一种高温蒸汽灭菌装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种高温蒸汽灭菌装置。高温蒸汽灭菌装置包括蒸汽室、覆盖在蒸汽室上的聚光板、装配在蒸汽室内部的载物盘和蓄水杯、以及位于蓄水杯中的光热蒸发材料；所述光热蒸发材料包括隔热体和覆盖在隔热体外表面的吸光体，所述吸光体为表面经亲水官能团修饰的垂直取向石墨烯，所述隔热体为石墨烯泡沫。本发明专利技术提供的高温蒸汽灭菌装置以分布广泛、绿色清洁的太阳能作为驱动力，不消耗电能、结构简单、体积小、便于携带且操作简单。本发明专利技术通过采用兼备捕集光能、阻滞热流传递的光热蒸发材料，大大提高了装置的光热转化效率，灭菌时间短，灭菌效果良好。

A High Temperature Steam Sterilization Device

【技术实现步骤摘要】
一种高温蒸汽灭菌装置
本专利技术属于灭菌
，特别涉及一种高温蒸汽灭菌装置。
技术介绍
高温蒸汽灭菌是一种简单、可靠的物理灭菌法，已经在医疗、卫生、预防和保健等相关领域中广泛应用[Y.Zhangetal.Nanoscale2017,9:19384]。高温蒸汽不仅可以杀死一般的细菌、真菌等微生物，对芽胞、孢子也有杀灭效果，能够从源头上阻止病毒和疾病的传播。高温蒸汽灭菌过程通常是依靠电力驱动，如公开号为CN107648627A的中国专利文献公开的一种蒸汽消毒装置，使用底部的电加热板加热水，产生蒸汽，进行杀菌消毒；公开号为CN107335075A的中国专利文献公开的蒸汽杀菌装置，通过水腔底部的电热板加热驱动。然而，世界上的许多偏远地区没有电力供应，导致例如医疗废弃物处理等许多医疗服务难以实施，病毒和疾病的传播问题难以解决，这一现象在发展中国家尤为严重。因此，如何在离网状态下实现消毒、灭菌是当今世界遇到的难题。太阳能是地球上分布最广，储量最大的能源，如果能够通过清洁的方式，利用太阳能驱动高温蒸汽灭菌，将有助于改善偏远地区的医疗卫生现状。然而，对于现有的太阳能驱动高温蒸汽灭菌装置，其结构往往较为复杂，对工艺技术往往要求较高，如：复杂的管路、如分离式的设计[O.Neumannal.etal.PNAS2013,110:11677-11681]；并且体积较为庞大，不易携带，操作复杂，如：大面积的聚光器、大体积的支撑架[T.Kasemanetal.Am.J.Trop.Med.Hyg.2012,87:602-607；M.N.Dravidetal.J.Hosp.Infect.2012,80:345-347]。相对而言，简易、便携、一体化的太阳能驱动高温蒸汽灭菌装置将具有更强的应用价值和更广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高温蒸汽灭菌装置，以分布广泛、绿色清洁的太阳能作为驱动力，不消耗电能，可应用的区域广。本专利技术装置结构简单，体积小，便于携带，且操作简单。本专利技术通过采用兼备捕集光能、阻滞热流传递的光热蒸发材料，大大提高了装置的光热转化效率，灭菌时间短，灭菌效果良好。一种高温蒸汽灭菌装置，所述高温蒸汽灭菌装置包括蒸汽室、覆盖在蒸汽室上的聚光板、装配在蒸汽室内部的载物盘和蓄水杯、以及位于蓄水杯中的光热蒸发材料。优选的，所述载物盘竖直方向有若干个通孔；蒸汽冷凝后通过通孔流到蒸汽室的底部，避免冷凝水黏附在待灭菌物体上，影响灭菌效果。所述聚光板将光束聚集到蓄水杯内。优选的，所述聚光板与蓄水杯的横截面形状相同，横截面积比为10-100：1，聚光板与蓄水杯同心装配。优选的，所述蒸汽室的内部设置安装载物盘的托台。拖台可以使载物盘与蒸汽室的底部不接触。优选的，所述载物盘的中心设置凹槽，所述凹槽的尺寸与蓄水杯底部的尺寸相当。所述凹槽用于固定蓄水杯的安装位置，保证蓄水杯与聚光板的同心装配关系。优选的，所述高温蒸汽灭菌装置还包括密封圈和卡箍，所述密封圈和卡箍用于固定所述聚光板。将载物盘放置在蒸发室的托台上；把蓄水杯安放在载物台中心的凹槽里；向蓄水杯加入一定量的水，并将光热蒸发材料从上放入蓄水杯，光热蒸发材料漂浮于水面之上；将需要灭菌的物品放在蒸发室内的载物盘上；随后将聚光板覆盖在蒸发室上，用于将入射光汇聚到光热蒸发材料的上表面，并阻止蒸汽向外溢出；并用密封圈、固定环和卡箍封闭蒸发室。所述光热蒸发材料包括隔热体和覆盖在隔热体外表面的吸光体，所述吸光体为垂直取向石墨烯，所述隔热体为石墨烯泡沫，所述垂直取向石墨烯和石墨烯泡沫以共价键形式连接；所述吸光体为表面经亲水官能团修饰的垂直取向石墨烯。光热蒸发材料以共价键的形式，将吸光体和隔热体连接成一个整体，兼备捕集光能、阻滞热流传递的功能，克服了常规局域加热系统中吸光体与隔热体易脱离问题，提高了系统的稳定性。所述吸光体捕集太阳能，并将光能转化为热能，产生局部高温；所述隔热体阻滞热流传递，减少散热。所述垂直取向石墨烯由碳纳米壁阵列组成。所述石墨烯泡沫为多孔结构。经亲水官能团修饰的垂直取向石墨烯可作为液体流道，通过毛细作用传输液体到局部高温区域，实现快速光热蒸发；并且保护隔热体免受液体润湿，避免热流通过渗入的液体向外传递，解决了常规局域加热系统中液体渗入隔热体内部所引起的热损失问题，提高了系统的光热转化效率。所述亲水官能团为含氧官能团。所述含氧官能团选自羟基(-OH)、羰基(-CHO)和羧基(-COOH)中的一种或至少两种的组合。-OH、-CHO、-CHO为亲水基团，在垂直取向石墨烯表面修饰上述一种或至少两种亲水官能团，能够增强垂直取向石墨烯与水之间的亲和力，增强垂直取向石墨烯的毛细作用。所述吸光体的吸光率为90-99％，所述隔热体的热导率为0.02-0.2Wm-1K-1。优选的，所述吸光体的吸光率为97.0-98.2％，所述隔热体的热导率为0.031-0.041Wm-1K-1。本专利技术还提供一种光热蒸发材料的制备方法，包括如下步骤：(1)配制氧化石墨烯水溶液，(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯水溶液转移到高温高压反应釜中进行水热法反应，冷却得到石墨烯水凝胶；(3)用乙醇水溶液浸泡步骤(2)得到的石墨烯水凝胶；(4)将石墨烯水凝胶转移到冷冻腔冷冻，之后转移到干燥腔真空干燥，得到石墨烯泡沫；(5)将获得的石墨烯泡沫放置于等离子体增强化学气相沉积反应腔内，通入甲烷或者氢气与甲烷的混合气，进行化学气相沉积反应后，通入惰性气体，冷却，得到垂直取向石墨烯/石墨烯泡沫；(6)将步骤(5)得到的垂直取向石墨烯/石墨烯泡沫暴露于臭氧环境中，在垂直取向石墨烯的表面产生修饰亲水官能团，得到光热蒸发材料。优选的，所述步骤(1)中的氧化石墨烯水溶液还包括添加剂，所述添加剂包括十水四硼酸钠、胺基化合物或其混合物；所述氧化石墨烯的浓度为1-10gL-1，所述十水四硼酸钠浓度为0-10，所述的胺基化合物的浓度为0-100；所述十水四硼酸钠浓度和胺基化合物的浓度不同时为0。氧化石墨烯的浓度与所制备的石墨烯泡沫的密度、机械强度、热导率以及制备成本都有直接关系。当氧化石墨烯的浓度增加，石墨烯泡沫的密度增加，机械强度增强，热导率升高，制备成本增加；当石墨烯氧化浓度小于1gL-1时，所制备的石墨烯泡沫的机械强度较弱，在实际应用的过程中容易损坏；当氧化石墨烯浓度大于10gL-1时，所制备的石墨烯泡沫的密度和热导率增加，会削弱在光热蒸发应用中的光热转化效率，并且制备成本的增加也不利于该材料的实际应用。四硼酸钠被用作石墨烯水凝胶合成过程中的结构强化剂，能够增强石墨烯泡沫的机械强度。另外，四硼酸钠会促进热水反应过程中的团聚，进而影响石墨烯泡沫的热导率。胺基化合物的浓度也会同时影响石墨烯泡沫的热导率和机械强度。优选的，所述步骤(1)中的氧化石墨烯水溶液包括氧化石墨烯、十水四硼酸钠和胺基化合物，其浓度分别为4-6gL-1、1-5mmolL-1和4-20mmolL-1。当氧化石墨烯的浓度为4-6gL-1时，所制备的石墨烯泡沫既具有良好的机械性能，又具有较低的密度和热导率。当十水四硼酸钠的浓度<1mmolL-1时，四硼酸钠的结构强化作用较弱，所获得的石墨烯泡沫结构不稳定，易损坏；当十水四硼酸钠的浓度>5mmolL-1时，团聚现象本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述高温蒸汽灭菌装置包括蒸汽室、覆盖在蒸汽室上的聚光板、装配在蒸汽室内部的载物盘和蓄水杯、以及位于蓄水杯中的光热蒸发材料。

【技术特征摘要】
1.一种高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述高温蒸汽灭菌装置包括蒸汽室、覆盖在蒸汽室上的聚光板、装配在蒸汽室内部的载物盘和蓄水杯、以及位于蓄水杯中的光热蒸发材料。2.根据权利要求1所述的高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述载物盘竖直方向有若干个通孔；所述聚光板将光束聚集到蓄水杯内；所述聚光板与蓄水杯的横截面形状相同，横截面积比为10-100：1，聚光板与蓄水杯同心装配。3.根据权利要求1所述的高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述蒸汽室的内部设置安装载物盘的托台。4.根据权利要求1所述的高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述光热蒸发材料包括隔热体和覆盖在隔热体外表面的吸光体，所述吸光体为垂直取向石墨烯，所述隔热体为石墨烯泡沫，所述垂直取向石墨烯和石墨烯泡沫以共价键形式连接；所述吸光体为表面经亲水官能团修饰的垂直取向石墨烯。5.根据权利要求4所述的高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述吸光体的吸光率为90-99％，所述隔热体的热导率为0.02-0.2Wm-1K-1。6.根据权利要求4所述的高温蒸汽灭菌装置，其特征在于，所述光热蒸发材料的制备方法包括如下步骤：(1)配制氧化石墨烯水溶液，(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯水溶液转移到高温高压反应釜中进行水热法反应，冷却得到石墨烯水凝胶；(3)用乙醇水溶液浸泡步骤(2)得到的石墨烯水凝...

【专利技术属性】
技术研发人员：薄拯，杨化超，吴声豪，严建华，岑可法，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33