一种基于H2O2原位合成的UV/H2O2室内空气消毒技术的制作方法

一种基于h2o2原位合成的uv/h2o2室内空气消毒技术
1.(一)技术领域
2.本发明所涉及的领域是电化学合成领域，特别涉及一种紫外与h2o2结合用于室内空气消毒的技术。
(二)

背景技术：

3.空气中存在大量的细菌微生物，室外空气中常见的微生物有产芽胞杆菌、产色素细菌及真菌孢子等，室内空气中常见的病原菌有结核杆菌、溶血性球菌、白喉杆菌、百日咳杆菌等。但室内空气中的微生物的数量比室外更多，尤其是在公共场所、医院病房、门诊等人口密集的地方，容易受到带菌者和病人的污染。
4.紫外线(uv)/h2o2工艺是用于有机化合物降解和消毒的最广泛使用的高级氧化工艺(aop)。与fenton、uv/过氧化二硫酸盐、uv/h2o2/nahco3等其他aop相比，uv/h2o2工艺过程中羟基自由基(
·
oh)起主要作用导致微生物失活并且过程中未引入其他离子，消毒结束后没有危害性物质残留。雾化的 h2o2雾滴具有粒径小，活化速度更快等优势，可以在短时间内弥漫到空气各个角落，有效杀灭空气中的细菌或病毒，满足大面积、短时效及全方位的消毒需求。同时雾化h2o2后，紫外对h2o2的透过率更高，使得h2o2的光分解加快，产生更多的具有较高活性的
·
oh，从而提升杀菌效果。
5.h2o2的原位合成是一种绿色高效的产生h2o2的方式，这种绿色方法避免传统工艺合成h2o2问题，如蒽醌氧化(ao)工艺过程中能量输入大、步骤复杂、产生的废弃物多等问题，同时避免了在h2o2的运输过程中由存储和处理带来的潜在的危害和额外成本。
6.碳基材料因其表面积大，电导率高，耐腐蚀性，总体丰度高和价格低廉等优点被广泛用于催化材料。目前在电化学体系中，空气呼吸阴极是一种十分有潜力的阴极形式。空气呼吸阴极由浸没于电解质溶液的催化层(cl)和暴露于空气的疏水气体扩散层(gdl)组成，空气中的氧气通过扩散层扩散进入催化层，并在阴极发生orr反应原位产生h2o2。
7.(三)目的
8.本发明的目的是通过使用可以原位生成的h2o2的uv/h2o2系统，对室内空气进行消毒。炭黑/石墨空气呼吸阴极在电化学体系中可以绿色高效的原位生产h2o2，通过将h2o2雾化喷洒到空气中，结合uv辐射，进一步提高室内空气消毒效率和消毒效果。
9.(四)技术方案
10.本发明为解决以上问题，采用如下技术方案：
11.本发明利用炭黑/石墨空气呼吸阴极原位生产h2o2，将雾化h2o2与uv辐射结合，在消毒装置内对空气进行消毒，消毒后采用平板暴露沉降法对消毒前后空气中的细菌进行采集培养，观察消毒效果。
12.(1)消毒装置：如图1所示。装置(15cm
×
15cm
×
15cm、30cm
×
30cm
×ꢀ
30cm、45cm
×
45cm
×
45cm)四周平行放置可拆卸紫外灯，紫外设备采用不同功率低压紫外灯(4
‑
100w，
254nm)，顶部安装h2o2雾化喷头，侧下方留有活动开口，用于放置营养琼脂平板采样。
13.(2)制备营养琼脂培养基：将蛋白胨10g，牛肉浸膏3g，nacl 3g,nah2po
4 1g,琼脂20g，蒸馏水1000ml混合后加热溶解，调节ph值到7.8
‑
8.0，过滤杂质，分装于锥形瓶中，高压蒸汽灭菌20min，倾注适量于已灭菌的培养皿内，制成营养琼脂平板。
14.(3)空气呼吸阴极的制备：空气呼吸阴极由gdl，cl和用作集电器的钢网组成。cl由炭黑(cb)，石墨和作粘合剂的ptfe乳液(60wt.％)组成，比例为1g：5g：0.57ml。gdl由cb和ptfe乳液(60wt.％)组成，比例为4g： 6ml。
15.(4)h2o2的原位生成：h2o2的生产是在单室反应器(28ml，直径3cm和长4cm)的双电极系统中进行的，阳极使用pt电极，阴极使用炭黑/石墨空气呼吸阴极。在20macm
‑2，50mm na2so4(ph＝7)作电解质溶液的条件下原位生产h2o2。将1h内累积的h2o2(2044
±
126mg l
‑1)雾化喷洒到消毒装置中。
16.(5)设置对照组实验：设置单uv消毒、uv/h2o2消毒组，使用不同功率紫外灯结合雾化h2o2或h2o2溶液消毒，消毒后将营养琼脂平板打开皿盖置于不同尺寸装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
17.与已有相关报导相比，本发明的有益效果体现在本发明的原位生成h2o2，这种绿色方法避免传统工艺合成h2o2问题，如蒽醌氧化(ao)工艺过程中能量输入大、步骤复杂、产生的废弃物多等问题，同时避免了在h2o2的运输过程中由存储和处理带来的潜在的危害和额外成本。通过将h2o2雾化喷洒到空气中，加大羟基自由基与空气中细菌的接触面积，从而更高的进行消毒。同时，与其他 aop相比，uv/h2o2工艺过程中羟基自由基(
·
oh)起主要作用导致微生物失活并且过程中未引入其他离子，具有较好的杀菌效果。
(五)附图说明
18.图1为消毒设备配置示意图。
19.图2为在电流密度为20ma cm
‑2下，累积的h2o2浓度和ce随运行时间的变化。
20.图3为使用6w紫外灯，30cm
×
30cm
×
30cm装置条件下，不同消毒工艺下空气消毒后菌落数。
(六)具体实施方式
21.下面结合实施例对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不限于此。
22.制备营养琼脂培养基。蛋白胨10g，牛肉浸膏3g，nacl 3g,nah2po41 g, 琼脂20g，蒸馏水1000ml混合后加热溶解，调节ph值到7.8
‑
8.0，过滤杂质，分装于锥形瓶中，高压蒸汽灭菌20min，倾注适量于已灭菌的培养皿内，制成营养琼脂平板。
23.消毒装置如图1。装置(15cm
×
15cm
×
15cm、30cm
×
30cm
×
30cm、 45cm
×
45cm
×
45cm)四周平行放置可拆卸紫外灯，紫外设备采用不同功率低压紫外灯(4w、6w、8w，254nm)，顶部安装h2o2雾化喷头，侧下方留有活动开口，用于放置营养琼脂平板采样。
24.实施例1
25.单uv法消毒。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置4w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
26.实施例2
27.单uv法消毒。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置4w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
28.实施例3
29.单uv法消毒。使用45cm
×
45cm
×
45cm装置，放置4w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
30.实施例4
31.单uv法消毒。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置6w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
32.实施例5
33.单uv法消毒。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置6w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
34.实施例6
35.单uv法消毒。使用45cm
×
45cm
×
45cm装置，放置6w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
36.实施例7
37.单uv法消毒。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置8w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
38.实施例8
39.单uv法消毒。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置8w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
40.实施例9
41.单uv法消毒。使用45cm
×
45cm
×
45cm装置，放置8w紫外灯。在分别辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
42.实施例10
43.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前1h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置4w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
44.实施例11
45.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置4w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
46.实施例12
47.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2溶液喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置4w紫外灯。在辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
48.实施例13
49.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前1h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置6w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
50.实施例14
51.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置6w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
52.实施例15
53.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2溶液喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置6w紫外灯。在辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
54.实施例16
55.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前1h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用15cm
×
15cm
×
15cm装置，放置8w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
56.实施例17
57.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20ma cm
‑2，50mm na2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2经雾化连续喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置8w紫外灯。在辐射0、1、3和5min 后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
58.实施例18
59.使用炭黑/石墨空气呼吸电极作为阴极在20macm
‑2，50mmna2so4(ph＝7) 作电解质溶液条件下原位生成h2o2，将前2h积累的h2o2溶液喷洒到装置内。使用30cm
×
30cm
×
30cm装置，放置8w紫外灯。在辐射0、1、3和5min后，将营养琼脂平板打开皿盖置于装置内，在空气中暴露5min，盖上皿盖，将平板倒转，置于37℃恒温培养箱中培养24h后计数菌落数。
60.上述实施例为本发明较佳的实施方式，然而本发明的实施方式并不限于上述实施例，其他未背离本发明实质与原理下所做的改变、替代、组合、修饰与简化，均认为是等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。