本發(fā)明涉及光催化產(chǎn)過(guò)氧化氫和滅菌，尤其涉及一種基于光催化生產(chǎn)過(guò)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(wèn)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(jiàn)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(guò)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(wú)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(guò)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(wèn)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(guò)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(guò)氧化氫水溶液的過(guò)氧化氫生產(chǎn)模塊；

4、用于將含有過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(kāi)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(kāi)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(guò)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(kāi)第一氙燈、氧氣瓶以及氣體流量計(jì)；

24、并通過(guò)開(kāi)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(guò)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(guò)氧化氫；

28、所述第一光生空穴用于氧化水生成過(guò)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(wú)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(guò)開(kāi)啟混合模塊將過(guò)氧化氫生產(chǎn)模塊獲取的過(guò)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(kāi)啟第二氙燈并通過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)管路將通過(guò)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(guò)氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器及使用方法，通過(guò)過(guò)氧化氫生產(chǎn)模塊獲取含有過(guò)氧化氫水溶液，并將其傳輸至混合模塊，以用于將含有過(guò)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(guò)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(guò)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。

技術(shù)特征：

1.一種基于光催化生產(chǎn)過(guò)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(guò)氧化氫水溶液的過(guò)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(guò)氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器，其特征在于，所述過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器，其特征在于，包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光催化生產(chǎn)過(guò)氧化氫的壓載水滅菌反應(yīng)器及使用方法，通過(guò)過(guò)氧化氫生產(chǎn)模塊獲取含有過(guò)氧化氫水溶液，并將其傳輸至混合模塊，以用于將含有過(guò)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(guò)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(guò)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的缺陷。

技術(shù)研發(fā)人員：姜文君,馬昊陽(yáng),詹溯,周鋒
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大連海事大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19