涂层，在涂层的电化学催化作用下，阳极体4表面除了有氧气释放外，还有羟基自由基的生成，这两种物质是一对竞争反应产物。这里，氧气的产生称为副反应，羟基的生成是主反应。要更多促成主反应的进行，就需要抑制副反应的进行。在本发明中，我们在纳米涂层材料中掺入了Co的氧化物(即烧结后形成的CoO)，一方面，CoO的掺杂降低了主反应电位，也就是说，电极上只需要很小的电位就可以产生羟基自由基，CoO的掺杂提高了负反应电位，也即，电极上需要施加很高的电位才能释放出氧气；另一方面，CoO的掺杂促进了涂层的微观结构从平滑表面转变为具有级联嵌套的纳米结构，增加了比表面积，进一步促进了羟基自由基的生成。本发明产生的具有强氧化性的羟基自由基，能够起到净化水质、降解农残和消毒杀菌的功效。断电后，起净化作用的羟基自由基由于具有较短的寿命则迅速还原成水，不会在水中有任何残留。

作为本发明的进一步改进，所述复合涂层为氧化钴与氧化铱在烧结后组成的混合相结构，该混合相表面设有若干纳米柱结构。

高温烧结形成的氧化钴陶瓷材料起着稳定和固化的作用，与烧结后的氧化铱形成一个混合相，该混合相在高温烧结后在表面呈现出具有较高比表面积的纳米柱结构，而不单是一个较为平坦的平面。该混合相的扫描电子显微镜图片如图2所示，可以清晰的看到材料表面具有宽约30nm、长约150nm左右的纳米柱状结构，这些纳米结构又随机的分布在几何尺寸约500nm左右的凹凸结构表面上。这样一个纳米级联表面结构大大增强了与水的接触面积，尤为重要的是，这些表面丰富的纳米级联表面结构在输入安全电压(小于36V)并与水相互作用后，能够产生更为丰富的羟基自由基，从而加速了处理物品的效率。另外，烧结所形成的氧化钴材料能够使得氧化铱氧化钴纳米陶瓷复合涂层具有的较低的主反应电位和较高的副反应电位，利于羟基自由基在电极表面的产生，抑制了氧气在电极表面的生成。

作为本发明的进一步改进，还包括可拆分的壳体12，所述消毒器本体2设置在所述壳体12内，所述壳体12包括至少两个通孔13，所述消毒器本体2位于两个所述通孔13之间。

设置壳体12，能够对消毒器本体2起到一个物理上的保护作用，避免消毒器本体2出现磕碰、撞击，然后设置有通孔13，能保证消毒器本体2上的阴极体6和阳极体4能够与介质水直接接触，使得电解水能够顺利进行。

作为本发明的进一步改进，所述阳极体4和阴极体6均为网片状结构，所述绝缘片8至少部分镂空。

网片状结构以及镂空的绝缘片8能够增大阴极体6和阳极体4与介质水的接触面积。

作为本发明的进一步改进，所述阴极体6设有两块，所述阳极体4夹在两块所述阴极体6之间。

设置两个阴极体6，能够加快电解水的速率，提高消毒效果。

作为本发明的进一步改进，所述壳体12内还设有配重块。

设置配重块，能够使得整个装置能够完全沉入水中。

作为本发明的进一步改进，还包括电源组件以及控制所述电源组件通电与否和/或通电时间控制装置，所述电源组件的正、负极通过导线分别与所述阳极体4和阴极体6连接，所述导线位于所述壳体12内的一段，密封在所述壳体12内。

设置电源组件对消毒器本体2进行供电，通过时间控制器控制电源的工作状态和工作时间，有利于提高产品的自动化水准；另外将导线密封在客体内，防止其与介质水接触，避免其漏电带来的安全隐患。

在与本发明属于同一个主题的发明创造，一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，包括以下步骤：

A：通过机械加工出网状结构的钛电极；

B：将氯铱酸、氯化钴及溶剂混合组成混合溶液，其中氯铱酸、氯化钴的摩尔比为：(0.1-0.5)：(0.01-0.4)；

C：将上述步骤B中的溶液均匀涂抹在上述步骤A中的网状钛电极的表面上；

D、进行高温氧化反应，在所述网状钛电极的表面生成氧化铱和氧化钴的纳米混合涂层。

作为本发明的进一步改进，所述步骤B中的溶剂为柠檬酸和乙二醇，所述氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇的摩尔比为(0.1-0.5)：(0.01-0.4)：(0.3-0.7)：(12-20)。

作为本发明的进一步改进，上述的步骤C重复15-20次，其中，最后一次的烘烤温度设置在500-650度之间，并保持60-120分钟；而其余次数则将烘烤温度设置成100-200度，并保持10-15分钟。

作为本发明的进一步改进，氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇混合组成混合溶液，其摩尔比为：0.12：0.03：0.5：16。

本发明在高温烧结后，在钛电极表面形成较高附着力的厚约几个微米的纳米复合涂层。涂层中的柠檬酸和乙二醇作为溶剂在高温下挥发掉，氯铱酸和氯化钴在高温烧结的条件下，形成了与基体材料紧密结合的氧化物纳米陶瓷材料。

下面再结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1：将所述纳米复合涂层的涂液氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇按一定摩尔比混合组成的化合物溶液，较佳的摩尔比为：0.12：0.03：0.5：16。按这种比例，使用毛刷将涂液均匀涂覆在钛冲网的两个表面，放在150度的烘箱中烘烤15分钟，该过程重复16次。再将钛冲网置入550度的高温中烘烤120分钟。冷却后取出。按照图1的示意将水触媒功能模块安装完成，这里较佳的电极配置是上下两块为不锈钢冲网电极，中间的为涂覆有功能纳米复合陶瓷材料的功能钛电极。将水触媒功能模块放入预先配制好的浓度为50mg/L的甲基橙自来水溶液中，甲基橙水溶液的颜色为橙黄色。按下电源按钮，额定输入功率在100W左右，功能模块的功能电极随即发挥作用，大量的微小气泡从不锈钢电极表面渗出，同时看不见的羟基自由基也在不断的通过分解水从功能钛电极表面分解出来，分解出来的这些羟基自由基与自来水中的甲基橙分子发生化学作用，将甲基橙的有机分子不断氧化。如图3是不同作用时间下甲基橙溶液在水触媒功能电极降解过程中的紫外可见光谱图对比图。可以发现，18分钟后，较高浓度的甲基橙溶液已经被降解，其浓度几乎为零。由此可见，该水触媒杀菌消毒器可以完美地将含有有机分子的甲基橙有机物完全降解，降解率超过了95％。

实施例2：将所述纳米复合涂层的涂液氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇按一定摩尔比混合组成的化合物溶液，较佳的摩尔比为：0.12：0.12：0.5：16。按这种比例，使用毛刷将涂液均匀涂覆在钛冲网的两个表面，放在150度的烘箱中烘烤15分钟，该过程重复16次。再将钛冲网置入550度的高温中烘烤120分钟。冷却后取出。按照图2的示意将水触媒功能模块安装完成，这里较佳的电极配置是上下两块为不锈钢冲网电极，中间的为涂覆有功能纳米复合陶瓷材料的功能钛电极。将水触媒功能模块放入预先配制好的浓度为50mg/L的甲基橙自来水溶液中，甲基橙水溶液的颜色为橙黄色。按下电源按钮，额定输入功率在100W左右，功能模块的功能电极随即发挥作用，大量的微小气泡从不锈钢电极表面渗出，同时看不见的羟基自由基也在不断的通过分解水从功能钛电极表面分解出来，分解出来的这些羟基自由基与自来水中的甲基橙分子发生化学作用，将甲基橙的有机分子不断氧化。如图4中的虚线曲线显示的是甲基橙溶液在水触媒功能电极降解过程中的降解效率图。可以发现，16分钟后，最佳摩尔比的纳米复合涂层将甲基橙溶液大部分降解，降解效率仅达到80％。

实施例3：将所述纳米复合涂层的涂液氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇按一定摩尔比混合组成的化合物溶液，较佳的摩尔比为：0.12：0.006：0.5：16。按这种比例，使用毛刷将涂液均匀涂覆在钛冲网的两个表面，放在150度的烘箱中烘烤15分钟，该过程重复16次。再将钛冲网置入550度的高温中烘烤120分钟。冷却后取出。按照图1的示意将水触媒功能模块安装完成，这里较佳的电极配置是上下两块为不锈钢冲网电极，中间的为涂覆有功能纳米复合陶瓷材料的功能钛电极。将水触媒功能模块放入预先配制好的浓度为50mg/L的甲基橙自来水溶液中，甲基橙水溶液的颜色为橙黄色。按下电源按钮，额定输入功率在100W左右，功能模块的功能电极随即发挥作用，大量的微小气泡从不锈钢电极表面渗出，同时看不见的羟基自由基也在不断的通过分解水从功能钛电极表面分解出来，分解出来的这些羟基自由基与自来水中的甲基橙分子发生化学作用，将甲基橙的有机分子不断氧化。如图4实线曲线显示的是甲基橙溶液在水触媒功能电极降解过程中的降解效率图。可以发现，16分钟后，该纳米复合涂层电极电解的降解效率低于80％。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型水媒杀菌消毒器，包括消毒器本体(2)，其特征在于，所述消毒器本体(2)包括分别与电源的正、负极连接的阳极体(4)和阴极体(6)，所述阳极体(4)和阴极体(6)均为惰性金属电极且之间通过绝缘片(8)隔断，所述阳极体(4)的电极表面还涂覆有含銥Co氧化物的纳米复合涂层，所述复合涂层能够在电解水过程中促使水分子分解成羟基和氢气。

2.根据权利要求1所述的一种新型水媒杀菌消毒器，其特征在于，所述复合涂层为氧化钴与氧化铱在烧结后组成的混合相结构，该混合相表面设有若干纳米柱结构。

3.根据权利要求2所述的一种新型水媒杀菌消毒器，其特征在于，还包括可拆分的壳体(12)，所述消毒器本体(2)设置在所述壳体(12)内，所述壳体(12)包括至少两个通孔(13)，所述消毒器本体(2)位于两个所述通孔(13)之间。

4.根据权利要求3所述的一种新型水媒杀菌消毒器，其特征在于，所述阳极体(4)和阴极体(6)均为网片状结构，所述绝缘片(8)至少部分镂空。

5.根据权利要求4所述的一种新型水媒杀菌消毒器，其特征在于，所述壳体(12)内还设有配重块(14)。

6.根据权利要求5所述的一种新型水媒杀菌消毒器，其特征在于，还包括电源组件以及控制所述电源组件通电与否和/或通电时间控制装置，所述电源组件的正、负极通过导线分别与所述阳极体(4)和阴极体(6)连接，所述导线位于所述壳体(2)内的一段，密封在所述壳体(12)内。

7.一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：通过机械加工出网状结构的钛电极；

B：将氯铱酸、氯化钴及溶剂混合组成混合溶液，其中氯铱酸、氯化钴的摩尔比为：(0.1-0.5)：(0.01-0.4)；

C：将上述步骤B中的溶液均匀涂抹在上述步骤A中的网状钛电极的表面上；

D、进行高温氧化反应，在所述网状钛电极的表面生成氧化铱和氧化钴的纳米混合涂层。

8.根据权利要求7所述的一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，其特征在于，所述步骤D中的氧化反应在烘培箱中进行，其中所述步骤C和步骤D重复若干次，最后一次的烘烤温度设置在500-650度之间，并保持60-120分钟；其余次数则将烘烤温度设置成100-200度，并保持10-15分钟。

9.根据权利要求8所述的一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，其特征在于，所述步骤B中的溶剂为柠檬酸和乙二醇，所述氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇的摩尔比为(0.1-0.5)：(0.01-0.4)：(0.3-0.7)：(12-20)。

10.根据权利要求9所述的一种用于水媒杀菌消毒器中的阳极制造方法，其特征在于：氯铱酸、氯化钴、柠檬酸和乙二醇混合组成混合溶液，其摩尔比为：0.12：0.03：0.5：16。