具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置 【技术领域】
本发明涉及一种具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，属于环保节能设备技术领域。
背景技术
当今世界由于工业化、城市人口膨胀、气候变化、化学产品应用造成环境急剧恶化，目前我国城市空气质量和我国七大水系、湖泊、水库、部分地区地下水受到不同程度的污染，因此如何杀灭空气及水中的有害有机污染物、细菌和除臭已经成为人们日益关切的问题。
光触媒净化技术是近年来兴起的一种高科技前沿净化技术，在光照射下，光触媒能吸收光能，使其表面发生激励而产生电子(e
‑)和空穴(h
+)。这些电子和空穴具有很强的还原和氧化能力，能与水或容存的氧反应，产生氢氧根自由基(·OH)和超级阴氧离子(·O)。这些空穴和氢氧根自由基的氧化能具有很强的氧化能力，几乎能将所有构成有机物分子的化学键切断分解。因此可以将各种有害化学物质、恶臭物质分解或无害化处理，达到直接杀灭细菌和彻底分解有机物为CO
2和H
2O等无机无害小分子的目的，从而净化空气、水体及抗污除臭。
跟传统净化技术相比，光触媒净化技术具有以下四个方面的特点：1)彻底的净化，是分解而不是吸附；2)对几乎所有污染物起作用，特别是对人们不易感知的细菌和病毒进行彻底分解；3)常温下就可实现，不存在饱和问题，维护方便、周期长、效率高、省电；4)安全的净化，不需高电压，最终产物是CO
2和H
2O等无机无害小分子，对人体无害，无噪音。
因此，光触媒净化技术得到了人们的广泛关注。专利CN03149785.3采用一种真空紫外光触媒净化空气和水的装置，其采用185纳米的紫外线的低压汞灯，在整个反应过程中结合真空紫外光解作用和光触媒两者的作用达到净化水和空气的目的；但是整个过程能耗高、体积大，不利于小型器件的使用。如专利CN1463752、US7,393,626、US7,345,166等均采用UVC型紫外灯作为光源，二氧化钛作为光触媒材料进行杀毒，但是能耗高、装置规模大，不利于与场所装置配套使用。
【发明内容】
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，能够在低能耗、低成本条件下在各种场合中与各种仪器设备配套使用，对空气、水体中病毒、细菌和室内挥发性有机污染物进行高效处理。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，包括发光二极管、光纤耦合器和侧发光光纤，其特征在于：在侧发光光纤的外缘表面包覆光触媒材料层，侧发光光纤的两端部分别连接一光纤耦合器，每一光纤耦合器中设置一发光二极管。
进一步地，上述的具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，所述侧发光光纤的材料采用PMMA塑料、或石英、或玻璃。
更进一步地，上述的具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，所述侧发光光纤为多组结构，呈平行排列或交织成网状。
再进一步地，上述的具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，所述光触媒材料层为纳米氧化钛材料、或纳米氧化锌材料。
本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：
①本发明采用LED节能芯片，具有工作电压低、能耗小、发光效率高、寿命长、响应快、体积小、全固化、冷光源、绿色环保、驱动容易等优点；
②采用LED侧发光光纤，具有光损耗小、透光性强安全、造价低、节能、环保、不受潮气危害、使用寿命长等优点；LED侧发光光纤采用多组排列结构，通过该方法能大大减少LED芯片的使用量，显著降低装置制造成本；
③采用将LED侧发光光纤直接作为光触媒担载体，有效缩短光源到光触媒材料之间的距离，能够提高光触媒材料的光催化效率及重复使用率；
④本发明装置结构紧凑，体积小，使用安全，适用于居室、医院、酒店、写字楼、学校、电影院等各类室内场所和密封空间；堪称具有新颖性、创造性、实用性的好技术，简易适用，市场前景广阔。
【附图说明】
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：本发明的结构示意图。
图中各附图标记的含义见下表：
附图 标记 含义 附图 标记 含义 附图 标记 含义
1a 第一发光二极 管 1b 第二发光二极 管 2a 第一光纤耦合 器
2b 第二光纤耦合 器 3a 第一负极 3b 第二负极
4a 第一正极 4b 第二正极 5 光触媒材料层
6 侧发光光纤
【具体实施方式】
如图1所示的具有大面积杀菌除污能力的LED光纤光触媒装置，主要包括发光二极管、光纤耦合器和侧发光光纤，在侧发光光纤6的外缘表面包覆光触媒材料层5，在侧发光光纤6的左端部连接第一光纤耦合器2a，第一光纤耦合器2a中设置第一发光二极管1a，第一发光二极管1a具有第一负极3a和第一正极4a；在侧发光光纤6的右端部连接第二光纤耦合器2b，第二光纤耦合器2b中设置第二发光二极管1b，第二发光二极管1b具有第二负极3b和第二正极4b。LED光纤光触媒装置尺寸可在0.1～50米之间任意调节，可单独使用，也可作为空气净化器、工业废水处理器、湖泊有机废水处理器的附件配套使用。
第一发光二极管1a和第二发光二极管1b作为光源，两发光二极管采用LED节能芯片，具有工作电压低、能耗小、发光效率高、成本低、寿命长、响应快、体积小、全固化、冷光源、绿色环保、驱动容易等优点。第一光纤耦合器2a和第二光纤耦合器2b能够将LED光源产生的光能量完全传输进侧发光光纤中，不产生能量损耗。侧发光光纤6的材料采用聚合物、石英、玻璃等材料，具有光损耗小、透光性强、安全、造价低、节能、环保、不受潮气危害、使用寿命长等优点。侧发光光纤6为多组结构，呈平行排列或交织成网状；能使紫外光光源面积扩大，能够将LED点光源变成面光源；通过该方法大大减少LED芯片的使用量，大大降低了装置制造成本。侧发光光纤6的透光长度可在0～50米之间调节，能够与现有需使用光触媒技术的场合中集成使用，包括空调、空气净化器、工业废水处理、湖泊有机废水的处理等。光触媒材料层5为各种形貌的纳米氧化钛材料、或纳米氧化锌材料，光触媒材料直接担载在侧发光光纤上，使光触媒效率大大增加。
具体应用时，首先将光纤两端通上直流驱动电压，在直流电压的驱动下，LED光源被点亮，然后光能量通过光纤耦合器将光导入侧发光光纤中，经侧发光光纤扩大面积的光源激发光触媒材料，光触媒材料受激生成电子‑空穴对，产生的空穴h
+具有强氧化性和电子e
‑具有强还原性，空穴分解催化剂表面吸附的水产生氢氧自由基，电子使其周围的氧还原成活性离子氧，从而具备极强的氧化‑还原作用，能够将环境中存在的有害有机物及病菌分解为CO
2、H
2O及无机物小分子，达到彻底摧毁各种有害污染物。
综上所述，本发明设计独特、结构紧凑，体积小，使用安全，可与空气净化器、工业废水处理器、湖泊有机废水处理器配套使用，对空气、水体中的病毒、细菌和室内挥发性有机污染物进行高效处理，达到理想的环境净化效果；广泛适用于居室、医院、酒店、写字楼、学校、电影院等各类室内场所和密封空间。
需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。