专利名称：超声波-光催化耦合果蔬清洗方法
技术领域：
本发明涉及农药残留的降解技术领域，特别涉及一种超声波-光催化耦合果蔬清洗方法。
背景技术：
目前，我国已经成为世界上第二大农药使用国。对生长期短的蔬菜、瓜果来说，由于虫害多，使用农药已经非常普遍。过量使用农药导致农药残留超标现象日渐加重。美国环境工作组(EWG)发布的“2011年果蔬农药残留排行榜”中，苹果位居农药残留最多的果蔬榜单之首，这充分标明果蔬农药残留超标已经是全球性问题。农药残留不仅给人们的身体健康造成危害，同时也是制约我国果蔬等农产品出口的瓶颈。为解决果蔬农药残留问题，需要人们在食用前将果蔬清洗干净。现有技术的果蔬清洗机主要通过高压产生臭氧分子来达到杀毒灭菌的目的。过量的臭氧对人体健康有伤害作用，并且这种果蔬清洗机工作时容易有氮氧化物生成。氮氧化物分子结构稳定，不易分解，是一种致癌物质，严重地威胁着人类健康。例如，专利CN201001659将臭氧发生器产生的臭氧导入果蔬净化槽的水中，形成具有氧化作用的臭氧水，从而分解果蔬农药残留，杀灭有害微生物，使果蔬有效净化；专利CN201163986采用臭氧氧化和光催化结合的方法，实现了氧化降解有机污染物的目的。现有技术的果蔬清洗装置大多使用臭氧氧化的方法，无法消除过量臭氧对人体健康的伤害和威胁，并且农药残留的降解效率低，无法实现大批量果蔬的自动化和连续化清洗。针对市售果蔬清洗机，中国工业经济联合会臭氧专业委员会主任王世汶表示，目前市场上的果蔬清洗机主要是使用臭氧“杀毒灭菌”。臭氧虽然在这方面功效显著，但这多是指质量、浓度较高的“大臭氧”，价格过百万的大臭氧机的杀毒灭菌功效并非臭氧产量、浓度有限的小型家用臭氧机所能相提并论。中科院农产品安全与环境质量监测中心主任王颜红表示，多年的实验证明，果蔬清洗机的确可清除一些果蔬表面残留的农药，而且臭氧浓度越高，除毒效果越好，但家用机的去除力也就在10%到20%左右(《北京青年报》2010年12 月沈日)。
发明内容
本发明的目的是提供一种超声波-光催化耦合果蔬清洗方法。本发明提供的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步骤向果蔬清洗装置的清洗箱或内胆中加入水，将需要清洗的果蔬放在多孔托板上， 调节所述多孔托板的高度使需要清洗的果蔬完全浸没在水中；将氧气和/或空气经所述多孔托板引入到所述内胆内并产生大量气泡，使得氧气和/或空气充分溶解在水中；开启超声波发生器；通过控制器的控制开启紫外光源，所述紫外光源发出的紫外光透过透光窗出射到所述内胆的光催化剂膜上，超声波、光催化和氧气的协同作用使得水中产生大量的羟基自由基OH ·和负氧离子自由基· 02_，以使果蔬表面的农药残留氧化降解。优选地，所述超声波发生器的工作频率为IO-IOOOkHz,其发出的超声波声强为 I-IOOff · CnT2。优选地，所述紫外光源发出的紫外光的波长为100-400nm。优选地，通过输气导管将氧气和/或空气从气源经所述多孔托板引入到所述内胆内，氧气和/或空气的通入量为10-50SCCm。优选地，所述清洗箱或所述内胆中水的温度为20-50°C。优选地，所述方法清洗果蔬需要的时间为10-30分钟。优选地，通过可调支架调节所述多孔托板的高度。优选地，通过所述多孔托板上的小孔和/或微孔曝气头使引入到所述内胆内的氧
气和/或空气产生大量的气泡。优选地，通过所述控制器控制所述超声波发生器的功率和所述可调支架的运动。本发明具有如下有益效果(1)所述果蔬清洗方法不需要臭氧，消除了臭氧在使用过程中对人体和环境可能产生的危害；(2)在不添加任何化学清洗剂的情况下，所述果蔬清洗方法利用超声波、光催化和氧气的协同作用实现降解果蔬农药残留的目的，既提高了农药残留的降解效率，又有效地减少了对人体和环境的危害，实现了绿色清洗；(3)所述果蔬清洗方法既适用于家庭中少量果蔬的清洗，又适用于大批量果蔬的自动化和连续化清洗；(4)采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面农药残留的降解率能够达到40% -70%。
图1为本发明实施例1的超声波-光催化耦合果蔬清洗装置的清洗箱及其内部部件的示意图；图2为本发明实施例2的超声波-光催化耦合果蔬清洗装置的清洗箱及其内部部件的示意图。
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的内容作进一步的描述。实施例1本实施例采用的果蔬清洗装置包括清洗箱101、具有透光窗105的内胆102、四个紫外光源103、多孔托板104、可调支架106、微孔曝气头107、超声波发生器、控制器、气源、 输气导管、电动机和散热器。所述清洗装置的所述清洗箱101及其内部部件如图1所示。所述清洗箱101采用不透光的材质，其形状为长方体形且上端开口。所述清洗箱101的容积为5-10L。在本实施例中，所述清洗箱101的容积例如为5L。所述内胆102置于所述清洗箱101内，其上端和下端开口，且所述内胆102能够从所述清洗箱101上拆卸。所述多孔托板104位于所述内胆102内且能够在所述内胆102内上下移动。所述紫外光源103被隔离罩108密封安装在所述清洗箱101内的四角处，使得所述清洗箱101内的水无法进入所述紫外光源103。所述清洗箱101的四角处各设有遮光盖，用于遮挡所述紫外光源103发出且向上出射的紫外光。所述内胆102的四角处各安装有透光窗105。所述清洗箱101、所述内胆102和所述紫外光源103的设置使得所述紫外光源103发出的紫外光仅能依次透过所述隔离罩108和所述透光窗105出射到所述内胆102内。除所述透光窗105外的所述内胆 102的内壁上覆有光催化剂膜。在本实施例中，所述透光窗105和所述隔离罩108采用例如石英玻璃材质，所述光催化剂膜采用例如二氧化钛T^2膜。所述可调支架106位于所述多孔托板104的下方，用于调节所述多孔托板104的高度。所述微孔曝气头107安装在所述多孔托板104上。所述输气导管一端与所述气源连接，另一端分为两路，其中一路置于所述多孔托板104下方，另一路与所述微孔曝气头107连接。所述输气导管用于将例如氧气从所述气源经所述多孔托板104上的小孔和/或所述微孔曝气头107引入到所述内胆102 内。所述多孔托板104上的小孔和所述微孔曝气头107用于产生大量气泡，使得氧气在水中充分溶解。所述超声波发生器用于为所述清洗装置提供超声波。所述控制器用于控制所述超声波发生器的功率、每一个所述紫外光源103的开启和关闭、以及所述可调支架106的运动。所述电动机用于为所述可调支架106提供动力。所述散热器用于在清洗过程中降低所述清洗装置的温度。本实施例提供的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步骤向所述果蔬清洗装置的清洗箱101中加入水，将需要清洗的果蔬放在多孔托板 104上，调节所述多孔托板104的高度使需要清洗的果蔬完全浸没在水中；将例如氧气经所述多孔托板104引入到所述内胆102内并产生大量气泡，使得氧气充分溶解在水中；开启超声波发生器；通过控制器的控制开启紫外光源103，所述紫外光源103发出的紫外光透过透光窗105出射到所述内胆102的光催化剂膜上，超声波、光催化和氧气的协同作用使得水中产生大量的羟基自由基OH ·和负氧离子自由基· 02_，以使果蔬表面的农药残留氧化降解。当紫外光出射到所述光催化剂膜上时，所述光催化剂膜吸收紫外光后产生光生电子和光生空穴。所述光生空穴将催化剂膜表面的水分子或氢氧根离子氧化成羟基自由基 OH ·；所述光生电子与水中的氧气作用，生成负氧离子自由基· 02_。所述羟基自由基OH ·和所述负氧离子自由基· (V的氧化性很强，能够将农药残留氧化降解成无机小分子、二氧化碳和水等无毒无害物质。超声波的空化作用既能加速所述羟基自由基OH 和所述负氧离子自由基· O2-的形成，又能使农药残留热解。所述超声波发生器的工作频率为IO-IOOOkHz,其发出的超声波声强为 Ι-lOOW.cnT2。所述紫外光源103发出的紫外光的波长为100-400nm。通过输气导管将例如氧气从气源经所述多孔托板104引入到所述内胆102内，氧气的通入量为10-50sCCm。所述清洗箱101中水的温度为20-50°C。所述方法清洗果蔬需要的时间为10-30分钟。通过可调支架106调节所述多孔托板104的高度。通过电动机为所述可调支架106提供动力。通过所述多孔托板104上的小孔和/或微孔曝气头107使引入到所述内胆102内的氧气产生大量的气泡。通过散热器降低所述果蔬清洗装置的温度。通过所述控制器控制所述超声波发生器的功率和所述可调支架106的运动。清洗结束后，将清洗干净的果蔬从所述多孔托板104上取下。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面农药残留的降解率能够达到40%-70%o实施例2本实施例采用的果蔬清洗装置包括清洗箱201、具有透光窗205的内胆202、两个紫外光源203、多孔托板204、可调支架206、微孔曝气头207、超声波发生器、控制器、气源、 输气导管、电动机和散热器。所述清洗装置的所述清洗箱201及其内部部件如图2所示。所述清洗箱201采用不透光的材质，其形状为圆筒形且上端开口。所述内胆202置于所述清洗箱201内，其上端开口，且所述内胆202能够从所述清洗箱201上拆卸。所述内胆202的容积为5-10L。在本实施例中，所述内胆202的容积例如为10L。所述多孔托板204位于所述内胆202内且能够在所述内胆202内上下移动。两个所述紫外光源203例如对称地安装在所述清洗箱201与所述内胆202之间。所述内胆202的侧壁上安装有透光窗205。所述清洗箱201、所述内胆202和所述紫外光源203的设置使得所述紫外光源203发出的紫外光仅能透过所述透光窗205出射到所述内胆202内。除所述透光窗205外所述内胆202的内壁上覆有光催化剂膜。在本实施例中，所述透光窗205采用例如石英玻璃材质，所述光催化剂膜采用例如二氧化钛TW2膜。所述可调支架206位于所述多孔托板204的下方，用于调节所述多孔托板204的高度。所述微孔曝气头207安装在所述多孔托板204上。所述输气导管一端与所述气源连接，另一端分为两路，其中一路置于所述多孔托板204下方，另一路与所述微孔曝气头207连接。所述输气导管用于将例如空气从所述气源经所述多孔托板 204上的小孔和/或所述微孔曝气头207引入到所述内胆202内。所述多孔托板204上的小孔和所述微孔曝气头207用于产生大量气泡，使得空气中的氧气在水中充分溶解。所述超声波发生器用于为所述清洗装置提供超声波。所述控制器用于控制所述超声波发生器的功率、每一个所述紫外光源203的开启和关闭、以及所述可调支架206的运动。所述电动机用于为所述可调支架206提供动力。所述散热器用于在清洗过程中降低所述清洗装置的温度。本实施例提供的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法包括如下步骤向所述果蔬清洗装置的内胆202中加入水，将需要清洗的果蔬放在多孔托板204 上，调节所述多孔托板204的高度使需要清洗的果蔬完全浸没在水中；将例如空气经所述多孔托板204引入到所述内胆202内并产生大量气泡，使得空气中的氧气充分溶解在水中；开启超声波发生器；通过控制器的控制开启紫外光源203，所述紫外光源203发出的紫外光透过透光窗205出射到所述内胆202的光催化剂膜上，超声波、光催化和氧气的协同作用使得水中产生大量的羟基自由基OH ·和负氧离子自由基· 02_，以使果蔬表面的农药残留氧化降解。当紫外光出射到所述光催化剂膜上时，所述光催化剂膜吸收紫外光后产生光生电子和光生空穴。所述光生空穴将催化剂膜表面的水分子或氢氧根离子氧化成羟基自由基 OH ·；所述光生电子与水中的氧气作用，生成负氧离子自由基· 02_。所述羟基自由基OH ·和所述负氧离子自由基· (V的氧化性很强，能够将农药残留氧化降解成无机小分子、二氧化碳和水等无害物质。超声波的空化作用既能加速所述羟基自由基OH 和所述负氧离子自由基· O2-的形成，又能使农药残留热解。所述超声波发生器的工作频率为IO-IOOOkHz,其发出的超声波声强为I-IOOff · cm_2。通过输气导管将例如空气从气源经所述多孔托板204引入到所述内胆202 内，空气的通入量为10-50sCCm。所述紫外光源203发出的紫外光的波长为100-400nm。所述内胆202中水的温度为20-50°C。所述方法清洗果蔬需要的时间为10-30分钟。通过可调支架206调节所述多孔托板204的高度。通过电动机为所述可调支架206提供动力。通过所述多孔托板204上的小孔和/或微孔曝气头207使引入到所述内胆202内的空气产生大量的气泡。通过散热器降低所述果蔬清洗装置的温度。通过所述控制器控制所述超声波发生器的功率和所述可调支架206的运动。清洗结束后，将清洗干净的果蔬从所述多孔托板204上取下。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面农药残留的降解率能够达到40% -70%。本发明提供的所述果蔬清洗方法既适用于家庭中少量果蔬的清洗，又适用于大批量果蔬的自动化和连续化清洗。应当理解，以上借助优选实施例对本发明的技术方案进行的详细说明是示意性的而非限制性的。本领域的普通技术人员在阅读本发明说明书的基础上可以对各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
权利要求
1.超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，该方法包括如下步骤向果蔬清洗装置的清洗箱(1)或内胆O)中加入水，将需要清洗的果蔬放在多孔托板 (4)上，调节所述多孔托板的高度使需要清洗的果蔬完全浸没在水中；将氧气和/或空气经所述多孔托板⑷引入到所述内胆⑵内并产生大量气泡，使得氧气和/或空气充分溶解在水中；开启超声波发生器；通过控制器的控制开启紫外光源(3)，所述紫外光源C3)发出的紫外光透过透光窗(5) 出射到所述内胆O)的光催化剂膜上，超声波、光催化和氧气的协同作用使得水中产生大量的羟基自由基OH ·和负氧离子自由基· 02_，以使果蔬表面的农药残留氧化降解。
2.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述超声波发生器的工作频率为IO-IOOOkHz,其发出的超声波声强为1-100W · cnT2。
3.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述紫外光源(3)发出的紫外光的波长为100-400nm。
4.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通过输气导管将氧气和/或空气从气源经所述多孔托板⑷引入到所述内胆⑵内，氧气和/或空气的通入量为10-50sccm。
5.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述清洗箱 ⑴或所述内胆O)中水的温度为20-50°C。
6.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，所述方法清洗果蔬需要的时间为10-30分钟。
7.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通过可调支架(6)调节所述多孔托板的高度。
8.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通过所述多孔托板(4)上的小孔和/或微孔曝气头(7)使引入到所述内胆O)内的氧气和/或空气产生大量的气泡。
9.根据权利要求1所述的超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，其特征在于，通过所述控制器控制所述超声波发生器的功率和所述可调支架(6)的运动。
全文摘要
本发明公开了一种超声波-光催化耦合果蔬清洗方法，该方法包括如下步骤向果蔬清洗装置的清洗箱(1)或内胆(2)中加入水，将需要清洗的果蔬放在多孔托板(4)上，调节所述多孔托板(4)的高度使需要清洗的果蔬完全浸没在水中；将氧气和/或空气经所述多孔托板(4)引入到所述内胆(2)内并产生大量气泡，使得氧气和/或空气充分溶解在水中；开启超声波发生器；通过控制器的控制开启紫外光源(3)，所述紫外光源(3)发出的紫外光透过透光窗(5)出射到所述内胆(2)的光催化剂膜上，超声波、光催化和氧气的协同作用使得水中产生大量的羟基自由基OH·和负氧离子自由基·O2-，以使果蔬表面的农药残留氧化降解。采用所述果蔬清洗方法，果蔬表面农药残留的降解率能够达到40％-70％。
文档编号A23L1/015GK102415836SQ20111040416
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月7日 优先权日2011年12月7日
发明者祁晓月 申请人:北京交通大学