基于羟基自由基的食品净化技术及装置研究

摘要

随着生活品质的提高，人们对健康越来越重视，对食品安全的关注程度和要求也越来越高。现阶段由农药、抗生素等有机污染物残留引起的食品安全问题十分严重，迫切需要一些能够有效降解有机污染物的技术手段或设备，来帮助消费者保障饮食安全。本文利用钛基复合涂层电极，结合传感器技术、嵌入式控制技术和物联网技术，研制开发了一种通过电化学氧化产生的羟基自由基降解有机污染物的食品净化装置。该装置能够实现对蔬菜瓜果和鱼肉等食品的自动净化，达到杀菌消毒，降解食品中农药、色素、抗生素、激素等有害残留物质的目的，在一定程度上减轻食品安全问题。自来水中孔雀石绿的降解实验表明，本装置有较好的有机污染物净化降解能力，效果优于臭氧、超声波等常用技术。本文的主要内容如下：
　　1)食品净化方法的研究。分析了食品净化的常规物理化学方法，研究了产生羟基自由基的技术以及电化学氧化法产生羟基自由基的影响因素。应用了以电化学氧化产生羟基自由基为核心的食品净化技术。
　　2)食品净化装置的设计。设计了食品净化装置的结构，确定了净化装置的构成部件，主要包括电极阵列、开关稳压电源、微型气泵、触控开关和触控芯片、电磁继电器、传感器及其他元器件。完成了净化装置的组装，实现了基本的净化功能。
　　3)嵌入式控制的实现。结合传感器技术和嵌入式控制技术，通过传感器获取自来水温度、电导率等影响电化学氧化的参数信息;通过用户按钮输入获得净化模式参数信息。实现了净化装置水质参数和用户参数的获取，电化学氧化反应电极电压和时间的自动控制，以及食品净化过程的自动化完成。
　　4)电化学氧化参数的选择。研究了电极板数量、极板间距、电极电压、反应时间等影响羟基自由基产生的电化学氧化参数。通过实验分析比较和实际使用条件，确定了合适的参数，完成了净化装置工作参数的选择和优化。
　　5)物联网接口的设计。添加了无线通信模块，实现了净化装置通过WiFi连接局域网或互联网。是装置能与服务器或同一网内的移动式设备进行数据通信。完成了净化装置的智能化和物联网化，使装置初步获得了由Android平台的移动式设备进行监测和控制的能力。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 常规食品净化方法

1．2．1 紫外线净化

1．2．2 超声波净化

1．2．3 臭氧净化

1．2．4 臭氧超声联合净化

1．3 研究内容

第二章 基于羟基自由基的食品净化技术

2．1 羟基自由基的性质

2．2 羟基自由基的产生方法

2．2．1 光化学氧化法

2．2．2 湿式氧化法

2．2．3 芬顿氧化

2．2．4 电化学氧化技术

2．3 电化学氧化的主要影响因素

2．3．1 电极性质和电极板间距的影响

2．3．2 电导率的影响

2．3．3 电极电压、时间和自来水温度的影响

第三章 净化装置设计与自动化控制实现

3．1 净化装置整体结构

3．2 净化装置设计

3．2．1 控制系统设计

3．2．2 羟基自由基发生器设计

3．3 净化装置的自动控制实现

3．3．1 嵌入式处理器选型

3．3．2 显示电路设计

3．3．3 按键电路设计

3．3．4 电源电路设计

3．3．5 自由基发生器电压调节电路设计

3．3．6 控制系统设计

3．4 传感器选型和采集电路设计

3．4．1 温度传感器和检测电路设计

3．4．2 电导率传感器和检测电路设计

第四章 嵌入式软件开发及净化装置试验

4．1 嵌入式软件开发环境

4．2 嵌入式控制软件整体设计

4．3 入机交互和控制设计

4．3．1 C8051F380单片机初始化

4．3．2 显示程序设计

4．3．3 触控按键程序设计

4．3．4 继电器和电压调节控制程序

4．4 信息采集系统软件设计

4．4．1 数字信号输入设计

4．4．2 模拟信号采集

4．5 电化学氧化影响因素实验分析

4．5．1 电导率对电化学氧化反应的影响

4．5．2 电极板间距对电化学氧化反应的影响

4．5．3 电极电压对电化学氧化反应的影响

4．5．4 电化学氧化时间对电化学氧化反应的影响

4．5．5 电极板对数对电化学氧化反应的影响

4．6 孔雀石绿溶液净化效果比较

4．6．1 实验方案

4．6．2 实验结果

第五章 物联网接口设计

5．1 无线通信模块电路设计

5．2 无线传输模块程序设计

5．2．1 AT命令模式

5．2．2 透传模式

5．3 移动端数据监控软件设计

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献