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臭氧消毒技术及其在家庭应用场景概述
2020-02-20 17:51:38   作者:马冀圆   来源:中国家用电器研究院   评论:0 点击:

随着新型冠状病毒引发的肺炎疫情形势的发展,人们对于家庭生活中健康安全的防护意识迅速提高。家用电器作为与人们生活密切相关的产品,对
  随着新型冠状病毒引发的肺炎疫情形势的发展,人们对于家庭生活中健康安全的防护意识迅速提高。家用电器作为与人们生活密切相关的产品,对于守护人体健康安全起到重要作用,市场上宣称具有消毒、除菌等健康功能的家电产品将越来越多。 
  臭氧(O3)在常温常压下为气体,有特殊气味,该气体属强氧化剂,能氧化许多有机物。臭氧的应用在近年来得到了迅猛的发展和普及,在水处理、空气净化、食品加工储藏及保鲜、卫生医疗、家用电器、养殖业、化工业等领域得到了广泛的应用。本文针对臭氧消毒技术的原理、优缺点及应用该技术的家电产品和家庭场景进行概述。
 
1、臭氧杀灭微生物及除臭净化原理
1.1 杀灭微生物作用机制
  臭氧对微生物灭活作用,是由其强氧化性和生物膜扩散能力所决定的,其作用机制可归结为以下4点:(1)臭氧能氧化分解细菌内部葡萄糖所必需的酶,使细菌灭活死亡;(2)臭氧作用于病毒的衣体壳蛋白的4条多肽链,使RNA受到损伤,破坏形成它的蛋白质。噬菌体被臭氧氧化后,其表皮被破碎成碎片,从中释放出许多核糖核酸,干扰其吸附到寄存体上;(3)臭氧与细菌细胞壁脂类双键反应,透过细胞膜组织,侵入细胞内,作用于外膜的脂蛋白和内部的脂多糖,使细菌发生通透性畸变,溶解死亡;(4)臭氧作用于细菌细胞内的核物质,如核酸中的嘌呤和嘧啶,破坏它们的细胞器和DNA,使细菌的新陈代谢受到破坏,从而导致细菌死亡。
  臭氧裂解细菌具体步骤如图1所示,其中:1为模拟细菌细胞;2为细菌细胞壁上的臭氧分子的特写;3为臭氧渗透细胞壁并导致细胞壁被腐蚀;4为臭氧对细胞壁的影响的特写;5为细菌细胞在与许多臭氧分子接触后;6为细胞破坏(裂解)。
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1.2 除臭作用原理
  臭氧靠其强氧化性能可快速分解产生臭味及其他气味的物质,如胺、硫化氢、甲硫醇等,臭氧对其氧化分解,生成无毒无气味的小分子物质。
 
1.3 保鲜和净化作用原理
  臭氧具有杀灭或抑制霉菌生长防止果蔬类腐烂的作用,可以氧化分解果蔬生理代谢作用呼吸出的催熟剂即乙烯气体,起到防止老化并保鲜的作用;其次,臭氧可以抑制果蔬的新陈代谢,减缓其生理老化过程,延长储存期;同时,臭氧还可降解果蔬表面残留的农药、化肥,去除肉类中残留的激素和抗生素。
  臭氧在水中发生还原反应,产生氧化能力极强的单原子氧和羟基,瞬间分解水中的有机物质、细菌等微生物。羟基是强氧化剂、催化剂,使有机物发生连锁反应,反应十分迅速。单原子氧和羟基对各种致病微生物均有极强的杀灭作用。臭氧可以对水中的硫化物、氨、氰化物进行降解,而产生无毒的物质,达到净化水的目的。
 
2、臭氧消毒技术的优点与弊端
2.1 优点
  (1)臭氧消毒为溶菌级方法,杀菌彻底,具有杀菌广谱、高效的特点,对所有细菌和病毒都有明显的杀灭效果。臭氧可迅速溶解于水中,能够杀灭水体中的有害细菌,还可分解水体中的有机物,其氧化能力是氯的2倍,杀菌速度是氯的300~600倍。如表1所示,比较了氯、二氧化氯以及臭氧等消毒剂对微生物的灭活效果
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  (2)臭氧消毒是以空气和水体作为媒质,不需要添加任何其他的辅助药剂,又因为臭氧的稳定性差,生成后很快会分解成氧气或单个氧原子,消毒杀菌时不存在任何药物残留物,无二次污染。
 
2.2 弊端
  (1)当臭氧浓度较低时对于除异味的效果不明显。但如果臭氧在应用于室内消毒杀菌取得很好效果的同时,残余的臭氧浓度过高,将会对人体造成危害。如果人们长期接触,会氧化人体呼吸道黏膜,使人产生不良反应,可能造成呼吸道炎症,同时还会危害人体免疫系统。因此,臭氧除菌释放(泄露)浓度需符合GB/T 18883-2002 《室内空气质量标准》中的≤0.16mg/m³的国家标准。
  (2)臭氧作为强氧化剂,它在消毒的同时,不可避免会对被接触的材料具有氧化腐蚀作用。其强氧化性会使橡胶等部件产生老化、变色、弹性减低,以及使衣物掉色等问题。因此,在设计中应充分考虑其氧化性对所经管材的腐蚀作用。
  (3)臭氧本身不稳定、易分解,半衰期短(仅为30~60min),无法作为一般的产品贮存,需在现场制造。
 
3、 臭氧消毒技术在家庭环境中的应用
3.1 在空气净化中的应用
  如今空气健康越来越成为不可忽视的问题,尤其在新型冠状病毒引发的肺炎疫情下,需要我们在家勤开窗通风,保持室内空气流通。同时,除了适当的通风换气,具备过滤除菌功能的空气净化器产品也能有效保证室内空气的健康。在消毒杀菌方面,如果空气净化器同时配备了紫外线灯、臭氧等主动杀菌的功能,其对于预防病毒感染的效果会更好。
  臭氧为氧的同素异构体,是氧的高能态存在形式,因其不稳定,可在常温下随时分解还原成氧。当还原成氧气时,会有氧原子分离出来,这时的氧原子具有极强的氧化能力和分解能力。具有臭氧功能的空气净化器类产品,就是通过产生低浓度臭氧气体,并在家庭的不同区域投放臭氧气体,以达到消毒净化的目的
 
3.2 在家庭净水中的应用
  水是生命之源,人们对水的安全有着足够的重视。近年来,人们逐渐使用各种类型的净水器,相应的消毒技术在净水器中的应用也越来越广泛,其中臭氧消毒技术是被国际消毒领域公认的一种技术。据报道,水中的臭氧浓度达到0.3~0.4ppm时,对细菌、牙胞等的杀灭率非常显著;达到4ppm时,对乙肝病毒的灭活率可达100%
  净水器可以说是饮用水末端的最后一道安全防线,为人们提供安全洁净的饮用水。臭氧消毒技术在应用的过程中因具备很强的氧化作用且不会产生任何其他产物而得以在净水器中应用。净水器中的臭氧消毒设备采用臭氧发生装置、高效微孔扩散鼓泡盘和尾气收集装置等,使臭氧与水充分接触,迅速溶解反应,以达到消毒杀菌的作用。同时,还能对净水器本身(与饮用水接触的部分)进行消毒杀菌。

3.3 在饮食生活中的应用
  (1)在消毒柜、洗碗机中的应用
  消毒柜、洗碗机的消杀原理就是以高温、紫外线和臭氧消毒技术为主。其中,臭氧消毒柜是以物理方法产生一定浓度的臭氧气体,依赖生物化学反应杀灭致病微生物,对食(饮)具进行消毒处理的家用电器,这也是我国从八十年代开始最早将臭氧技术应用到家电领域的主要产品之一。臭氧消毒作为气相消毒,与直线照射的紫外线消毒相比,不存在“阴影区”或消毒死角,用于食(饮)具消毒效果好。不耐高温的塑料食(饮)具,也可采用臭氧消毒。
  (2)在冰箱中的应用
  冰箱在使用过程中其内部会产生难闻的气味,造成食物间的相互污染,使得保鲜能力下降,同时造成消费者的使用体验差。臭氧能氧化许多有机物,极易与-SH,=S,-NH2,-NH,-OH和-CHO等发生反应。除味除臭能力很强,因此可以用于去除冰箱的异味。臭氧与氨气、硫化氢、硫醇等臭味气体进行反应,将冰箱中的有机臭味氧化分解,从而达到去除冰箱异味,达到净化的效果。
  (3)在洗衣机中的应用
  应用臭氧除菌技术的洗衣机产品,在洗涤前及最后一次漂洗时,内部的臭氧发生器注入适量臭氧于内筒,短时间内对衣物等进行消毒除菌,并在除菌完成后自动转化成氧气,不需除菌液即可去除99.99%的细菌,是紫外除菌效果的10倍。与其他除菌技术相比,臭氧除菌高效、快速、彻底、无二次污染,但其强氧化性可能会使橡胶等部件老化,也可能会使衣物产生掉色,洗涤深色衣物时需要慎重使用。

4、总结
  自1884年人们发现臭氧以来,经过多年的研究,证明了臭氧具有消毒、除臭、灭菌、防霉、保鲜等多种作用。臭氧消毒技术依靠其高效性、光谱性、便捷性的特点,已经在水处理、食品加工储存和保鲜、家用电器、医疗卫生、化工业等领域得到广泛应用。目前,由于新型冠状病毒肺炎疫情的爆发,如何应用现有技术和研发新技术,不断完善家电产品消毒、除菌等健康功能,推动家电健康化、智能化发展,是家电行业接下来应关注的重点。

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