基本信息
- 项目名称：
- 人体安全型光催化净水器—基于核壳中空制备技术的太阳能利用新突破
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 通过深入分析目前市场上现行的水处理技术中存在的效率低、成本高等问题的基础上，利用现已取得长足发展的核壳中空二氧化钛光催化理论，将核壳中空二氧化钛纳米粒子的中试产品稳定地固定在PBS膜载体上，并自主设计了人体安全性光催化水净化器用于水的净化处理。
- 详细介绍：
- 近年来，随着世界工业化进程的加快，尤其是化学工业的突飞猛进，人工合成的化学物总数已超过数十万种。其中，有近百种有机化合物能直接或间接地通过水体进入人体,从而导致人体突变、畸形和癌症。污水处理已经被国家列为重点科研攻关项目，与飞机制造业相提并论。然而随着水体污染的日趋复杂和严重，传统的水处理工艺已不能做到饮用水的卫生安全。核壳中空制备技术是本研究室所开发的具有自主知识产权的材料制备新方法。这种方法解决了国际上光催化材料腐蚀有机载体的难题,获得了既保护有机载体,又可光催化水或空气中有机小分子的功能。该项目得到了国家自然科学基金，浙江省杰出青年科学基金等多项基金资助，并已步入产业化中试阶段。本课题在上述背景下，在深入分析目前市场上现行的水处理技术中存在的效率低、成本高等问题的基础上，利用现已取得长足发展的核壳中空二氧化钛光催化理论，将核壳中空二氧化钛纳米粒子的中试产品稳定地固定在PBS膜载体上，并自主设计了人体安全性光催化水净化器用于水的净化处理，并获得了2010年“浙江省新苗人才计划”项目资助。经国家检测部门检测，膜材料具有99%以上的光催化抗菌杀菌效果。本课题不仅在利用太阳能方面获得了核壳中空纳米粒子应用化的首次突破，更重要的是在本课题实践过程中，团队达到了自我挑战和升华的目的。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 目的： 通过具有自主知识产权的核壳中空二氧化钛纳米材料的光催化设备对水进行杀菌抗菌以及降解有机物，来解决现有的饮水卫生安全问题。 基本思路： 本项目利用核壳中空二氧化钛的强氧化还原性和不腐蚀有机载体的特性，将其固定化制备成膜，并通过对膜的一系列修饰及改进使其具有更好的光催化效果，并且通过设计一套结构紧凑、简洁高效的水净化装置，利用太阳光或紫外光将水中的有机物彻底降解，达到对水的抗菌杀菌作用。 创新点： 本项目将取之不尽用之不竭的太阳能转化为化学能，用于抗菌杀菌和分解水中有机污染物，符合国家“十二五”规划中绿色，节能，低碳，环保的大方向，具有良好的社会效益和生态效益。 技术关键： 1、核壳中空二氧化钛纳米粒子的制备和成膜。 2、利用核壳中空二氧化钛膜杀菌的具体实施方案。 3、自主杀菌容器的设计制造。 主要技术指标： 依据GB/T23763-2009光催化抗菌材料及制品抗菌性能的评价标准，催化载体膜对大肠杆菌的总抗菌率大于99%。其中光催化抗菌贡献值大于99%。
科学性、先进性
- 近年来，污水处理已经被国家列为重点科研攻关项目，与飞机制造业相提并论。本课题在深入分析目前市场上现行的水处理技术中存在的效率低、成本高等问题的基础上，利用现已取得长足发展的核壳中空二氧化钛光催化理论，将核壳中空二氧化钛纳米粒子的中试产品稳定地固定在PBS膜载体上，并自主设计了人体安全性光催化水净化器用于水的净化处理，并获得了2010年"浙江省新苗人才计划"项目资助。经国家检测部门检测，膜材料具有99%以上的光催化抗菌杀菌效果。 1．申请了以学生为第一发明人的实用新型发明专利。 2．获得了获得了2010年"浙江省新苗人才计划"项目资助。 3．以合作单位名义获得了查新报告。 4．获得了国家权威部门的检测报告。 5．构建了光催化净水装置模型。
获奖情况及鉴定结果
- 1．2010-4-29获得了中国科学院理化技术研究所抗菌材料检测中心出具的抗菌杀菌检测报告； 2．2010-5-3获得了浙江省科技信息研究院出具的科技查新报告； 3．2011-1-25在中华人民共和国国家知识产权局获得专利申请受理通知书； 4．2011-4-10在浙江理工大学挑战杯竞赛的评比中获奖，被报入浙江省挑战杯竞赛初赛名单。 5．团队获2010年"浙江省新苗人才计划"项目资助。
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 自主知识产权
作品可展示的形式
- 模型
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 二氧化钛纳米膜为负载有核壳中空二氧化钛纳米粒子的PBS膜，可生物降解，即使直接丢弃于土壤中也是可以的，不会对环境造成污染。本作品材质轻巧美观，操作方法简单，可制作成为一体机，能代替饮水机的功能，并且比普通日常使用的饮水机能更好地杀菌消毒，即使是直接饮用，也可保证饮用水的纯净、安全、卫生。适于在家庭中使用。本产品主要成本包括：紫外灯管、催化载体叶片和装置制作的加工成本，如果批量生产，按目前的市场成本来算，大概每套装置在60—100元，加上管理成本、设备折旧和销售成本，每台总成本价150—200元，相信很多家庭还是愿意为家人的健康买单的。因此本项目具有很大的社会效益、环境效益和经济效益。
同类课题研究水平概述
- 目前在国际上，通过光催化的方法，充分利用廉价并且“绿色”的太阳光，来有效降解有毒有机污染物，是解决目前全球性的环境恶化和能源危机的一个重要途径。其中，纳米二氧化钛粒子由于其优越的光催化活性和化学稳定性而被广泛地研究。 但是二氧化钛本身也存在着例如只吸收紫外光，光催化效率低，回收困难等缺点。目前针对这些缺点大致的研究方向可归纳为3类。第1类：由于二氧化钛只吸收太阳光中的紫外部分（小于5%），通过对其可见光化改性以使得二氧化钛能最大限度的利用太阳光，从而提高其光催化效率。第2类：通过对二氧化钛表面的改性使其提高光催化活性。第3类：在二氧化钛应用问题上，最迫切需要解决的是二氧化钛担载问题。首先，单独使用二氧化钛粒子在空气中会形成粉尘，在溶液中会形成悬浊溶液体系，都会造成粒子无法回收而导致二次污染。其次，由于二氧化钛受紫外光激发后所具有的强氧化还原性对于分解对象无选择性，若直接复合到有机物基体材料中，将会大大缩短有机物基体材料的使用寿命。因此目前绝大多数的研究方法是先将二氧化钛担载在载体上（例如玻璃制品，陶瓷，沸石，碳纤维，钢材等表面），再来进行光催化反应，以图催化剂回收简单，不至于形成二次污染。但是这类研究存在着许多不足。 中空型核/壳结构纳米粒子的制备，在理论上有效地解决了有机载体光稳定性的问题，拓宽了其使用范围。本课题就是在上述背景下，在深入分析目前市场上现行的水处理技术中存在的效率低、成本高等问题的基础上，利用现已取得长足发展的核壳中空二氧化钛光催化理论，将核壳中空二氧化钛纳米粒子的中试产品稳定地固定在PBS膜载体上，并自主设计了人体安全性光催化水净化器用于水的净化处理，在利用太阳能方面获得了核壳中空纳米粒子应用化的首次突破。
