[发明专利]汇聚光能二氧化钛光化学饮用水消毒法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用二氧化钛光化学法饮用水消毒的消毒方法和消毒装置，特别是一种利用高能量密度的汇聚太阳光照射二氧化钛发生光化学反应的饮用水消毒方法和消毒装置。

背景技术

在本发明人的一份发明专利----圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系及其装置中，其中按照大圆锥曲面～小圆锥曲面「开口方向形式」的组合顺序：抛物线～抛物线「开口方向一致和相反皆可」，抛物线～双曲线「开口方向一致」，抛物线～椭圆「开口方向相反」，4中组合构成的共焦点圆锥曲面二次反射单元具有优异的聚光性能。当平行光线射向抛物线～抛物线组合将产生平行汇聚光线；当平行光线射向抛物线～双曲线、抛物线～椭圆组合将产生相交汇聚光线，其单元的汇聚比可由如下方式计算，获得平行汇聚光线的汇聚比＝大圆锥曲面面积与小圆锥曲面面积之比；获得相交汇聚光线的汇聚比＝大圆锥曲面面积与汇聚光线光斑面积之比。共焦点圆锥曲面二次反射单元可以是槽状或盘状，且使用盘状时更容易获得较高的汇聚比。其装置简单，汇聚比较高，汇聚效果突出，可得到高光能密度的汇聚光。同时另一份发明专利----多级串联共焦点圆锥曲面二次反射单元光汇聚法，提供了一种获得极高光能密度的汇聚光的方法，它通过圆锥曲面共焦点二次反射光强度缩放法体系里的共焦点圆锥曲面二次反射单元形成的多级聚光层逐级串联，将入射光逐级汇聚，形成极高光能密度的汇聚光。

太阳光中含有一定比例的紫外线，紫外线本身具有杀灭病菌的能力，且物体吸收阳光会产生热。而如前述的具有极高光能密度的汇聚光，其紫外线含量虽不变，但光能密度增加了几十倍甚至上万倍，物体吸收阳光产生的热也将十分明显。在该汇聚光极强的紫外线和明显的热效应下，微生物体会迅速灼伤致死。

在德国学者Carl H.Hamann等所著的《Electrochemistry》(《电化学(第二版)》[德]哈曼等，化学工业出版社，2010)一书中第179页至180页讲到利用光电化学技术消毒。具体如下：水的消毒通常可通过使用ClO^-等氧化剂实现，该方法的缺点是许多有机物可能与ClO^-反应生成有毒的氯碳化合物，最理想的情况下，需要能与多种有机物种反应的广谱氧化剂以将有机物完全转化为CO₂、H₂O和HCl等无机化合物，这类广谱的氧化剂有OH·自由基。当大于TiO₂的禁带宽度的光照射TiO₂时，其表面将通过光化学反应产生OH·自由基。利用OH·自由基的清洁化学特性，近年来开发了很多消毒过程，称为“先进的氧化过程”。TiO₂膜的功效并不仅限于处理有机物，它还可以有效地杀死细菌和其他微生物。现已证实，镀有TiO₂薄膜的玻璃对细菌同样具有显著的杀菌和消毒作用。只要存在光照，镀有TiO₂膜的陶瓷将具有持续的杀菌活性。

当前常见的TiO₂光化学法(或光催化法)饮用水消毒装置都需要紫外灯以及电路控制部分，如CN102030388A一种光催化明渠式紫外线消毒设备，包括多组紫外灯模块，电子镇流器模块，控制系统等；又如CN201665552U一种光催化水处理装置，同样需要紫外灯；CN1762838A一种利用紫外线-二氧化钛光催化消毒杀菌的饮用水消毒装置，也需要紫外灯。这就要求消毒装置将消耗大量的电能，而且产生的紫外光能量密度较小。从节能和环保的角度，如使用太阳光与二氧化钛光化学法相结合消毒是很理想的消毒方式。但直接将太阳光用于消毒装置，其消毒效果将很微弱不能达到消毒要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题和不足而提供一种利用高能量密度的汇聚太阳光照射二氧化钛发生光化学反应的饮用水消毒方法和消毒装置。