养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器制造技术

本实用新型专利技术为养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器，包括反应器箱体和安装在其内的空气过滤组件、复合紫外光组件和含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体；所述的反应器箱体为左、右两端开口的箱体，左进风，右排风；所述反应器箱体内壁上设置若干列凹型安装槽，由左向右依次安装第一级空气过滤组件、复合紫外光源组件、含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体、第二级空气过滤组件。选择UV

【技术实现步骤摘要】
养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器
本技术涉及中等规模养殖场灭菌除氨
，具体为养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器。
技术介绍
畜禽养殖场面临的两大问题：生物污染和环境保护。2014年1月1日实施的《畜禽规模养殖污染防治条例》对畜禽养殖污染防治做了相关的法律规定。目前，相当一部分畜禽养殖场还是采取较为粗放型的管理模式，畜禽养殖场产生的恶臭气体、粉尘和微生物等排入大气后，通过大气气流扩散和稀释及地面植被和土壤吸收，对环境造成危害，同时，“恶臭扰民”投诉不断，影响和谐社会建设。微生物污染：对养鸡场内部而言，鸡体本身就是污染源，由于病原菌可以在土壤、粪便、尘埃中存活数月之久，其中大量的病毒和微生物暴露在空气中不断繁殖造成鸡舍污染严重。鸡大肠杆菌是一种常见的条件性致病菌，并且直接存在于鸡体内，导致病原菌在鸡体中大量繁殖而发病。近年来，鸡大肠杆菌病在养鸡场中不断蔓延和扩散，发病率和死亡率居高不下，加上大肠杆菌极易产生耐药性，使治疗费用上升，给养殖户造成巨大的经济损失。养殖场内气态污染物中，对畜禽危害最大的是氨气，而毒性最强的是硫化氢气体。氨气主要由粪便、饲料等含氨有机物分解产生。氨气刺激呼吸道黏膜，破坏其保护作用，使动物和人易感染各种呼吸道疾，使动物机体的抗病力下降，引起呼吸道炎症，严重的会导致肺水肿。要实现畜牧业的持续发展必须改善养殖场生态环境，加强对生物污染和环境污染的源头管控，实现畜禽养殖业发展和环境保护“双赢”。国内外现有杀菌技术及存在问题：目前世界上用于杀菌的方法主要是臭氧法或紫外线法。TiO2光催化技术是一项新兴的环境治理技术，成为“绿色技术”和“环境友好技术”。以纳米TiO2为催化剂催化氧化气态污染物的方法在近10年来收到广泛的重视。已发现卤代脂肪烃、卤代芳烃、有机酸类、染料、硝基烃、取代苯胺、多环芳烃、杂环化合物、胺类、烃类、酚类、表面活性剂及农药等都能有效地进行光催化反应，除毒、脱色、生成无机小分子物质，最终消除对环境的污染。TiO2光催化降解有机污染物应用的一个重要方面就是TiO2光催化杀菌。TiO2光催化剂不仅能杀死细菌，而且能同时分解细菌释放的有毒复合物。即TiO2光催化剂不仅能消减细菌的生命力，而且能攻击细菌和外层细胞。穿透细胞膜，破坏细胞膜结构，从而彻底地杀灭细菌，而且对分解和清除微生物的残留有重要作用。在我国，用于消毒和病害防治主要靠化学消毒剂和抗生素、用于除氨气的主要方法有水帘法、活性炭吸附和基于活性炭吸附的光氧技术。光催化生物反应器的存在问题：光催化反应器按照光源的不同可分为人工光源如紫外灯光，和自然光源如太阳能光催化反应器两类。普遍存在：自然可见光利用率低、仅限于紫外光源导致催化氧化效率低。国外研究表明，多种光源结构的光催化生物反应器已经被用于光降解有机污染物，并且取得了一些成功和经验。随着高效多功能集成式光催化反应器的不断开发研究，光催化生物反应器已成为杀菌灭病毒、消除病原体及有机污染物残留毒素、降解氨气等多功能一体化的高效净化装置。石墨烯对细菌病毒抑制性能：石墨烯是一种既具有抗菌性又具有良好生物相容性的纳米材料，石墨烯通过接触切割作用对细胞膜进行破坏，还可以通过大规模的直接抽提细胞膜上的磷脂分子，来破坏细胞膜并杀死细菌。研究表明：石墨烯及其衍生物与细菌作用时表现出优异的抗菌性能，其与细胞或生物体作用时只表现出微弱的细胞毒性。石墨烯同时还是抗菌活性物质的理想载体，在开发新型抗菌材料方面有巨大潜力。石墨烯对氨气吸附性能：最先研究石墨烯吸附性能的是Schedin等人，他们发现石墨烯对NH3、NO2、CO和H2O均具有较强的吸附性，采用紫外光照射可以让石墨烯解吸附；他们又进行多次吸附与解吸附试验确认石墨烯不会中毒。Huang等运用基于密度泛函的第一型原理的方法模拟仿真了本征石墨烯对CO、O2、N2、NO、NO2、CO2和NH3的吸附效果，研究表明石墨烯只对NH3有更强的吸附性。我国中科院金属所制备的海绵状石墨烯，其对NH3具有非常强的吸附性。虽然本征石墨烯拥有非常高的电子迁移率以及很大的比表面积，但是由于其结构和化学性质的局限性，只能对极少数的分子与原子表现出较强的吸附性能。因此，空位石墨烯与掺杂石墨烯才是石墨烯吸附性能的主要研究方向，同时，实际应用中，需要解决常温下解吸附的有效方法。纳米TiO2光催化对NH3去除效果：近年来，国内外学者将纳米TiO2光催化技术引进畜牧领域对NH3进行净化，效果理想且无二次污染。纳米TiO2光催化技术原理是TiO2表面经UV紫外光照射产生电子-空穴对，产生高活性的·OH自由基，NH3接触TiO2表面会发生一系列氧化还原反应，降解成H2O、N2等无害物质；2008年意大利米兰大学兽医系Guarno等在猪舍首次使用此技术，效果良好，Costa等用同样方法对猪舍内氨气进行了处理，徐鑫等采用活性炭吸附+光催化和臭氧耦合技术研制了鸡舍空气净化设备。但这些技术光催化氧化效率非常低。传统光催化氧化效率低的根本原因：第1:光源波长、照度与催化剂的响应范围不匹配。纳米TiO2接受387nm以下的光波，目前国内真空紫外灯只能做到254nm功率、飞利浦能做到365nm，但光功率不足，满足不了光催化照度要求，因此，光电转换效率低。第2:催化剂载体材料没有吸附性，不能对污染物进行富集。尽管以活性炭为吸附载体具有一定的污染物富集作用，但活性炭电阻值很大，载流子漂移速度慢，电子-空穴对复合机率加快，直接导致氧化还原反应效率低。同时，活性炭对微生物的吸附有效性低。实际工程上的处理效率在50%左右。光催化生物反应器亟待解决的核心问题：TiO2光催化氧化应用于水污染治理方面的研究较多，但涉及到光催化生物反应器的很少。目前主要在美国、加拿大、西班牙等国家进行这方面的研究，高效光催化生物反应器的设计和制造是进行一定规模用太阳能光和人造光催化降解污染物的重要环节。国外研究表明，多种波长光源结构的光催化反应器已经被用于光降解有机废物研究和实际废水处理中，并且取得了一些成功和经验。为了提高光催化生物反应器的光催化效率，研究光源系统、反应器的结构及催化剂光敏性等方面的问题是光催化技术应用于大规模工业化生产的关键所在。
技术实现思路
本技术基于石墨烯自身具有的抗菌抑菌性能、对氨气独有的吸附效能以及优良的导电性能，通过石墨烯基复合材料的成型方法，较好的解决光催化反应中激发电子在光催化剂表面积累的问题，有效抑制了激发电子-空穴复合反应，一定程度上减小了禁带宽度，改变了光催化材料的费米能级相对位置，间接调整了光催化材料导带和价带的相对位置，扩大了光催化材料催化反应的应用范围。经过典型试验、样机测试与现场试用，在不断总结和调整的基础上，设计定型的光催化生物反应器为集杀菌灭病毒，消除病原体、气态污染物及残留毒素等多功能为一体的高效净化装置。为杜绝病原体的传播扩散、预防动物疾病的暴发、减少各种化学消毒剂（尤其是抗菌素类药物），维持有益微生物群落生态平衡。养殖场灭菌除氨石墨烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器，其特征在于，包括反应器箱体（1）和安装在其内的空气过滤组件、复合紫外光组件和含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体；所述的反应器箱体（1）为左、右两端开口的箱体，左端开口处设置进风口（2），右端开口处设置排风口（3）；所述反应器箱体（1）内壁上设置若干列凹型安装槽（14），由左向右依次安装第一级空气过滤组件（4）、复合紫外光源组件（5）、含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体（6）、第二级空气过滤组件（7）；/n所述第一级空气过滤组件（4）由初效过滤棉与中密度无纺布叠加后组装在金属框架中，框架两侧表面设置金属护网；/n所述复合紫外光源组件（5）由真空紫外灯UV

【技术特征摘要】
1.养殖场灭菌除氨石墨烯基光催化生物反应器，其特征在于，包括反应器箱体（1）和安装在其内的空气过滤组件、复合紫外光组件和含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体；所述的反应器箱体（1）为左、右两端开口的箱体，左端开口处设置进风口（2），右端开口处设置排风口（3）；所述反应器箱体（1）内壁上设置若干列凹型安装槽（14），由左向右依次安装第一级空气过滤组件（4）、复合紫外光源组件（5）、含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体（6）、第二级空气过滤组件（7）；
所述第一级空气过滤组件（4）由初效过滤棉与中密度无纺布叠加后组装在金属框架中，框架两侧表面设置金属护网；
所述复合紫外光源组件（5）由真空紫外灯UV185nm-254nm（52）、UVC254nm紫外灯（53）和Leduv365nm-400nm紫外灯（54）并排放置固定装配在金属框架中；
所述含Mn型石墨烯基纳米二氧化钛光催化载体（6）由Graphene/MnOX/TiO2复合物质制成...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭全贵，周荣建，孙丰武，孙鹏飞，
申请(专利权)人：重庆永同环保工程有限公司，青岛中科特炭新能源科技有限公司，
类型：新型
国别省市：重庆;50