專利名稱：超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)藥殘留的降解技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)已經(jīng)成為世界上第二大農(nóng)藥使用國(guó)。對(duì)生長(zhǎng)期短的蔬菜、瓜果來(lái)說(shuō)，由于蟲(chóng)害多，使用農(nóng)藥已經(jīng)非常普遍。過(guò)量使用農(nóng)藥導(dǎo)致農(nóng)藥殘留超標(biāo)現(xiàn)象日漸加重。美國(guó)環(huán)境工作組(EWG)發(fā)布的“2011年果蔬農(nóng)藥殘留排行榜”中，蘋果位居農(nóng)藥殘留最多的果蔬榜單之首，這充分標(biāo)明果蔬農(nóng)藥殘留超標(biāo)已經(jīng)是全球性問(wèn)題。農(nóng)藥殘留不僅給人們的身體健康造成危害，同時(shí)也是制約我國(guó)果蔬等農(nóng)產(chǎn)品出口的瓶頸。為解決果蔬農(nóng)藥殘留問(wèn)題，需要人們?cè)谑秤们皩⒐咔逑锤蓛簟，F(xiàn)有技術(shù)的果蔬清洗機(jī)主要通過(guò)高壓產(chǎn)生臭氧分子來(lái)達(dá)到殺毒滅菌的目的。過(guò)量的臭氧對(duì)人體健康有傷害作用，并且這種果蔬清洗機(jī)工作時(shí)容易有氮氧化物生成。氮氧化物分子結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易分解，是一種致癌物質(zhì)，嚴(yán)重地威脅著人類健康。例如，專利CN201001659將臭氧發(fā)生器產(chǎn)生的臭氧導(dǎo)入果蔬凈化槽的水中，形成具有氧化作用的臭氧水，從而分解果蔬農(nóng)藥殘留，殺滅有害微生物，使果蔬有效凈化；專利CN201163986采用臭氧氧化和光催化結(jié)合的方法，實(shí)現(xiàn)了氧化降解有機(jī)污染物的目的?，F(xiàn)有技術(shù)的果蔬清洗裝置大多使用臭氧氧化的方法，無(wú)法消除過(guò)量臭氧對(duì)人體健康的傷害和威脅，并且農(nóng)藥殘留的降解效率低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)大批量果蔬的自動(dòng)化和連續(xù)化清洗。針對(duì)市售果蔬清洗機(jī)，中國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)聯(lián)合會(huì)臭氧專業(yè)委員會(huì)主任王世汶表示，目前市場(chǎng)上的果蔬清洗機(jī)主要是使用臭氧“殺毒滅菌”。臭氧雖然在這方面功效顯著，但這多是指質(zhì)量、濃度較高的“大臭氧”，價(jià)格過(guò)百萬(wàn)的大臭氧機(jī)的殺毒滅菌功效并非臭氧產(chǎn)量、濃度有限的小型家用臭氧機(jī)所能相提并論。中科院農(nóng)產(chǎn)品安全與環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心主任王顏紅表示，多年的實(shí)驗(yàn)證明，果蔬清洗機(jī)的確可清除一些果蔬表面殘留的農(nóng)藥，而且臭氧濃度越高，除毒效果越好，但家用機(jī)的去除力也就在10%到20%左右(《北京青年報(bào)》2010年12 月沈日)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法。本發(fā)明提供的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步驟向果蔬清洗裝置的清洗箱或內(nèi)膽中加入水，將需要清洗的果蔬放在多孔托板上， 調(diào)節(jié)所述多孔托板的高度使需要清洗的果蔬完全浸沒(méi)在水中；將氧氣和/或空氣經(jīng)所述多孔托板引入到所述內(nèi)膽內(nèi)并產(chǎn)生大量氣泡，使得氧氣和/或空氣充分溶解在水中；開(kāi)啟超聲波發(fā)生器；通過(guò)控制器的控制開(kāi)啟紫外光源，所述紫外光源發(fā)出的紫外光透過(guò)透光窗出射到所述內(nèi)膽的光催化劑膜上，超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用使得水中產(chǎn)生大量的羥基自由基OH ·和負(fù)氧離子自由基· 02_，以使果蔬表面的農(nóng)藥殘留氧化降解。優(yōu)選地，所述超聲波發(fā)生器的工作頻率為IO-IOOOkHz,其發(fā)出的超聲波聲強(qiáng)為 I-IOOff · CnT2。優(yōu)選地，所述紫外光源發(fā)出的紫外光的波長(zhǎng)為100-400nm。優(yōu)選地，通過(guò)輸氣導(dǎo)管將氧氣和/或空氣從氣源經(jīng)所述多孔托板引入到所述內(nèi)膽內(nèi)，氧氣和/或空氣的通入量為10-50SCCm。優(yōu)選地，所述清洗箱或所述內(nèi)膽中水的溫度為20-50°C。優(yōu)選地，所述方法清洗果蔬需要的時(shí)間為10-30分鐘。優(yōu)選地，通過(guò)可調(diào)支架調(diào)節(jié)所述多孔托板的高度。優(yōu)選地，通過(guò)所述多孔托板上的小孔和/或微孔曝氣頭使引入到所述內(nèi)膽內(nèi)的氧
氣和/或空氣產(chǎn)生大量的氣泡。優(yōu)選地，通過(guò)所述控制器控制所述超聲波發(fā)生器的功率和所述可調(diào)支架的運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明具有如下有益效果(1)所述果蔬清洗方法不需要臭氧，消除了臭氧在使用過(guò)程中對(duì)人體和環(huán)境可能產(chǎn)生的危害；(2)在不添加任何化學(xué)清洗劑的情況下，所述果蔬清洗方法利用超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)降解果蔬農(nóng)藥殘留的目的，既提高了農(nóng)藥殘留的降解效率，又有效地減少了對(duì)人體和環(huán)境的危害，實(shí)現(xiàn)了綠色清洗；(3)所述果蔬清洗方法既適用于家庭中少量果蔬的清洗，又適用于大批量果蔬的自動(dòng)化和連續(xù)化清洗；(4)采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面農(nóng)藥殘留的降解率能夠達(dá)到40% -70%。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的超聲波-光催化耦合果蔬清洗裝置的清洗箱及其內(nèi)部部件的示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例2的超聲波-光催化耦合果蔬清洗裝置的清洗箱及其內(nèi)部部件的示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的內(nèi)容作進(jìn)一步的描述。實(shí)施例1本實(shí)施例采用的果蔬清洗裝置包括清洗箱101、具有透光窗105的內(nèi)膽102、四個(gè)紫外光源103、多孔托板104、可調(diào)支架106、微孔曝氣頭107、超聲波發(fā)生器、控制器、氣源、 輸氣導(dǎo)管、電動(dòng)機(jī)和散熱器。所述清洗裝置的所述清洗箱101及其內(nèi)部部件如圖1所示。所述清洗箱101采用不透光的材質(zhì)，其形狀為長(zhǎng)方體形且上端開(kāi)口。所述清洗箱101的容積為5-10L。在本實(shí)施例中，所述清洗箱101的容積例如為5L。所述內(nèi)膽102置于所述清洗箱101內(nèi)，其上端和下端開(kāi)口，且所述內(nèi)膽102能夠從所述清洗箱101上拆卸。所述多孔托板104位于所述內(nèi)膽102內(nèi)且能夠在所述內(nèi)膽102內(nèi)上下移動(dòng)。所述紫外光源103被隔離罩108密封安裝在所述清洗箱101內(nèi)的四角處，使得所述清洗箱101內(nèi)的水無(wú)法進(jìn)入所述紫外光源103。所述清洗箱101的四角處各設(shè)有遮光蓋，用于遮擋所述紫外光源103發(fā)出且向上出射的紫外光。所述內(nèi)膽102的四角處各安裝有透光窗105。所述清洗箱101、所述內(nèi)膽102和所述紫外光源103的設(shè)置使得所述紫外光源103發(fā)出的紫外光僅能依次透過(guò)所述隔離罩108和所述透光窗105出射到所述內(nèi)膽102內(nèi)。除所述透光窗105外的所述內(nèi)膽 102的內(nèi)壁上覆有光催化劑膜。在本實(shí)施例中，所述透光窗105和所述隔離罩108采用例如石英玻璃材質(zhì)，所述光催化劑膜采用例如二氧化鈦T^2膜。所述可調(diào)支架106位于所述多孔托板104的下方，用于調(diào)節(jié)所述多孔托板104的高度。所述微孔曝氣頭107安裝在所述多孔托板104上。所述輸氣導(dǎo)管一端與所述氣源連接，另一端分為兩路，其中一路置于所述多孔托板104下方，另一路與所述微孔曝氣頭107連接。所述輸氣導(dǎo)管用于將例如氧氣從所述氣源經(jīng)所述多孔托板104上的小孔和/或所述微孔曝氣頭107引入到所述內(nèi)膽102 內(nèi)。所述多孔托板104上的小孔和所述微孔曝氣頭107用于產(chǎn)生大量氣泡，使得氧氣在水中充分溶解。所述超聲波發(fā)生器用于為所述清洗裝置提供超聲波。所述控制器用于控制所述超聲波發(fā)生器的功率、每一個(gè)所述紫外光源103的開(kāi)啟和關(guān)閉、以及所述可調(diào)支架106的運(yùn)動(dòng)。所述電動(dòng)機(jī)用于為所述可調(diào)支架106提供動(dòng)力。所述散熱器用于在清洗過(guò)程中降低所述清洗裝置的溫度。本實(shí)施例提供的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步驟向所述果蔬清洗裝置的清洗箱101中加入水，將需要清洗的果蔬放在多孔托板 104上，調(diào)節(jié)所述多孔托板104的高度使需要清洗的果蔬完全浸沒(méi)在水中；將例如氧氣經(jīng)所述多孔托板104引入到所述內(nèi)膽102內(nèi)并產(chǎn)生大量氣泡，使得氧氣充分溶解在水中；開(kāi)啟超聲波發(fā)生器；通過(guò)控制器的控制開(kāi)啟紫外光源103，所述紫外光源103發(fā)出的紫外光透過(guò)透光窗105出射到所述內(nèi)膽102的光催化劑膜上，超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用使得水中產(chǎn)生大量的羥基自由基OH ·和負(fù)氧離子自由基· 02_，以使果蔬表面的農(nóng)藥殘留氧化降解。當(dāng)紫外光出射到所述光催化劑膜上時(shí)，所述光催化劑膜吸收紫外光后產(chǎn)生光生電子和光生空穴。所述光生空穴將催化劑膜表面的水分子或氫氧根離子氧化成羥基自由基 OH ·；所述光生電子與水中的氧氣作用，生成負(fù)氧離子自由基· 02_。所述羥基自由基OH ·和所述負(fù)氧離子自由基· (V的氧化性很強(qiáng)，能夠?qū)⑥r(nóng)藥殘留氧化降解成無(wú)機(jī)小分子、二氧化碳和水等無(wú)毒無(wú)害物質(zhì)。超聲波的空化作用既能加速所述羥基自由基OH 和所述負(fù)氧離子自由基· O2-的形成，又能使農(nóng)藥殘留熱解。所述超聲波發(fā)生器的工作頻率為IO-IOOOkHz,其發(fā)出的超聲波聲強(qiáng)為 Ι-lOOW.cnT2。所述紫外光源103發(fā)出的紫外光的波長(zhǎng)為100-400nm。通過(guò)輸氣導(dǎo)管將例如氧氣從氣源經(jīng)所述多孔托板104引入到所述內(nèi)膽102內(nèi)，氧氣的通入量為10-50sCCm。所述清洗箱101中水的溫度為20-50°C。所述方法清洗果蔬需要的時(shí)間為10-30分鐘。通過(guò)可調(diào)支架106調(diào)節(jié)所述多孔托板104的高度。通過(guò)電動(dòng)機(jī)為所述可調(diào)支架106提供動(dòng)力。通過(guò)所述多孔托板104上的小孔和/或微孔曝氣頭107使引入到所述內(nèi)膽102內(nèi)的氧氣產(chǎn)生大量的氣泡。通過(guò)散熱器降低所述果蔬清洗裝置的溫度。通過(guò)所述控制器控制所述超聲波發(fā)生器的功率和所述可調(diào)支架106的運(yùn)動(dòng)。清洗結(jié)束后，將清洗干凈的果蔬從所述多孔托板104上取下。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面農(nóng)藥殘留的降解率能夠達(dá)到40%-70%o實(shí)施例2本實(shí)施例采用的果蔬清洗裝置包括清洗箱201、具有透光窗205的內(nèi)膽202、兩個(gè)紫外光源203、多孔托板204、可調(diào)支架206、微孔曝氣頭207、超聲波發(fā)生器、控制器、氣源、 輸氣導(dǎo)管、電動(dòng)機(jī)和散熱器。所述清洗裝置的所述清洗箱201及其內(nèi)部部件如圖2所示。所述清洗箱201采用不透光的材質(zhì)，其形狀為圓筒形且上端開(kāi)口。所述內(nèi)膽202置于所述清洗箱201內(nèi)，其上端開(kāi)口，且所述內(nèi)膽202能夠從所述清洗箱201上拆卸。所述內(nèi)膽202的容積為5-10L。在本實(shí)施例中，所述內(nèi)膽202的容積例如為10L。所述多孔托板204位于所述內(nèi)膽202內(nèi)且能夠在所述內(nèi)膽202內(nèi)上下移動(dòng)。兩個(gè)所述紫外光源203例如對(duì)稱地安裝在所述清洗箱201與所述內(nèi)膽202之間。所述內(nèi)膽202的側(cè)壁上安裝有透光窗205。所述清洗箱201、所述內(nèi)膽202和所述紫外光源203的設(shè)置使得所述紫外光源203發(fā)出的紫外光僅能透過(guò)所述透光窗205出射到所述內(nèi)膽202內(nèi)。除所述透光窗205外所述內(nèi)膽202的內(nèi)壁上覆有光催化劑膜。在本實(shí)施例中，所述透光窗205采用例如石英玻璃材質(zhì)，所述光催化劑膜采用例如二氧化鈦TW2膜。所述可調(diào)支架206位于所述多孔托板204的下方，用于調(diào)節(jié)所述多孔托板204的高度。所述微孔曝氣頭207安裝在所述多孔托板204上。所述輸氣導(dǎo)管一端與所述氣源連接，另一端分為兩路，其中一路置于所述多孔托板204下方，另一路與所述微孔曝氣頭207連接。所述輸氣導(dǎo)管用于將例如空氣從所述氣源經(jīng)所述多孔托板 204上的小孔和/或所述微孔曝氣頭207引入到所述內(nèi)膽202內(nèi)。所述多孔托板204上的小孔和所述微孔曝氣頭207用于產(chǎn)生大量氣泡，使得空氣中的氧氣在水中充分溶解。所述超聲波發(fā)生器用于為所述清洗裝置提供超聲波。所述控制器用于控制所述超聲波發(fā)生器的功率、每一個(gè)所述紫外光源203的開(kāi)啟和關(guān)閉、以及所述可調(diào)支架206的運(yùn)動(dòng)。所述電動(dòng)機(jī)用于為所述可調(diào)支架206提供動(dòng)力。所述散熱器用于在清洗過(guò)程中降低所述清洗裝置的溫度。本實(shí)施例提供的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步驟向所述果蔬清洗裝置的內(nèi)膽202中加入水，將需要清洗的果蔬放在多孔托板204 上，調(diào)節(jié)所述多孔托板204的高度使需要清洗的果蔬完全浸沒(méi)在水中；將例如空氣經(jīng)所述多孔托板204引入到所述內(nèi)膽202內(nèi)并產(chǎn)生大量氣泡，使得空氣中的氧氣充分溶解在水中；開(kāi)啟超聲波發(fā)生器；通過(guò)控制器的控制開(kāi)啟紫外光源203，所述紫外光源203發(fā)出的紫外光透過(guò)透光窗205出射到所述內(nèi)膽202的光催化劑膜上，超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用使得水中產(chǎn)生大量的羥基自由基OH ·和負(fù)氧離子自由基· 02_，以使果蔬表面的農(nóng)藥殘留氧化降解。當(dāng)紫外光出射到所述光催化劑膜上時(shí)，所述光催化劑膜吸收紫外光后產(chǎn)生光生電子和光生空穴。所述光生空穴將催化劑膜表面的水分子或氫氧根離子氧化成羥基自由基 OH ·；所述光生電子與水中的氧氣作用，生成負(fù)氧離子自由基· 02_。所述羥基自由基OH ·和所述負(fù)氧離子自由基· (V的氧化性很強(qiáng)，能夠?qū)⑥r(nóng)藥殘留氧化降解成無(wú)機(jī)小分子、二氧化碳和水等無(wú)害物質(zhì)。超聲波的空化作用既能加速所述羥基自由基OH 和所述負(fù)氧離子自由基· O2-的形成，又能使農(nóng)藥殘留熱解。所述超聲波發(fā)生器的工作頻率為IO-IOOOkHz,其發(fā)出的超聲波聲強(qiáng)為I-IOOff · cm_2。通過(guò)輸氣導(dǎo)管將例如空氣從氣源經(jīng)所述多孔托板204引入到所述內(nèi)膽202 內(nèi)，空氣的通入量為10-50sCCm。所述紫外光源203發(fā)出的紫外光的波長(zhǎng)為100-400nm。所述內(nèi)膽202中水的溫度為20-50°C。所述方法清洗果蔬需要的時(shí)間為10-30分鐘。通過(guò)可調(diào)支架206調(diào)節(jié)所述多孔托板204的高度。通過(guò)電動(dòng)機(jī)為所述可調(diào)支架206提供動(dòng)力。通過(guò)所述多孔托板204上的小孔和/或微孔曝氣頭207使引入到所述內(nèi)膽202內(nèi)的空氣產(chǎn)生大量的氣泡。通過(guò)散熱器降低所述果蔬清洗裝置的溫度。通過(guò)所述控制器控制所述超聲波發(fā)生器的功率和所述可調(diào)支架206的運(yùn)動(dòng)。清洗結(jié)束后，將清洗干凈的果蔬從所述多孔托板204上取下。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面農(nóng)藥殘留的降解率能夠達(dá)到40% -70%。本發(fā)明提供的所述果蔬清洗方法既適用于家庭中少量果蔬的清洗，又適用于大批量果蔬的自動(dòng)化和連續(xù)化清洗。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，該方法包括如下步驟向果蔬清洗裝置的清洗箱(1)或內(nèi)膽O)中加入水，將需要清洗的果蔬放在多孔托板 (4)上，調(diào)節(jié)所述多孔托板的高度使需要清洗的果蔬完全浸沒(méi)在水中；將氧氣和/或空氣經(jīng)所述多孔托板⑷引入到所述內(nèi)膽⑵內(nèi)并產(chǎn)生大量氣泡，使得氧氣和/或空氣充分溶解在水中；開(kāi)啟超聲波發(fā)生器；通過(guò)控制器的控制開(kāi)啟紫外光源(3)，所述紫外光源C3)發(fā)出的紫外光透過(guò)透光窗(5) 出射到所述內(nèi)膽O)的光催化劑膜上，超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用使得水中產(chǎn)生大量的羥基自由基OH ·和負(fù)氧離子自由基· 02_，以使果蔬表面的農(nóng)藥殘留氧化降解。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述超聲波發(fā)生器的工作頻率為IO-IOOOkHz,其發(fā)出的超聲波聲強(qiáng)為1-100W · cnT2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述紫外光源(3)發(fā)出的紫外光的波長(zhǎng)為100-400nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通過(guò)輸氣導(dǎo)管將氧氣和/或空氣從氣源經(jīng)所述多孔托板⑷引入到所述內(nèi)膽⑵內(nèi)，氧氣和/或空氣的通入量為10-50sccm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述清洗箱 ⑴或所述內(nèi)膽O)中水的溫度為20-50°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述方法清洗果蔬需要的時(shí)間為10-30分鐘。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通過(guò)可調(diào)支架(6)調(diào)節(jié)所述多孔托板的高度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通過(guò)所述多孔托板(4)上的小孔和/或微孔曝氣頭(7)使引入到所述內(nèi)膽O)內(nèi)的氧氣和/或空氣產(chǎn)生大量的氣泡。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通過(guò)所述控制器控制所述超聲波發(fā)生器的功率和所述可調(diào)支架(6)的運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種超聲波-光催化耦合果蔬清洗方法，該方法包括如下步驟向果蔬清洗裝置的清洗箱(1)或內(nèi)膽(2)中加入水，將需要清洗的果蔬放在多孔托板(4)上，調(diào)節(jié)所述多孔托板(4)的高度使需要清洗的果蔬完全浸沒(méi)在水中；將氧氣和/或空氣經(jīng)所述多孔托板(4)引入到所述內(nèi)膽(2)內(nèi)并產(chǎn)生大量氣泡，使得氧氣和/或空氣充分溶解在水中；開(kāi)啟超聲波發(fā)生器；通過(guò)控制器的控制開(kāi)啟紫外光源(3)，所述紫外光源(3)發(fā)出的紫外光透過(guò)透光窗(5)出射到所述內(nèi)膽(2)的光催化劑膜上，超聲波、光催化和氧氣的協(xié)同作用使得水中產(chǎn)生大量的羥基自由基OH·和負(fù)氧離子自由基·O2-，以使果蔬表面的農(nóng)藥殘留氧化降解。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面農(nóng)藥殘留的降解率能夠達(dá)到40％-70％。
文檔編號(hào)A23L1/015GK102415836SQ20111040416
公開(kāi)日2012年4月18日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者祁曉月 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)