CN100375647C - 一种中度化学污染空气光催化净化设备 - Google Patents

Abstract

一种中度化学污染空气光催化净化设备，该设备由外壳、装于壳内的水喷淋循环系统及腔体(1)、固相光催化器及腔体(11)和液相光催化器及腔体(14)组成：水喷淋循环系统及腔体(1)装有进气过滤器(2)、喷淋头(3)和进水管(4)；固相光催化器及腔体(11)内装有复合TiO₂纳米材料光催化剂及载体(9)，紫外线灯(10)；固相光催化器及腔体(11)下部装着水气分离器(12)，上部装有负离子发生器(8)、出气口(7)；液相光催化器及腔体(14)内有漂浮光催化玻璃微珠或磁性漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠(5)，气体搅拌杆(6)，出水系统(15)，紫外线灯(10)，水喷淋循环系统与液相光催化器及腔体之间或者装有臭氧发生器(13)。

Description

一种中度化学污染空气光催化净化设备

技术领域

本发明涉及化学污染空气光催化净化设备，特别涉及采用光催化净化，与紫外光灯、臭氧发生器、负离子发生器，水喷淋处理和活性炭吸附净化单元组合而成的中度化学污染空气光催化净化设备。

背景技术

利用光催化技术处理，去除污染空气内有机污染物原理是：利用半导体TiO₂纳米材料光催化剂被紫外光激发所产生的高能电荷电子一空穴时，在氧和水份的参与下，使吸附、接触在TiO₂纳米材料光催化剂表面的有机、无机微粒，可以光氧化、光催化、光还原、光矿化成CO₂、H₂O、H₂、N₂或其他的中间产物。

TiO₂纳米材料光催化剂是目前应用研究最为广泛的光催化剂，TiO₂纳米材料可以作无毒的食品添加剂。Ti⁴⁺为低毒类物质，无明显的累积作用，无致突变性，慢性毒性作用浓度为1.08毫克/升。在光反应进程中不溶解成Ti⁴⁺。去除空气内较低浓度化学有机污染物，采用‘气—固相光催化剂’的净化处理，己成为目前最为广泛的应用技术。但采用‘气—固相TiO2纳米材料光催化剂，在去除污染空气内较高浓度有机污染物时，较高浓度有机污染物由于光催化时催化反应较慢，易于产生二次的中间产物，中间产物或空气内固体微粒复盖在TiO2纳米材料光催化剂的表面，导致TiO₂纳米材料光催化剂的大量失活。因此，目前在利用TiO₂纳米材料光催化剂，去除空气内较高浓度污染处理的实用化技术推广方面，存在有相当的难度。导致目前市场销售的固相光催化空气净化器不能广泛推广。

活性炭、麦饭石、蛭石、沸石均对空气和水中的灰尘、溶解杂质及不溶解杂质，特别是重金属离子均有较好的吸附作用。对于空气、水中存在的微生物、细菌、病毒等，采用紫外线、臭氧和负离子对其有很好的杀灭能力，但是，水对紫外光线、臭氧、负离子有遮光作用、吸收作用、防碍作用，所以紫外光、臭氧和负离子均不易对水质净化进行深度处理。

TiO₂光催化剂材料对光有较好的吸收能力，在水中利用半导体TiO₂纳米材料光催化剂的光催化净化技术，处理较高浓度有机污染，化学污染时，效率较好。二次的中间产物，中间产物或空气内固体微粒进入水中，不易复盖在TiO₂纳米材料光催化剂的表面，因此不会导致TiO₂纳米材料光催化剂的大量失活，从而可以高效率光催化处理较高浓度有机污染，化学污染。但是，由于目前广泛使用的TiO₂纳米材料光催化剂在水中不易回收及重复应用，致使光催化剂用量大，设备成本增大，工作效率很低。所以，目前光催化处理有机污染水实用化技术方面，也存在有一定的难度。仅能在电镀污水净化，印染污水净化等方面小規模应用。

而采用ZL031253598公开的一种高吸附性光催化性能的玻璃微珠，ZL021156484公开的光催化磁性漂浮微珠专利技术，增加TiO₂纳米材料光催化剂漂浮或悬浮于水体功能，增加光催化剂顺磁性能，可以较好回收光催化剂，达到可以长期重复应用目的。由于这种TiO₂纳米材料光催化剂可漂浮或悬浮于水体，因此，在使用这种复合TiO₂纳米材料光催化剂时，可以大量节省机械动力，减少设备体积，降低成本，可以提高光催化净化工作效率，达到快速去除水中较高浓度有机污染物目的。

发明内容

本发明的目的，是针对目前光催化技术不能低成本，高效率，快速净化中度化学污染空气存在的主要技术问题，提供一种先进的，低成本，高效率，快速净化中度化学污染空气光催化净化设备。

本发明整合发明人原先发明专利ZL021392749高吸附性光催化剂及载体材料，ZL021156484光催化磁性漂浮微珠及其制备，ZL031253598一种高吸附性光催化牲能的玻璃微珠，ZL021392994高吸附性光催化空气处理器，ZL021477159高吸附性光催化、矿化直饮水处理机，和多层多孔活性复合TiO2光催化剂的制备方法(2005100181205)六项光催化技术，同时采用紫外光灯、臭氧发生器、负离子发生器、活性炭、水喷淋糸统和水汽分离器等单元协同作用，使污染空气通过多层次的净化处理，研制出一种成本低，效率高，快速光催化净化受到中等浓度化学污染空气的净化设备。

该净化设备主要净化工艺：

受到中等浓度有机污染的空气从进气口进入净化设备内、经网筛粗过滤后，污染空气进入液体的喷淋净化糸统，快速去除污染空气内部分能被水溶或水吸附的物质，而其受到污染的喷淋液体同时得到高吸附性光催化性能的玻璃微珠，或光催化磁性漂浮微珠的连续光催化净化处理，同时，经喷淋液体处理后的较低浓度污染空气，进入复合TiO₂纳米材料光催化剂净化处理，并经活性炭、紫外光、臭氧、负离子等的综合处理再排放。由于受中等浓度污染空气通过多层次净化处理.、空气污染很快降低。如此反复综合处理，可以快速达到净化污染空气目的。

本发明的一种中度化学污染空气光催化净化设备(参见附图)，该设备由外壳、装置于外壳内的水喷淋循环系统及腔体1、固相光催化器及腔体11和液相光催化器及腔体14组装而成：水喷淋循环系统及腔体1装有进气过滤器2、喷淋头3和进水管4；固相光催化器及腔体11内装有复合TiO₂纳米材料光催化剂9，紫外线灯10；在固相光催化器及腔体11下部装置着水气分离器12，上部装有负离子发生器8、出气口7；液相光催化器及腔体14内有漂浮光催化玻璃微珠或磁性漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠5，气体搅拌杆6，排、出水系统15，装置有紫外线灯10，在水喷淋循环系统及腔体1与液相光催化器及腔体14之间或者装置有臭氧发生器13。

其中所述的复合TiO₂纳米材料光催化剂及载体9，均匀地填充成一层，或者均匀地填充成数层。

所述的气体搅拌杆6上加装有电磁感应系统回收磁性光催化玻璃微珠。

所述的固相光催化器及腔体11内的复合TiO₂纳米材料光催化剂、按ZL021392749公开的高吸附性光催化剂及载体材料制备，它是在复合TiO₂纳米材料光催化剂前驱体内，添加淀粉及聚乙二醇造孔剂，经化学溶胶一凝胶法或纤维材料涂复工艺制备，经微波高温工艺及化学超强酸处理、在高温、氧化气氛下、制备出的一种具备高光催化活性、多孔炭吸附作用的复合TiO₂纳米材料光催化剂。载体材料是活性炭，或炭纤维，或玻璃纤维，或玻璃管，或玻璃片，或沸石，或麦饭石，或金属网，或金属纤维，或金属片、或金属管。载体材料既具活性炭或炭纤维高吸附性又具备高光催化活性。

所述的漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠，分别按ZL031253598，ZL021156484方法制备，采用复合TiO₂纳米材料光催化剂前驱体内添加淀粉及聚乙二醇造孔剂，经化学溶胶—凝胶法，或纤维材料涂复工艺制备，经微波高温工艺及化学超强酸处理、在高温、氧化气氛下、制备出的一种具备高光催化活性、多孔炭吸附作用的复合TiO₂纳米材料光催化剂，负载于由烟道灰提取的空心玻璃微珠，或玻璃微珠，或磁性空心玻璃微珠，或磁性玻璃微珠表面而成。

装置于臭氧发生器13后的气体搅拌杆6是利用进气流动力，推动气体搅拌杆，搅动液相光催化器及腔体14内装置的漂浮光催化玻璃微珠，或磁性漂浮光催化玻璃微珠，磁性光催化空心玻璃微珠，或磁性光催化玻璃微珠5在液体内流动，从而减少能耗。装置于气体搅拌杆上的电磁感应系统，施加电磁感应快速回收光催化剂。

本发明的设备有望用于火车、汽车的大面积空调间的快速空气净化、医院场合的快速空气灭菌、净化，以及受较高浓度化学污染试验室的空气综合净化处理。

附图说明

图1是本发明的中度化学污染空气光催化净化设备结构示意图

图中标号含义：

1水喷淋循环系统，2进气过滤器，3喷淋头，4进水管，5漂浮光催化玻璃微珠或磁性浮漂光催化玻璃微珠，6气体搅拌杆和电磁感应回收光催化剂系统，7出气口，8负离子发生器，9复合TiO₂纳米材料光催化剂及载体，10紫外线灯，11固相光催化器及腔体，12水气分离器，13臭氧发生器，14液相光催化器及腔体，15排、出水系统。

具体实施方式

本发明的中度化学污染空气光催化净化设备实例结构如图1所示：工艺过程：

受到中等浓度污染的空气从2进气口进入净化设备内、经网筛粗过滤后，进入装有喷淋头3的喷淋糸统1，  快速去除污染空气内部分能被水溶或水吸附的物质。而溶解或吸附了部分污染物质的喷淋液体，在液相光催化器及腔体14内经连续气体搅拌6搅拌，得到漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠5净化处理，磁性光催化玻璃微珠5被电磁感应系统净化回收；而经喷淋水净化后的低浓度受污染空气经紫外线灯10，和臭氧发生器13杀菌，及装填于外壳内壁与容器外壁之间的水汽分离器12处理，降低含水量后的更低浓度受污染空气进入固相光催化器及腔体11，经固相光催化器及腔体11内的复合TiO₂纳米材料光催化剂9净化处理后，加入负离子发生器8产生的空气负离子，得到净化处理后的气体从出气口7排放。由于污染空气通过多层次光催化净化强处理，水汽分离器处理及紫外光、臭氧和负离子等的综合净化处理.、污染空气得到净化。

Claims (5)

1.一种中度化学污染空气光催化净化设备，其特征是，该设备由外壳、装置于外壳内的水喷淋循环系统及腔体(1)、固相光催化器及腔体(11)和液相光催化器及腔体(14)组装而成：水喷淋循环系统及腔体(1)装有进气过滤器(2)、喷淋头(3)和进水管(4)；固相光催化器及腔体(11)内装有复合TiO₂纳米材料光催化剂及载体(9)，紫外线灯(10)；在固相光催化器及腔体(11)下部装置着水气分离器(12)，上部装有负离子发生器(8)、出气口(7)；液相光催化器及腔体(14)内有漂浮光催化玻璃微珠、磁性漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠(5)，气体搅拌杆(6)，排、出水系统(15)，装置有紫外线灯(10)，在水喷淋循环系统及腔体(1)与液相光催化器及腔体(14)之间或者装置有臭氧发生器(13)。

2.如权利要求1所述的中度化学污染空气光催化净化设备，其特征是，所述的复合TiO₂纳米材料光催化剂及载体(9)，均匀地填充成一层，或者均匀地填充成数层。

3.如权利要求1所述的中度化学污染空气光催化净化设备，其特征是，气体搅拌杆(6)上加装有电磁感应系统回收磁性光催化玻璃微珠。

4.如权利要求1所述的中度化学污染空气光催化净化设备，其特征是，固相光催化器及腔体(11)内的复合TiO₂纳米材料光催化剂、其载体材料是活性炭，或炭纤维，或玻璃纤维，或玻璃管，或玻璃片，或沸石，或麦饭石，或金属网，或金属纤维，或金属片，或金属管。

5.如权利要求1所述的中度化学污染空气光催化净化设备，其特征是，液相光催化器及腔体(14)内装置的漂浮光催化玻璃微珠、磁性漂浮光催化玻璃微珠或磁性光催化玻璃微珠分别是由烟道灰提取的空心玻璃微珠、磁性空心玻璃微珠、磁性玻璃微珠作载体，负载TiO₂纳米材料光催化剂而成。

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