CN101096014A - 薄板组合式光触媒载体结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄板组合式光触媒载体结构，该载体结构包括数片薄板、紫外光源，将数片薄板沿紫外光源的垂直轴线方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源从数片薄板的中间部位穿过，每一片薄板的表面均载有光触媒，各薄板之间留有供流体流动的间隙。光触媒载体结构能充分利用紫外光的直线传播特点，可以使该光触媒载体获得超大的紫外光照射比表面积，同时通过增加薄板的数目或拓展薄板的叶片尺寸，相应地调整薄板的排列位置，可以获得更大的紫外线照射比表面积，当该薄板组合式光触媒载体结构应用于污染物处理系统后，能获得更高的处理效率，为利用光触媒进行污染物处理系统的实际应用提供了技术保障。同时能减少处理系统的投资成本和使用成本。

Description

薄板组合式光触媒载体结构

技术领域

本发明涉及对污染物流体进行过滤处理的光触媒处理器中的部件，更具体地指一种薄板组合式光触媒载体结构。

背景技术

光触媒(如纳米二氧化钛)的光催化特性在1972年由日本藤屿昭教授发现，至今已得到广泛的研究和应用。光催化的基本原理是：当半导体氧化物(如二氧化钛)纳米粒子受到大于禁带宽度能量的光子(如紫外光)照射后，电子从价带跃迁到导带，产生了电子-空穴对，电子具有还原性，空穴具有氧化性，空穴与氧化物半导体纳米粒子表面的OH-反应生成氧化性很高的OH自由基，活泼的OH自由基可以把许多难降解的有机物氧化为CO2和H2O等无机物。

光触媒应用中，最为有效的方式是直接利用紫外光源对光触媒进行照射。因为紫外线本身对人体有伤害，因此，把光触媒和紫外光源放置于一个具有一定体积的避免紫外线外泄的壳体中，是光触媒技术应用的一种重要形式。而光触媒一般是负载在一定的载体上，这样，在一定体积的载体中，其能被紫外线照射而使光触媒有效作用的紫外线照射比表面积的大小将成为光触媒式污染物处理系统有效性的关键。

现有的光触媒处理器中，常用的一些载体有泡沫金属、多孔陶瓷材料、铝蜂窝状过滤网、金属丝网、无纺布等，这些载体有很高的比表面积，但是，这些载体本身是有很多丝状、条状、块状、片装的小支块相互交错组合在一起的，这些丝状、条状、块状、片装的小枝块相互重叠与阻隔，当利用紫外光线进行照射时，特别是在使用线(柱)状光源(如直型的紫外线灯管)时，实际上由于光的直线传播特点，只有最外侧靠近光源的部分小支块能被紫外光线照射到，而小支块的背光面、以及很多在这些被紫外光线照射到的小支块所形成的阴影中的其它小支块的表面是无法被紫外光线照射到，从而其上面的光触媒不能被有效激发而影响了系统的光催化效率，所以这些具有高比表面积光触媒载体上的光触媒被紫外线照射到的有效表面积却是很小的。因此，在一定的体积下，上述的载体无法再提供更多有效的能被紫外线照射到的表面积，形成该光触媒技术在实际应用中的一个难以突破的瓶颈。

在已公开的一些技术及专利文献中，光触媒载体与紫外灯光源的布置方式主要有两种：(1)光触媒载体11做成圆柱状，紫外线灯管12布置在此圆柱载体的轴上，如图1所示；(2)光触媒载体11做成片状，在这些片状载体11的两侧布置紫外线灯管12，如图2所示。在这些布置方式下，根据上述的分析，光触媒载体的表面积是不可能被紫外光全部照射到的，同时，由于这些载体上存在孔隙，紫外光线可能穿透这些载体而浪费掉；因此，由于紫外光线的直线传播特点的存在，利用高比表面积的光触媒载体在这些布置方式下的效果依旧是相当于类似紫外线灯管照射于一个面上的效果，其有效照射面积与由这些载体所形成的实心形体的表面积很接近，即如圆柱体的内表面积，或矩形薄板的矩形面积。

因此，如何提高光触媒载体的有效照射的比表面积一直是业界非常关注的，特别是光触媒处理器的体积一定的情况下，提高光触媒载体受紫外线照射的有效比表面积，则更为业界所关注。

发明内容

本发明的目的是针对传统的光触媒载体存在的有效照射的比表面积低的缺点，提供一种薄板组合式光触媒载体结构，该光触媒载体结构能在载体几何实心形体的体积一定的情况下，有效照射的表面积却大大提高，能为利用光触媒进行污染物处理系统的处理效率的提高提供了技术保障。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

该薄板组合式光触媒载体结构包括数片薄板、紫外光源，

所述的数片薄板沿紫外光源的垂直轴线方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源从数片薄板的中间部位穿过，每一片薄板的表面均载有光触媒，各薄板之间留有供流体流动的间隙。

所述的薄板为平面板或回转面板。

所述的回转面板的回转线为直线、圆弧线、折线、弯曲线中的任一种。

所述的薄板的垂直轴线与紫外光源的垂直轴线的夹角大于等于零度且小于90度。

所述的薄板水平截面形状为中间有穿孔的圆形、矩形、椭圆形、三角形、跑道形或扇形中的任一种形状。

所述的紫外光源可以是柱状紫外光源、面状紫外光源、双柱状紫外光源，或是其它形状光源中的任一种。

所述的薄板为实心板或分布有小孔或条槽的板。

所述的数片薄板之间叠层状排列间隔可为均匀分布或不均匀分布。

所述的紫外光源与薄板的内径之间的距离大小是可调节的。

所述的薄板的材料可以是玻璃、高分子材料、陶瓷、金属，以及泡沫金属材料，或其它刚性或柔性材料中的任一种。

在本发明的上述技术方案中，一改将紫外光源直接投射到光触媒载体的平面上，而是采用将数片薄板沿紫外光源的垂直轴线方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源从数片薄板的中间部位穿过，每一片薄板的表面均载有光触媒，各薄板之间留有供流体流动的间隙。这样的薄板组合式光触媒载体结构布置方式能充分利用了紫外光的直线传播特点，可以使该光触媒载体获得超大的紫外光照射比表面积，同时通过增加薄板的数目或拓展薄板的叶片尺寸，相应地调整薄板的排列位置，可以获得更大的紫外线照射比表面积，当该薄板组合式光触媒载体结构应用于污染物处理系统后，能获得更高的处理效率，为利用光触媒进行污染物处理系统的实际应用提供了技术保障。同时能减少处理系统的投资成本和使用成本，并可以节约资源和减少能源消耗。

附图说明

图1为传统的光触媒载体呈圆柱状结构示意图。

图2为传统的光触媒载体呈片状结构示意图。

图3为本发明的光触媒载体结构的俯视示意图。

图4为本发明的光触媒载体结构的实施例1的主视示意图。

图5为本发明的光触媒载体结构的实施例2的主视示意图。

图6为本发明的光触媒载体结构的实施例3的主视示意图。

图7、图8分别为本发明的光触媒载体结构的实施例4、5的主视示意图。

图9为本发明的光触媒载体结构的实施例6的主视示意图。

图10为本发明的光触媒载体结构的实施例7的俯视示意图。

图11、图12分别为本发明的光触媒载体结构的实施例8、9的俯视示意图。

图13、图14分别为本发明的光触媒载体结构的实施例10、11的俯视示意图。

图15、图16分别为本发明的光触媒载体结构的实施例12、13的俯视示意图。

图17为本发明的光触媒载体结构的薄板结构示意图。

图18-图21分别为本发明的光触媒载体结构中，不同形状的薄板排列中光照射示意图。

具体实施方式

为了能更好地理解本发明的上述技术方案，下面结合附图和实施例进行进一步地详细描述。

请先参阅图3、图4所示，本发明的薄板组合式光触媒载体结构包括数片薄板21、紫外光源22，

所述的数片薄板21沿紫外光源22的垂直轴线Z方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源22从数片薄板21的中间部位穿过，每一片薄板21的表面均载有光触媒，各薄板21之间留有供流体流动的间隙，以供流体在这些间隙中流动。

所述的薄板21为平面板或回转面板，回转面板的回转线为直线、圆弧线、折线、弯曲线中的任一种。

如图4所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21为锥面板，该锥面板的回转线为一直线，该实例中，使用薄板的数目为26片。

以图3、图4所示的薄板21组合式光触媒载体结构与图1所示传统的光触媒载体结构进行其有效比表面积可进行计算比较如下：取R＝150mm，r＝40mm，Length＝1000mm，薄片数目N＝250片(薄片间距4mm计算)，则紫外光有效照射的光触媒表面积A1可估算为：A1＝3.14159×(0.150×0.150-0.040×0.040)×2×250＝32.83平方米。图1所示的布置结构中，同样取R＝150mm，Length＝1000mm，则紫外光有效照射的光触媒表面积A2可估算为：A2＝2×3.14159×0.15×1.000＝0.942平方米；A1/A2＝34.8倍。从对比可以看出，在相同的体积下，本发明的紫外光有效照射的光触媒表面积是传统的紫外光有效照射的光触媒表面积的34.8倍。

如图5所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板为平面板，且这些平面板沿紫外光源22垂直轴线Z方向相互错开一定的距离。

如图6所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21为回转面板，其回转线为一弧线，这些回转面板同样沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z方向相互错开一定的距离。

如图7所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21为回转面板，其回转线为一折线。当然也可设计回转线为弯曲线，对此可参阅图21，同样，这些回转面板沿紫外光源的轴线方向相互错开一定的距离。

图8为示意的是本发明的另一个实施例，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21为回转面板，该回转面板的回转线为一直线，只不过是这些回转面板的大小不同。在该实施例中，从上到下，回转面板的面积是渐渐变大，从主视图来看，形成的形状是梯形。

所述的薄板21的垂直轴线与紫外光源22的垂直轴线Z的夹角a大于等于零度且小于90度，对此可请参阅图9所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，这些薄板21的垂直轴线与紫外光源22的垂直轴线Z之间存在一个夹角a。

在本发明中，所述的薄板21水平投影形状为中间有穿孔的圆形、矩形、椭圆形、三角形、跑道形或扇形中的任一种形状。

请配合图11所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板为非封闭回转面板，这些回转面板沿紫外光源22的轴向视图上看的形状是扇形，其角度a可根据实际需要，在相当大的角度内进行调整。

请配合图12所示，在该实施例中，薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21沿紫外光源22的垂直轴向视图上看的形状是矩形，这些薄板21沿紫外光源22垂直轴线Z(在图12中，与纸面垂直)方向相互错开一定的距离。

请配合图13所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21沿紫外光源22的垂直轴向视图上看的形状是椭圆形，这些薄板21沿紫外光源22的垂直轴线Z(在图13中，与纸面垂直)方向相互错开一定的距离。

请配合图14所示，在该实施例中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，其中的薄板21沿紫外光源22的垂直轴向视图上看的形状是三角形，这些薄板21沿紫外光源22垂直轴线Z(在图14中，与纸面垂直)方向相互错开一定的距离。

在本发明中，从上述图3至14所列举的实施例来看，所有紫外光源22均为单柱状紫外光源，当然，所述的紫外光源22也可以是面状紫外光源、双柱状紫外光源，或是其它形状光源中的任一种。

从图15所举的实施例来看，薄板21中间部位的紫外光源22是具有两个柱状紫外光源22的布置。这些薄板21也置于紫外光源22的外围进行布置，这些薄板21沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z(在图15中，与纸面垂直)方向相互错开一定的距离。

从图16所举的实施例来看，薄板21中间部位的紫外光源22是面状紫外光源22的布置。这些薄板21也置于紫外光源22的外围进行布置，这些薄板21沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z(在图16中，与纸面垂直)方向相互错开一定的距离。此时的薄板21从沿紫外光源22的轴向视图上看的形状是跑道形，犹如一个标准的环形跑道。

上述所有的薄板21沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z方向相互错开一定的距离，这些距离也就是薄板21之间叠层状排列的间隔，此间隔也根据实际需要，可为均匀分布或不均匀分布。

从上述的实施例可以看出，薄板21均是置于紫外光源22的外围进行布置，紫外光源22距薄板21内径相隔一定的距离。薄板21内径距紫外光源的距离可以根据实际需要而灵活进行调整，可大可小。如图10所示意的实施例中，薄板21的内径则与紫外光源22是直接相接的。

在本发明中，所述的薄板21为实心板或分布有小孔或条槽的板。

如图17所示，图17a1所示的薄板21为实心板，图17a2中所示的薄板21上有小孔7，图17a3中所示的薄板22上有小条槽8。

在本发明中，所述的薄板21的材料可以是玻璃、高分子材料、陶瓷、金属，以及泡沫金属材料，或其它刚性或柔性材料中的任一种。

下面通过图对紫外光线在薄板中的照射过程进行说明。

可参阅图18所示，图18b1至图18b3中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，这些薄板21沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z方向相互错开一定的距离，在图18b1中，相邻两薄板21的L、I、J位于同一直线上，即其中一片薄板21的两端点与相邻薄板中部的凸点刚好处于同一个直线上，这样其一侧的紫外光源22发出的紫外线将全部照射到这些薄板21上而不会泄漏到另一侧。在图18b2中，薄板21的LJ段表面能被光源22中A点以上发出的紫外光照射到；如图18b3中，薄板21的IK段表面能被光源中B点以下发出的紫外光照射到；在此实例中，IH段的背光面不能被紫外光线照射到。

又如图19所示，19c1至19c4中，这些薄板21置于紫外光源22的外围进行布置，这些薄板21沿紫外紫外光源22的垂直轴线Z方向相互错开一定的距离，如图19c1中，相邻两薄板的L、I、J不位于同一直线上，这样从光源A处发出的紫外光线经JI的线路照射到薄板21的M点，这样其一侧的紫外光源22发出的紫外线将全部照射到这些薄板22上而不会泄漏到另一侧。如图19c2中，薄板22的MJ段表面能被紫外光源22中A点以上发出的紫外光照射到；如图19c3中，薄板21的KI段表面能被光源22中B点一下发出的紫外光照射到，在此实例中，薄板21的IH段的背光面以及ML段不能被紫外光线照射到。

再如图20所示，图20d1至图20d4中，这些薄板21置于紫外光源22的外围侧面进行布置，这些薄板21沿紫外光源22的垂直轴线Z方向相互错开一定的距离，如图20d1中，相邻两薄板21的L、I、J不位于同一直线上，这样从光源A处发出的紫外光线经JI的线路将穿过空隙而不照射到薄板21上，这样其一侧的紫外光源发出的紫外线将有部分不照射到这些薄板21上而泄漏到另一侧；如图20d2中，薄板21的LJ段表面能被光源22中A点以上发出的紫外光照射到；如图20d3中，薄板21的IK段表面能被光源22中B点以下发出的紫外光照射到；如图20d4中，光源22中AB之间发出的紫外光将有部分会穿过薄板21间的空隙而泄漏到另一侧；在此实例中，IH段的背光面不能被紫外光线照射到。

最后再请参阅图21所示，图21e1至图21e3中，这些薄板的回转线可以是圆弧，可以是直线、可以是弯曲线，或是其它形式的曲线。如图21e1所示的回转线是圆弧；如图21e2所示的回转线是直线；如图21e3所示的回转线是弯曲线。

本发明的薄板组合式光触媒载体结构所形成的污染物处理系统，可以运用于各种光触媒应用的环保系统中，用于对各种污染物的分解处理以及用于杀灭细菌和病毒。污染物流体在该处理系统中载有光触媒并能被紫外光源有效照射的薄板所形成的间隙中流动，这些薄板组合形成超大的处理污染物的有效比表面积，以实现对污染物的高效处理。该污染物处理系统中，污染物流体的流动需要在该污染物处理系统的进出口侧形成一定的压力差，该压力差可以用各种方法实现，如利用水泵、气泵、风扇等机械设备形成一个压力差，或者是利用一些流体在某种状态下本身存在的自然压力差，如水流、气流等。

综上所述，本发明的薄板组合式光触媒载体结构的一个优势是充分利用了紫外光的直线传播特点，可以使该光触媒载体获得超大的紫外光照射比表面积，非常适用于光触媒应用领域；同时通过增加薄板的数目或拓展薄板的叶片尺寸，相应地调整薄板的排列位置，可以获得更大的紫外线照射比表面积，有效地突破了长期以来，光触媒技术难以实际应用推广的瓶颈；该结构的另一个优势是由其所形成的污染物处理系统将获得更高的处理效率，可以减少系统的投资成本和使用成本，可以节约资源和减少能源消耗。

当然，本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅用来说明本发明，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明权利要求书的范围内。

Claims (10)

1、一种薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

该载体结构包括数片薄板、紫外光源，

所述的数片薄板沿紫外光源的垂直轴线方向呈叠层状排列组合于一起，紫外光源从数片薄板的中间部位穿过，每一片薄板的表面均载有光触媒，各薄板之间留有供流体流动的间隙。

2、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的薄板为平面板或回转面板。

3、如权利要求2所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的回转面板的回转线为直线、圆弧线、折线、弯曲线中的任一种。

4、如权利要求1或2或3所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的薄板的垂直轴与紫外光于等于零度且小于90度。

5、如权利要求1或2或3所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的薄板水平投影形状为中间有穿孔的圆形、矩形、椭圆形、三角形、跑道形，或扇形中的任一种形状。

6、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的紫外光源可以是柱状紫外光源、面状紫外光源、双柱状紫外光源，或是其它形状紫外光源中的任一种。

7、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的薄板为实心板或分布有小孔或条槽的板。

8、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的数片薄板之间叠层状排列间隔可为均匀分布或不均匀分布。

9、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的紫外光源与薄板的内径之间的距离大小是可调节的。

10、如权利要求1所述的薄板组合式光触媒载体结构，

其特征在于：

所述的薄板的材料可以是玻璃、高分子材料、陶瓷、金属，以及泡沫金属材料，或其它刚性或柔性材料中的任一种。

Images