專利名稱：一種微型納米TiO₂光催化消毒裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于去除空氣、水溶液或無土栽培營養(yǎng)液中有機(jī)物及有害微生物的納米TiO2光催化裝置，特別涉及一種微型納米TiO2光催化消毒裝置。
背景技術(shù)：
蔬菜設(shè)施無土栽培已經(jīng)成為國際上反季節(jié)蔬菜生產(chǎn)的重要方法，在荷蘭、日本、韓國等國已廣泛應(yīng)用。該方法可周年生產(chǎn)，具有蔬菜生長速率高、產(chǎn)量大，根際環(huán)境易于管理的眾多優(yōu)勢，是設(shè)施蔬菜工廠化栽培，特別是植物工廠蔬菜生產(chǎn)的優(yōu)選栽培方法。營養(yǎng)液管理是設(shè)施蔬菜無土栽培的核心，為實(shí)現(xiàn)廢棄營養(yǎng)液的循環(huán)利用，避免因廢棄營養(yǎng)液排放造成環(huán)境污染，國際上正在以封閉式無土栽培系統(tǒng)取代開放式無土栽培系統(tǒng)。封閉式營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)中營養(yǎng)液可循環(huán)利用(進(jìn)行必要的水和養(yǎng)分的補(bǔ)充調(diào)節(jié))，具有環(huán)境友好，水分和 養(yǎng)分利用率高的優(yōu)點(diǎn)，在世界范圍內(nèi)得到積極研發(fā)和應(yīng)用。與露地栽培相似，在封閉式無土栽培系統(tǒng)連續(xù)栽培蔬菜過程中，因蔬菜根系分泌有機(jī)酸等自毒有機(jī)物和有害微生物的累積，常發(fā)生連作障礙，造成蔬菜生長抑制和產(chǎn)量下降。常見的蔬菜種類如黃瓜、番茄、蘆筍和生菜等都可通過根系分泌途徑向營養(yǎng)液中釋放有機(jī)酸等自毒物質(zhì)，在連續(xù)栽培過程中自毒物質(zhì)的大量累積常會抑制蔬菜的生長，造成蔬菜產(chǎn)量下降(Yu and Matsui, 1993 ; 1994 ;Lee et al. , 2006 ；Sunada et al.,2008)。另夕卜，有機(jī)栽培基質(zhì)(如稻殼)在栽培過程中也會釋放出植物毒性物質(zhì)，影響蔬菜的栽培效益(Miyama et al. ,2009). Lee等(2006)發(fā)現(xiàn)，生菜栽培二次利用的營養(yǎng)液中累積了大量有機(jī)酸，對其生長產(chǎn)生危害。同時，營養(yǎng)液中大量有機(jī)物質(zhì)的存在易孳生病原菌，發(fā)生病害。因此，在封閉式營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)中，營養(yǎng)液自毒物質(zhì)和微生物的去除是非常必要的，有效去除自毒物質(zhì)和微生物將避免連作障礙的發(fā)生，提升封閉式營養(yǎng)液栽培系統(tǒng)的可持續(xù)生產(chǎn)能力。目前，去除營養(yǎng)液中自毒物質(zhì)的方法有活性碳吸附法，去除有害微生物的方法主要有紫外線法、臭氧法和砂濾法。Yu等(1994)和Lee等(2006)發(fā)現(xiàn)用活性碳處理可有效去除營養(yǎng)液中根分泌的有機(jī)酸，但2g/L的活性碳用量成本較高，很難在實(shí)踐生產(chǎn)中應(yīng)用。其次，活性碳法吸附有機(jī)物質(zhì)的同時也將吸附養(yǎng)分(尤其是磷)，造成營養(yǎng)液中養(yǎng)分比例失衡。另一種方法是納米級二氧化鈦(TiO2)光催化法。該方法是利用TiO2吸收小于其帶隙(380nm左右)波長的紫外光所產(chǎn)生的強(qiáng)氧化效應(yīng)，將吸附到其表面的有機(jī)物分解成二氧化碳，達(dá)到去除自毒物質(zhì)的目的。TiO2的光催化特性已被廣泛應(yīng)用到空氣、水等環(huán)境介質(zhì)的污染治理中(Lee et al. ,2005 ；Pichat et al.，2005)，而在營養(yǎng)液的有毒物質(zhì)去除應(yīng)用僅有少量報道(Sunada et al. , 2008 ；Miyamaet al. , 2009)。Miyama 等(2009)米用此方法降解了無土栽培基質(zhì)(稻殼)產(chǎn)生的植物毒性物質(zhì)，降低了產(chǎn)量損失。Sunada等(2008)用此方法降低了蘆筍設(shè)施無土栽培中所分泌自毒物質(zhì)的危害。上述研究結(jié)果表明，光催化方法在去除自毒物質(zhì)方面是可行的。該方法具有成本低，效果持久、便于應(yīng)用，可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，并且還具有公認(rèn)的殺菌功能，極具研發(fā)前景。目前，國外在TiO2的光催化去除蔬菜無土栽培自毒物質(zhì)方面的研究剛剛開始，國內(nèi)尚無研究報道。國際上的研究僅在自然光光催化系統(tǒng)方面進(jìn)行了探索，缺乏人工光光催化系統(tǒng)研發(fā)的報道。實(shí)際上，自然光光催化系統(tǒng)應(yīng)用存在很大的局限性。(I)太陽光僅含3-5%的紫外光、設(shè)施覆蓋材料如玻璃的過濾作用使之無法在設(shè)施內(nèi)高效應(yīng)用；(2)蔬菜反季節(jié)栽培冬季低溫寡照使之在光催化裝置的室外應(yīng)用效率低且穩(wěn)定性差，無法滿足設(shè)施蔬菜工廠化生產(chǎn)的需求。因此，開發(fā)室內(nèi)型人工光光催化裝置非常必要。更為重要的是，已有的一些人工光光催化裝置存在一些缺陷(I)設(shè)計(jì)上紫外燈和處理液分離，無法高效利用紫外光能，影響光催化效率；(2)紫外燈輻射熱能散失，而處理液溫度對光催化效果至關(guān)重要，冬季液溫低光催化效率不高；(3)體積過大，光催化表面積小，無法應(yīng)用于設(shè)施無土栽培營養(yǎng)液循環(huán)利用系統(tǒng)。因此，設(shè)計(jì)新型用于設(shè)施無土栽培營養(yǎng)液循環(huán)利用系統(tǒng)的微型納米TiO2光催化裝置勢在必行，該裝置將兼具去除營養(yǎng)液中自毒物質(zhì)和有害微生物的雙重功能
實(shí)用新型內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種新型的人工光微型納米TiO2光催化裝置，不僅能夠克服自然光為光源的光催化系統(tǒng)的固有不足，而且紫外燈光源與TiO2光催化表面距離短，可實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液與紫外燈管接觸，使得紫外燈輻射熱能用于加熱處理液和/或空氣，提高液溫和/或空氣溫度，提高光催化效率；此外，獨(dú)特的多層網(wǎng)狀設(shè)計(jì)可成倍提高光催化面積，充分利用紫外光，提高光催化效率，促進(jìn)全天候可控的水或營養(yǎng)液自毒物質(zhì)的高效光催化處理；獨(dú)特的進(jìn)出液口設(shè)計(jì)可保證裝置內(nèi)充滿處理液，促進(jìn)光催化效率，實(shí)現(xiàn)水或營養(yǎng)液的循環(huán)循環(huán)利用。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案一種微型納米Ti02光催化消毒裝置，包括一柱狀體,夕卜壁具有一進(jìn)液口、一出液口，封蓋，分設(shè)于柱狀體兩底面，所述封蓋有一插孔，卡槽，具有多個，卡槽具有間隙，設(shè)于該柱狀體封蓋內(nèi)側(cè)，一紫外燈，置于柱狀體內(nèi)，與柱狀體高等長，一網(wǎng)面，具有多層，環(huán)繞所述紫外燈管，所述網(wǎng)面與紫外燈管不接觸，該網(wǎng)面通過卡槽固定于柱狀體內(nèi)。 所述進(jìn)液口、出液口在管體兩端側(cè)面同一側(cè)或不同側(cè)。所述進(jìn)液口和出液口在同一側(cè)時進(jìn)液口、出液口開口向上；所述進(jìn)液口和出液口在不同側(cè)時出液口在該柱狀體上端外側(cè)壁，進(jìn)液口在該柱狀體下端外側(cè)壁。所述柱狀體為一不透光管體，封蓋為可扣套式，與管體可分離。所述紫外燈內(nèi)嵌于柱狀體中央，通過所述插孔固定，柱狀體長度恰好能將燈管包括而不對外輻射紫外光。更進(jìn)一步，所述網(wǎng)面為不銹鋼或鎳合金網(wǎng)桶狀，每個網(wǎng)面可由一層或多層網(wǎng)筒組成。更進(jìn)一步,所述不銹鋼或合金網(wǎng)桶固載納米TiO2介質(zhì)。更進(jìn)一步，所述網(wǎng)面上開有網(wǎng)孔，所述網(wǎng)孔大小為O. I 2mm，該網(wǎng)面最內(nèi)層距紫外燈O 5cm,所述網(wǎng)面間距O 1cm。更進(jìn)一步,所述網(wǎng)面具有3 8層。[0019]更進(jìn)一步，所述所述封蓋內(nèi)壁中間有防水墊。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于I、設(shè)置紫外燈，提供人工光源，達(dá)到光催化和殺菌的雙重目的。2、營養(yǎng)液與紫外燈管接觸，使得紫外燈輻射熱能用于加熱處理營養(yǎng)液，提高液溫，促進(jìn)光催化效率提聞。3、進(jìn)液口和出液口設(shè)計(jì)使水或營養(yǎng)液能充滿管狀體，充分使水體或液體與紫外光輻射和光催化材料接觸，提高光催化效率。4.多層分離式網(wǎng)筒狀設(shè)計(jì)可充分利用紫外光輻射，使液體與光催化材料接觸更加充分接觸，達(dá)到去除所含有機(jī)物質(zhì)和病菌的目的。 5.該裝置體積小，無污染，可連續(xù)使用，不會影響營養(yǎng)液的組成和比例，且該裝置可重復(fù)利用，成本低。

圖I是本實(shí)用新型一實(shí)施例的微型納米TiO2光催化消毒裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型一實(shí)施例微型納米TiO2光催化消毒裝置水平放置時的剖面示意圖。圖3是本實(shí)用新型一實(shí)施例的微型納米TiO2光催化消毒裝置左視圖。其中1-進(jìn)液孔2-出液孔3-管體4-紫外燈5-固載TiO2鐵絲網(wǎng)6_紫外燈電線7-卡槽8-封蓋
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖，通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型進(jìn)一步說明。實(shí)施例I參見圖1，本實(shí)用新型微型納米TiO2光催化消毒裝置，結(jié)構(gòu)為一柱狀管體3，外壁具有進(jìn)液口 I、出液口 2，底面有封蓋8，分設(shè)于柱狀體兩底面，所述封蓋8有插孔，卡槽7，具有多個，所述卡槽間具有間隙，分設(shè)于該柱狀體3封蓋8內(nèi)側(cè)，紫外燈4，置于柱狀體內(nèi)，與柱狀體高等長，固載TiO2鐵絲網(wǎng)5，具有多層，環(huán)繞所述紫外燈管4，所述固載TiO2鐵絲網(wǎng)5與紫外燈管4不接觸，該固載TiO2鐵絲網(wǎng)5通過卡槽7固定于柱狀體內(nèi)。通過不透光管體3內(nèi)的紫外燈4不僅能夠克服自然光為光源的光催化系統(tǒng)的固有不足，而且可實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液與紫外燈4管接觸，使得紫外燈4輻射熱能用于加熱處理營養(yǎng)液，紫外燈線6采用良好絕緣措施，防止漏電等情況的發(fā)生。通過紫外燈4提高液溫，提高光催化效率；此外，獨(dú)特的多層網(wǎng)固載TiO2鐵絲網(wǎng)5狀設(shè)計(jì)可成倍提高光催化面積，充分利用紫外光，提高光催化效率，促進(jìn)全天候可控的水或營養(yǎng)液自毒物質(zhì)的高效光催化處理，實(shí)現(xiàn)水或營養(yǎng)液的循環(huán)循環(huán)利用.實(shí)施例2參見圖2和圖3，如圖I所示的本實(shí)用新型微型納米TiO2光催化消毒裝置，當(dāng)液體從進(jìn)液孔I流入，液體通過三層以上或多層固載TiO鐵絲網(wǎng)5，使?fàn)I養(yǎng)液或水能夠充滿不透光管體3，充分使水或營養(yǎng)液與紫外燈4輻射光和光催化材料接觸，提高催化效率。將紫外燈4設(shè)置于管體3的中心位置，能夠保證紫外光的充分照射，卡槽7分層固定了固載TiO2鐵絲網(wǎng)5，保證了營養(yǎng)液或水在管體3中順暢流動，而不造成堵塞或溢出。實(shí)施例3本實(shí)用新型的一較佳實(shí)施例為用IOcm塑料管作為管體3，管體3內(nèi)安裝有固載TiO2鐵絲網(wǎng)5，孔徑在O. l-2mm,通過多層插槽7將固載TiO2鐵絲網(wǎng)分層分布于管體3內(nèi)，最靠近紫外燈4的一層為孔徑較大的網(wǎng)層，該固載TiO2鐵絲網(wǎng)5最內(nèi)層距紫外燈40 5cm，所述固載TiO2鐵絲網(wǎng)5間距O 1cm。其他網(wǎng)層孔徑可依次減小或保持不變，紫外燈4使用普通254nm燈管封入。該管體3體積小，便于安裝或拆卸，封蓋中間有防水墊(圖中未表示)，用于防水且可拆卸，可將封蓋8于管體分離，換用紫外燈4，保證了裝置可重復(fù)利用。盡管為說明目的公開了本實(shí)用新型的實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本實(shí)用新型及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是 可能的，因此，本實(shí)用新型的范圍不局限于實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求1.一種微型納米TiO2光催化消毒裝置，包括 一柱狀體，夕卜壁具有一進(jìn)液口、一出液口， 封蓋，分設(shè)于柱狀體兩底面，所述封蓋有一插孔， 卡槽，具有多個，所述卡槽間具有間隙，分設(shè)于該柱狀體封蓋內(nèi)側(cè)， 一紫外燈，置于柱狀體內(nèi)，與柱狀體高等長， 一網(wǎng)面，具有多層，環(huán)繞所述紫外燈管，所述網(wǎng)面與紫外燈管不接觸，該網(wǎng)面通過卡槽固定于柱狀體內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述柱狀體為一不透光管體，封蓋為可扣套式，與管體可分離。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述進(jìn)液口、出液口在管體同一側(cè)或不同側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述進(jìn)液口和出液口在同一側(cè)時進(jìn)液口、出液口開口向上；所述進(jìn)液口和出液口在不同側(cè)時出液口在該柱狀體上端外側(cè)壁，進(jìn)液口在該柱狀體下端外側(cè)壁。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述紫外燈內(nèi)嵌于管體中央，通過該封蓋上的插孔固定。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述網(wǎng)面為不銹鋼或鎳合金材料網(wǎng)桶狀，所述網(wǎng)面可由一層或多層網(wǎng)桶組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述不銹鋼或合金網(wǎng)桶固載納米TiO2介質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述網(wǎng)面上開有網(wǎng)孔，所述網(wǎng)孔大小為O. I 2mm,該網(wǎng)面最內(nèi)層距紫外燈O 5cm,所述網(wǎng)面間距O Icm0
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的微型納米TiO2光催化消毒裝置，其特征在于，所述網(wǎng)面具有3 8層。
10.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的微型納米1102光催化消毒裝置，其特征在于，所述封蓋內(nèi)壁中間有防水墊。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種微型納米TiO2光催化消毒裝置，該裝置包括，一柱狀體，外壁具有一進(jìn)液口、一出液口；一封蓋，分設(shè)于柱狀體兩底面，所述封蓋上開有一插孔；一卡槽，具有多個，所述卡槽間具有間隙，分設(shè)于該柱狀體封蓋內(nèi)側(cè)；一紫外燈，置于柱狀體內(nèi)，與柱狀體高等長；一網(wǎng)面，具有多層，環(huán)繞所述紫外燈管，所述網(wǎng)面與紫外燈管不接觸，該網(wǎng)面通過卡槽固定于柱狀體內(nèi)。本實(shí)用新，的紫外燈光源與TiO2光催化表面距離短，可實(shí)現(xiàn)營養(yǎng)液與紫外燈管接觸，分離式網(wǎng)面設(shè)計(jì)充分利用紫外光，提高光催化效率。獨(dú)特的進(jìn)出液口設(shè)計(jì)可保證裝置橫豎放置，使裝置內(nèi)充滿處理液，促進(jìn)光催化效率，實(shí)現(xiàn)水或營養(yǎng)液的循環(huán)循環(huán)利用。
文檔編號A61L2/10GK202425419SQ20112048655
公開日2012年9月12日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者劉文科, 楊其長, 邱志平 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所