本发明专利技术公开了一种基于H2O2原位合成的紫外线(UV)/H2O2室内空气消毒技术。利用双电极系统中，使用Pt电极做阳极，炭黑/石墨空气呼吸电极做阴极通过电化学反应原位合成H2O2，将雾化H2O2与UV消毒结合，高效进行室内消毒。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。所以利用UV/H2O2结合消毒技术对室内空气进行灭菌，提高消毒效果和效率,UV处理对空气内细菌灭菌率为85％左右，在3min内仍有部分细菌存活，相比之下，UV/H2O2处理可以在3min内完全对空气内细菌进行灭菌(100％)。同时，原位生成H2O2也是一种绿色清洁生产工艺。生产工艺。生产工艺。
【技术实现步骤摘要】
一种基于H2O2原位合成的UV/H2O2室内空气消毒技术
[0001](一)
[0002]本专利技术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)
技术介绍
[0003]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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007](三)目的
[0008]本专利技术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。
[0009](四)技术方案
[0010]本专利技术为解决以上问题，采用如下技术方案：
[0011]本专利技术利用炭黑/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。
[0012](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。
[0013](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。
[0014](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。
[0015](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。
[0016](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。
[0017]与已有相关报导相比，本专利技术的有益效果体现在本专利技术的原位生成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
[0018]图1为消毒设备配置示意图。
[0019]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。
[0020]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
[0021]下面结合实施例对本专利技术作进一步描述，但本专利技术的实施方式不限于此。
[0022]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。
[0023]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。
[0024]实施例1
[0025]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，在空气中本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.本发明利用炭黑/石墨空气呼吸阴极原位生产H2O2，并制作了一种UV/H2O2结合的消毒装置，使用雾化H2O2与不同功率紫外灯对空气中的细菌微生物进行消毒，对比UV与UV/H2O2不同消毒工艺下细菌的去除效果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)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，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。(2)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...
【专利技术属性】
技术研发人员：李楠，乔羽婕，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：
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