本發(fā)明涉及光催化產(chǎn)過氧化氫和滅菌,尤其涉及一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器及使用方法。
背景技術(shù):
1、隨著海上運(yùn)輸?shù)目焖侔l(fā)展,壓載水的肆意排放使得海洋污染問題日益嚴(yán)重。未得到有效處理的壓載水直接排入海洋會(huì)引起本土海洋生物滅絕等風(fēng)險(xiǎn)。因此,如何有效處理壓載水得到了廣泛的關(guān)注。常見的壓載水處理方法有電化學(xué)、紫外線輻射和臭氧等。但這些方法都具有明顯的缺點(diǎn)。相對(duì)于這些傳統(tǒng)處理方法,過氧化氫(h2o2)滅菌為處理壓載水提供了一條更加綠色、環(huán)保的道路。h2o2的滅菌效率高,同時(shí)長(zhǎng)時(shí)間使用h2o2不會(huì)使細(xì)菌產(chǎn)生耐藥性。h2o2的分解產(chǎn)物僅為水和氧氣,在消毒時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生有毒的副產(chǎn)物。
2、然而,目前工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)h2o2的方法為蒽醌法,但面臨著消耗大量能源、工藝復(fù)雜、產(chǎn)生有毒廢液和依賴貴金屬催化劑等缺點(diǎn)。同時(shí),為了節(jié)約成本,通常會(huì)將h2o2濃縮之后進(jìn)行運(yùn)輸。但是高濃度的h2o2需要特定的容器進(jìn)行運(yùn)輸,還伴隨著爆炸的風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際使用中,還需要將高濃度的h2o2稀釋至合適的濃度進(jìn)行使用。如此繁瑣且復(fù)雜的步驟顯然無法應(yīng)用于船舶壓載水滅菌。因此,急需尋找一種能夠綠色、安全原位生產(chǎn)h2o2的技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器及使用方法,以克服上述技術(shù)問題。
2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是:
3、一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,包括基于光催化生產(chǎn)獲取含有過氧化氫水溶液的過氧化氫生產(chǎn)模塊;
4、用于將含有過氧化氫的水溶液與未經(jīng)處理的壓載水進(jìn)行混合的混合模塊;
5、以及用于對(duì)混合后的壓載水中的海洋微生物進(jìn)行消殺的滅菌模塊;
6、且所述氧化氫生產(chǎn)模塊、混合模塊以及滅菌模塊依次相連。
7、進(jìn)一步的,所述過氧化氫生產(chǎn)模塊包括第一氙燈、模塊本體結(jié)構(gòu)、第一液體蠕動(dòng)泵、氧氣瓶以及氣體流量計(jì);
8、所述氧氣瓶、氣體流量計(jì)以及模塊本體結(jié)構(gòu)順次連接;
9、所述模塊本體結(jié)構(gòu)包括第一上蓋板、硅膠密封圈、負(fù)載光催化劑的疏水碳紙、ptfe膜以及第一下底板;
10、且所述第一上蓋板與第一下底板分別設(shè)有液體容置槽結(jié)構(gòu)與氣體流通槽結(jié)構(gòu);
11、所述第一液體蠕動(dòng)泵通過管路與液體容置槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)連通;
12、所述氧氣瓶、氣體流量計(jì)以及氣體流通槽結(jié)構(gòu)的一側(cè)連通;
13、所述硅膠密封圈設(shè)置在第一上蓋板的底端,所述ptfe膜設(shè)置在第一下底板的頂端,且所述疏水碳紙?jiān)O(shè)置在硅膠密封圈與ptfe膜之間;
14、所述第一氙燈設(shè)置在模塊本體結(jié)構(gòu)的頂端。
15、進(jìn)一步的,所述混合模塊包括第二液體蠕動(dòng)泵、第三液體蠕動(dòng)泵、第一單向閥、第二單向閥、三通接頭以及未處理壓載水水槽;
16、所述第二液體蠕動(dòng)泵的一端通過管路與液體容置槽結(jié)構(gòu)的另一側(cè)連通,且第二液體蠕動(dòng)泵的另一端通過管路依次與第一單向閥、三通接頭的輸入端連接;
17、所述第三液體蠕動(dòng)泵的一端通過管路與未處理壓載水水槽連接,且第三液體蠕動(dòng)泵的另一端通過管路依次與第二單向閥、三通接頭的輸入端連接;
18、所述三通接頭的輸出端連接至滅菌模塊。
19、進(jìn)一步的,所述滅菌模塊包括第二氙燈、第二上蓋板、負(fù)載光催化劑的玻璃片以及第二下底板;
20、所述玻璃片安裝在第二下底板開設(shè)的安裝槽結(jié)構(gòu)內(nèi),并與第二上蓋板形成一體結(jié)構(gòu),且第二上蓋板開設(shè)有滅菌槽結(jié)構(gòu),且所述滅菌槽結(jié)構(gòu)與玻璃片形成流通通道;
21、所述第二氙燈設(shè)置在一體結(jié)構(gòu)的頂端。
22、一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器的使用方法,包括以下步驟:
23、s1:打開第一氙燈、氧氣瓶以及氣體流量計(jì);
24、并通過開啟第一液體蠕動(dòng)泵向上蓋板的液體容置槽結(jié)構(gòu)輸送去離子水;
25、所述氧氣瓶輸出的氧氣經(jīng)氣體流量計(jì)傳輸至第一下底板的氣體流通槽結(jié)構(gòu),并穿過ptfe膜傳輸至液體容置槽結(jié)構(gòu);
26、所述第一氙燈激發(fā)負(fù)載在疏水碳紙上的光催化劑,以得到第一光生電子與第一光生空穴;
27、所述第一光生電子用于還原氧氣生成過氧化氫;
28、所述第一光生空穴用于氧化水生成過氧化氫;
29、且使得所述疏水碳紙上負(fù)載有光催化劑的方法為
30、首先將c3n5均勻分散在無水乙醇中,之后再加入5%nafion溶液獲取c3n5分散液,最后將c3n5分散液均勻噴涂在疏水碳紙的疏水面,且光催化劑負(fù)載量為5mg/cm2;
31、s2:通過開啟混合模塊將過氧化氫生產(chǎn)模塊獲取的過氧化氫水溶液與未處理壓載水水槽中的未處理壓載水進(jìn)行混合,獲取混合溶液;
32、s3:開啟第二氙燈并通過三通接頭將混合溶液傳輸至滅菌模塊;
33、所述第二氙燈激發(fā)負(fù)載在玻璃片上的光催化劑,以獲取用于對(duì)未處理壓載水中海洋微生物的消殺的第二光生電子與第二光生空穴;
34、且使得所述玻璃片上負(fù)載有光催化劑的方法為
35、首先將bicro/fe-mof均勻分散在無水乙醇中,之后再加入5%nafion溶液獲取bicro/fe-mof分散液,最后將bicro/fe-mof分散液均勻噴涂在玻璃片上,且光催化劑負(fù)載量為10mg/cm2;
36、所述第二光生電子用于將過氧化氫與光催化劑中的fe2+發(fā)生化學(xué)反應(yīng),獲取fe3+與羥基自由基,且所述羥基自由基用于對(duì)未處理壓載水中海洋微生物進(jìn)行消殺,所述第二光生電子用于將fe3+還原成fe2+;
37、并通過管路將通過滅菌模塊處理后的壓載水傳輸至處理壓載水水槽。
38、有益效果:本發(fā)明提供了一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器及使用方法,通過過氧化氫生產(chǎn)模塊獲取含有過氧化氫水溶液,并將其傳輸至混合模塊,以用于將含有過氧化氫的水溶液與未經(jīng)處理的壓載水進(jìn)行混合獲取混合溶液,通過滅菌模塊對(duì)混合溶液中的海洋微生物進(jìn)行消殺,以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓載水的處理,且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單操作便捷,只需要光源、水以及氧氣,就能夠安全、綠色的生產(chǎn)過氧化氫并將其應(yīng)用于船舶壓載水滅菌,解決了傳統(tǒng)蒽醌法能耗高、運(yùn)輸成本高和不適合在船舶上使用缺陷。
1.一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,其特征在于,包括基于光催化生產(chǎn)獲取含有過氧化氫水溶液的過氧化氫生產(chǎn)模塊(110);
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,其特征在于,所述過氧化氫生產(chǎn)模塊(110)包括第一氙燈(111)、模塊本體結(jié)構(gòu)、第一液體蠕動(dòng)泵(112)、氧氣瓶(117)以及氣體流量計(jì)(118);
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,其特征在于,所述混合模塊(120)包括第二液體蠕動(dòng)泵(121)、第三液體蠕動(dòng)泵(125)、第一單向閥(122)、第二單向閥(126)、三通接頭(123)以及未處理壓載水水槽(124);
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,其特征在于,所述滅菌模塊(130)包括第二氙燈(131)、第二上蓋板(132)、負(fù)載光催化劑的玻璃片(133)以及第二下底板(134);
5.一種基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器的使用方法,基于權(quán)利要求1至4任意一項(xiàng)所述基于光催化生產(chǎn)過氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器,其特征在于,包括以下步驟: