一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置、方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于水處理與消毒技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置及其方法和應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]在水處理領(lǐng)域，氯消毒是廣泛應(yīng)用的消毒技術(shù)。但是在氯消毒的過程中，投加的氯分子會與水中的有機(jī)物反應(yīng)，產(chǎn)生致癌消毒副產(chǎn)物，影響人類健康。同時，氯消毒技術(shù)還存在水力停留時間長，占地面積大等不足。紫外消毒技術(shù)則受限于微生物經(jīng)紫外消毒后復(fù)活這一特性，而難以進(jìn)一步推廣應(yīng)用。
[0003]利用納米線結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的強(qiáng)電場，可對微生物進(jìn)行快速電穿孔消毒，同時可大幅降低外接電壓。采用三維電極可增加微生物進(jìn)入強(qiáng)電場的概率，提升消毒效率。研究納米線修飾的三維電極電穿孔消毒方法及其裝置對于解決已有消毒技術(shù)存在難題，保障用水安全，減少處理時間、占地面積，提升能源利用效率具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供了一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置及其方法和應(yīng)用。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下:
[0006]—種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置，所述裝置由兩個納米線修飾的三維電極、兩個絕緣槽、兩根導(dǎo)線、塑料網(wǎng)3和電源構(gòu)成;兩個納米線修飾的三維電極分別為第一納米線修飾的三維電極I和第二納米線修飾的三維電極2，兩個絕緣槽分別為第一絕緣槽4和第二絕緣槽5，兩根導(dǎo)線分別為第一導(dǎo)線6和第二導(dǎo)線7;
[0007]將第一納米線修飾的三維電極I固定于第一絕緣槽4中，將第二納米線修飾的三維電極2固定于第二絕緣槽5中，保證兩個納米線修飾的三維電極的間距大于5mm以防止接觸短路，，并在兩個納米線修飾的三維電極中間放置一層塑料網(wǎng)3保障安全;第一納米線修飾的三維電極I通過第一導(dǎo)線6連接電源的正極，第二納米線修飾的三維電極2通過第二導(dǎo)線7連接電源的負(fù)極。
[0008]所述納米線修飾的三維電極中，納米線垂直生長于三維電極的內(nèi)孔表面。
[0009]所述三維電極的材料為多孔泡沫金屬、多孔陶瓷或多孔海綿;所述多孔泡沫金屬為多孔泡沫銅或多孔泡沫鎳。
[0010]所述納米線的單根長度為1-30μπι，直徑小于50nm，通電后可將電場強(qiáng)度放大至17V nf1。
[0011 ] 接通電源后，負(fù)載于三維電極上的納米線能形成強(qiáng)電場，當(dāng)待處理水通過納米線修飾的三維電極時，所形成的強(qiáng)電場使微生物細(xì)胞表面形成電穿孔，導(dǎo)致微生物死亡，進(jìn)行消毒。
[0012 ]所述納米線修飾的三維電極通電的外接電壓為1-2V。
[0013]所述裝置在小型水和大型水消毒處理中的應(yīng)用。
[0014]所述小型水為自來水、飲水機(jī)用桶裝水、農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用水、災(zāi)區(qū)居民生活用水或遠(yuǎn)洋船舶生活飲用水;所述大型水為一般城市污水處理廠的二級出水、市政給水管網(wǎng)水或含高濃度微生物的工業(yè)廢水。
[0015]所述裝置用作水龍頭的過濾器，進(jìn)行自來水的消毒。
[0016]將所述裝置放置于飲水機(jī)的出水口處，使桶裝水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行桶裝水的消毒。
[0017]將所述裝置放置于給水管網(wǎng)中，使管網(wǎng)水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行給水管網(wǎng)水的消毒。
[0018]本發(fā)明的有益效果為:所述消毒方法可利用低電壓操作，高效滅活水中的微生物，同時低電壓操作過程，無溶液的電解反應(yīng)、無氯氣生成，可保障出水安全，實(shí)現(xiàn)高效、節(jié)能、快速、安全消毒;納米線放大形成的強(qiáng)電場使微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，在隨后的儲存過程中不會發(fā)生復(fù)活現(xiàn)象，進(jìn)一步保障了用水安全，可廣泛用于水處理與消毒技術(shù)領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0019]圖1為一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置圖；其中，1-第一納米線修飾的三維電極，2-第二納米線修飾的三維電極，3-塑料網(wǎng)，4-第一絕緣槽，5-第二絕緣槽，6-第一導(dǎo)線，7-第二導(dǎo)線。
[0020]圖2為采用所述的納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置的消毒效果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0022]實(shí)施例1:
[0023]采用圖1所示裝置，進(jìn)行納米線修飾的三維電極電穿孔消毒。將直徑為1mm厚度為5mm的圓柱體多孔泡沫銅電極于350-450°C加熱l_3h，制備成氧化銅納米線修飾的三維電極;將兩個氧化銅納米線修飾的三維電極分別固定于兩個絕緣槽中，保證兩個氧化銅納米線修飾的三維電極的間距大于5mm以防止接觸短路，并放置一層塑料網(wǎng)保障安全。
[0024]以大腸桿菌(ATCC 15597)，糞腸球菌(ATCC 19433)和枯草芽孢桿菌(ATCC 6633)做為模式菌，將處于對數(shù)期的模式菌富集培養(yǎng)12h，并用生理鹽水(9g/L的氯化鈉溶液)稀釋至細(xì)菌濃度約為17個/mL的待處理菌液。在室溫下，使待處理菌液通過氧化銅納米線修飾的三維電極，兩個三維電極通過導(dǎo)線分別連接電源正、負(fù)極。在外接電壓為1-2V，水力停留時間為7-lOs的操作條件下，出水中無活細(xì)菌檢出，對細(xì)菌的去除效率高達(dá)99.99999%，檢測結(jié)果如圖2所示。實(shí)施例2:
[0025]采用圖1所示裝置，進(jìn)行納米線修飾的三維電極電穿孔消毒。將直徑為1mm厚度為5mm的圓柱體多孔泡沫銅電極于350-450°C加熱l_3h，制備成氧化銅納米線修飾的三維電極;將兩個氧化銅納米線修飾的三維電極分別固定于兩個絕緣槽中，保證兩個氧化銅納米線修飾的三維電極的間距大于5mm以防止接觸短路，并放置一層塑料網(wǎng)保障安全。兩個氧化銅納米線修飾的三維電極通過導(dǎo)線分別連接電源正、負(fù)極，接通電源開關(guān)，使處理水通過氧化銅納米線修飾的三維電極，即可實(shí)現(xiàn)高效消毒。
[0026]采集兩份市政污水廠生物處理后的二級出水(二級出水I與二級出水2)做為待處理水，使待處理水通過氧化銅納米線修飾的三維電極。在外接電壓為1-2V，水力停留時間為7-lOs時，出水中無活細(xì)菌檢出，對細(xì)菌去除效率高達(dá)99.99%,檢測結(jié)果如圖2所示。
【主權(quán)項】
1.一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置，其特征在于，所述裝置由兩個納米線修飾的三維電極、兩個絕緣槽、兩根導(dǎo)線、塑料網(wǎng)(3)和電源構(gòu)成;兩個納米線修飾的三維電極分別為第一納米線修飾的三維電極(I)和第二納米線修飾的三維電極(2)，兩個絕緣槽分別為第一絕緣槽(4)和第二絕緣槽(5)，兩根導(dǎo)線分別為第一導(dǎo)線(6)和第二導(dǎo)線(7); 將第一納米線修飾的三維電極(I)固定于第一絕緣槽(4)中，將第二納米線修飾的三維電極(2)固定于第二絕緣槽(5)中，保證兩個納米線修飾的三維電極的間距大于5mm，并在兩個納米線修飾的三維電極中間放置一層塑料網(wǎng)(3);第一納米線修飾的三維電極(I)通過第一導(dǎo)線(6)連接電源的正極，第二納米線修飾的三維電極(2)通過第二導(dǎo)線(7)連接電源的負(fù)極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述納米線修飾的三維電極中，納米線垂直生長于三維電極的內(nèi)孔表面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述三維電極的材料為多孔泡沫金屬、多孔陶瓷或多孔海綿;所述多孔泡沫金屬為多孔泡沫銅或多孔泡沫鎳。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述納米線的單根長度為1-30μπι，直徑小于50nm，通電后可將電場強(qiáng)度放大至17V nf1。5.權(quán)利要求1-4任一項所述的裝置進(jìn)行消毒的方法，其特征在于，接通電源，使待處理水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行消毒。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述納米線修飾的三維電極通電的外接電壓為1-2V。7.權(quán)利要求1所述裝置在小型水和大型水消毒處理中的應(yīng)用。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述小型水為自來水、飲水機(jī)用桶裝水、農(nóng)村偏遠(yuǎn)地區(qū)居民用水、災(zāi)區(qū)居民生活用水或遠(yuǎn)洋船舶生活飲用水;所述大型水為一般城市污水處理廠的二級出水、市政給水管網(wǎng)水或含高濃度微生物的工業(yè)廢水。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，所述裝置用作水龍頭的過濾器，進(jìn)行自來水的消毒。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，將所述裝置放置于飲水機(jī)的出水口處，使桶裝水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行桶裝水的消毒。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，將所述裝置放置于給水管網(wǎng)中，使管網(wǎng)水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行給水管網(wǎng)水的消毒。
【專利摘要】本發(fā)明公開了屬于水處理與消毒技術(shù)領(lǐng)域的一種納米線修飾的三維電極電穿孔消毒裝置及其方法和應(yīng)用。所述裝置由兩個納米線修飾的三維電極、兩個絕緣槽、兩根導(dǎo)線、塑料網(wǎng)和電源構(gòu)成；將兩個納米線修飾的三維電極分別固定于兩個絕緣槽中，保證兩個納米線修飾的三維電極的間距大于5mm，并在其間放置一層塑料網(wǎng)；兩個納米線修飾的三維電極通過兩根導(dǎo)線分別與電源的正負(fù)極相連。接通電源后，使待處理水通過納米線修飾的三維電極，進(jìn)行消毒。該消毒方法利用低電壓操作，無溶液的電解反應(yīng)、無氯氣生成，實(shí)現(xiàn)高效、安全消毒；消毒過程中使微生物的細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，不會發(fā)生復(fù)活現(xiàn)象，進(jìn)一步保障了用水安全，可廣泛用于水處理與消毒技術(shù)領(lǐng)域。
【IPC分類】C02F1/48
【公開號】CN105540771
【申請?zhí)枴緾N201610042102
【發(fā)明人】胡洪營, 霍正洋
【申請人】清華大學(xué)
【公開日】2016年5月4日
【申請日】2016年1月21日