CN102626584B - 一种复合式室内空气净化器 - Google Patents

Abstract

一种复合式室内空气净化器，包括外壳(1)、风扇(2)和外壳(1)内的净化系统，其特征是所述的净化系统是外壳(1)由隔板(8)分隔而成的光催化净化室(3)和物理吸附池(4)，隔板(8)上有通孔并连接一根吸收管(9)，吸收管(9)直达物理吸附池(4)的底端；在光催化净化室(3)内置放至少五片与外壳(1)截面平行的纳米二氧化钛干凝胶或/和掺杂纳米二氧化钛干凝胶(5)和一根紫外灯管(6)，紫外灯管(6)穿过每片干凝胶(5)的中孔，每片干凝胶(5)上密布有气孔；物理吸附池(4)内置放水吸收液(7)，水吸收液(7)中含有质量百分浓度0.001-20％的化学捕捉剂。本装置能彻底清除空气中的甲醛、苯、甲苯等污染物且能杀灭细菌和病毒，适用于净化室内和车内空气。

Description

一种复合式室内空气净化器

一、技术领域

本发明涉及一种室内空气净化装置，具体地说是一种复合式室内空气净化器。

二、背景技术

随着社会经济的发展和人民群众生活水平的不断提高，室内装饰装修已经成为人们改善生活条件、提高生活质量的重要手段，但同时也成为了室内空气污染的重要来源，加剧了室内空气品质的恶化。国内外专家对室内空气环境污染进行了大量研究，已经检测到的有毒有害物质达数百种。有关报道显示，目前我国装饰工程室内空气环境污染物主要包括甲醛、苯等TVOC(即挥发性有机物总和)，可以引发人体30多种疾病，甚至癌症，室内污染物的危害到了不容忽视的地步。此外，随着经济发展，汽车等进入人们日常生活之中。现有汽车的内部装饰材料中，绝大部分是化工制品，如人造皮革、橡胶、化纤装饰布料、中控台和方向盘的塑料件等，以及大量使用的各种粘合剂，这些化学品都能造成车内空气质量严重污染，影响驾驶员和乘员的健康。

2003年《室内空气质量标准》的出台，将室内空气质量列为强制性标准，国内各级政府为提高人们居住环境也纷纷出台相关政策，扶植包括室内环保在内的高新技术发展。空气净化产业迎来了迅速发展的良好契机，成为新世纪的朝阳产业，有着极大的市场空间。随着空气净化产业的蓬勃发展，市场上出现了各种类型的空气净化器，逐步走进寻常百姓之家。室内空气净化器的核心部分便是净化系统。目前市场上销售的空气净化器常采用不同的的净化技术，有静电除尘、光催化、物理吸附、水洗净化、负离子等，这些技术都存在不同的缺陷。如利用活性炭等吸附剂的物理吸附法，仅仅是对污染物进行吸附捕捉，并不能有效降解污染物，且吸附的有机污染物总量小，污染物还能够从活性炭表面脱附，重新释放到空气中污染环境；吸附剂活性炭需要定期更换，更换不方便，成本较高，再回收利用困难，并易形成二次污染；水洗净化法存在清除效率低，并对苯、甲苯等有机污染物不能有效除去。静电装置则仅仅能够对空气中悬浮的灰尘等漂浮物进行清除，对化学污染物清除效果不佳。臭氧发生器净化器设备价格昂贵，使用过程中用电能耗较高，且臭氧本身对人体具有伤害性。纳米TiO₂光催化净化技术在空气污染净化方面展现出诱人的应用前景。纳米TiO₂光催化净化技术以温和的反应条件、稳定的化学性质、较高的催化活性、低廉的价格、对人体和环境无毒无害、不会产生二次污染等优点，是现在国内外公认的最先进，最有发展潜力的空气净化技术之一。但现有的纳米TiO₂催化剂光催化治理空气污染物技术对一些结构坚固的化合物如苯、甲苯等亦不能做到完全清除，且光催化反应生成的苯酚等物质，对人体也具有毒性。单纯的利用此技术净化室内空气具有一定的局限性和不足。

综上所述，现有的空气处理技术及其设备都存在一些局限性，难以彻底的治理人们要求解决的两大污染问题：难以祛除空气中的各种有机污染物和杀死空气中的各种致病细菌和病毒。

三、发明内容

本发明针对现有空气净化器技术的不足，旨在提供一种新型空气净化器。所要解决的技术问题是将光催化净化和物理吸附组合成复合式的净化器。

本空气净化的思路是让空气在风扇的作用下依次流经光催化净化室经氧化净化和物理吸附池经吸附净化后排放。

本净化器的技术方案包括带有空气进口11和空气出口12的外壳1、风扇2和外壳1内的净化系统，其特征是所述的净化系统是外壳1由隔板8分隔而成的光催化净化室3(下称净化室3)和物理吸附池4(下称吸附池4)，隔板8上有通孔并连接一根吸收管9，吸收管9直达吸附池4的底端；净化室3内置放至少五片与外壳1截面平行的纳米二氧化钛干凝胶或/和掺杂纳米二氧化钛干凝胶5及一根紫外灯管6，紫外灯管6穿过每片干凝胶5的中孔，每片干凝胶5上密布有气孔；吸附池4内置放水吸收液7，水吸收液7中含有质量百分浓度0.001-20％的化学捕捉剂。

为强化紫外光的效果，在净化室3的内壁贴有铝箔纸。

所述的化学捕捉剂选自乙二胺四乙酸二钠(EDTA二钠)、聚乙烯醇(PVA)、三乙醇胺、十二烷基硫酸钠(SDS)、洗洁精或洗衣粉等一种或两种以上化学捕捉剂。

本发明的空气净化器是以纳米二氧化钛干凝胶或掺杂纳米二氧化钛干凝胶作为催化剂，在紫外灯的照射下，催化分解空气中的甲醛，氨，苯等有机污染物，并利用紫外线杀死空气中的细菌和病毒。未能完全分解的有机污染物，可通过净化室3后串联的吸附池4由化学捕捉剂进行捕捉，以达到彻底清除污染物的目的。

纳米TiO₂干凝胶的制备：

取钛卤代物、或烷基钛、或钛酸酯为原料，溶解在一定比例的乙醇或水或其混合溶液中，应用溶胶凝胶法制备二氧化钛干凝胶。或在钛卤代物、或烷基钛、或钛酸酯为原料，溶解在一定比例的乙醇或水或其混合溶液中，加入Fe³⁺、Mo⁵⁺、Ru²⁺、Os³⁺、Re⁵⁺、V⁴⁺、Ag⁺和Pr³⁺的无机酸或有机酸盐，或金属有化合物作为掺杂物组分，应用溶胶凝胶法制备掺杂二氧化钛干凝胶。或将入Fe³⁺、Mo⁵⁺、Ru²⁺、Os³⁺、Re⁵⁺、V⁴⁺、Ag⁺和Pr³⁺的无机酸或有机酸盐，或金属有化合物的溶液，加入到二氧化钛溶胶溶液中，充分搅拌冷却制得掺杂纳米TiO₂复合光催化材料。将催化材料制成大小基本均匀的块体，650℃下退火1小时制成具有催化效果的干凝胶。

掺杂纳米TiO₂，掺杂物为过渡金属离子Fe³⁺，或Mo⁵⁺或Ru²⁺，或Os³⁺，或Re⁵⁺、或V⁴⁺、或Ag⁺或Pr³⁺的化合物，掺杂物与TiO₂的摩尔比为0.001-20％。

掺杂纳米TiO₂，掺杂物也可以是半导体化合物CdS、或ZnO、或CdSe、或SnO₂、或PbS、或WO₃、或SiO₂、或Al₂O₃，掺杂化合物与TiO₂摩尔比为0.001-20％。

掺杂纳米TiO₂，掺杂物还可以是有机化合物：罗丹明、或卟啉、或叶绿素、或吡啶钌、或痒杂蒽、或金属钛氰，掺杂化合物与TiO₂摩尔比为0.001-20％。

吸附剂的制备按如下步骤进行：

在1L的水中，加入EDTA，PVA，三乙醇胺、SDS等的一种或几种；或者家用洗洁精、洗衣粉等，质量百分浓度为0.001-20％，搅拌均匀即可。

与已有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明所采用的催化剂催化活性高，性质稳定不易分解，不形成二次污染等显著优势。同时相较于以往的负载型二氧化钛粉末催化剂，具备制备简单，成本较低，使用方便，可回收循环利。

2、本发明方案结合了光催化法和化学法的优点，能高效彻底的清除普通空气净化装置难以除去的甲醛、苯、甲苯等污染物，且更换吸附剂方便，成本低，效果好。在不明显增加使用成本的前提下，能更好的达到清除空气污染物的目的。

3、本发明空气净化装置能将室内空气中各种有害的有机污染物有效分解，彻底消除室内的化学品刺鼻味等异味，且能有效杀灭空气中的细菌和病毒。且能耗低，使用成本小，体积小巧，外观大方。

4、本发明空气净化装置有着极为广泛的应用，包括安装在室内的墙壁、窗台、顶棚等处，安置在车内，用于净化室内、车内的空气；使用在医院、餐厅、宾馆等公共场所，还可用于废气处理，汽车尾气吸收等。

四、附图说明

附图1是本空气净化器剖面结构示意图。

图中1外壳，2风扇，3光催化净化室，4物理吸附池，5干凝胶片，6紫外灯管，7水吸收液，8隔板，9吸收管，10吸附池的放液口，11外壳上的空气进口，12外壳上的空气出口，13风扇和灯管用电源线。

五、具体实施方式：

例1：纳米TiO₂干凝胶的制备：

取2000ml酞酸丁酯溶解在乙醇溶剂中，在磁力搅拌器搅拌下滴入硝酸溶液中，滴完后搅拌得到TiO₂前躯体。将其溶于凝胶液中充分搅拌冷却制得块体于650℃下退火1小时得到具有纳米多孔结构的TiO₂干凝胶复合光催化材料。

例2：Fe³⁺化合物掺杂纳米TiO₂干凝胶的制备：

取2000ml酞酸丁酯溶解在乙醇溶剂中，向其中加入适量的三氧化二铁，在磁力搅拌器搅拌下滴入硝酸溶液中，滴完后搅拌得到TiO₂前躯体。将其溶于凝胶液中充分搅拌冷却制得块体于650℃下退火1小时得到具有纳米多孔结构的掺杂Fe³⁺的TiO₂干凝胶复合光催化材料。

例3：罗丹明掺杂纳米TiO₂干凝胶的制备：

取2000ml酞酸丁酯溶解在乙醇溶剂中，向其中加入适量的罗丹明，在磁力搅拌器搅拌下滴入硝酸溶液中，滴完后搅拌得到TiO₂前躯体。将其溶于凝胶液中充分搅拌冷却制得块体于650℃下退火1小时得到具有纳米多孔结构的掺杂罗丹明TiO₂干凝胶复合光催化材料。

水洗吸收液的制备举例：

例4：

取1L水，向其中加入3％的家用洗洁精，搅拌均匀后即可。

例5：

取1L水，向其中加入2％的SDS，搅拌均匀后即可。

例6：净化器组装

取厚0.1cm硬质PVC塑料加工15×15×35cm长方体外壳1，为方便组装，封盖活动式连接。外壳的两端有空气进口11和空气出口12，在进口端设置风扇2，D＝5cm，风速0.2m/s。

一块隔板8将外壳1分隔成两个隔仓，靠近空气进口11端的隔仓15×15×25cm，构成光催化净化室3，靠近空气出口12端的隔仓15×15×10cm，构成物理吸附池4，隔板8上方有通孔并连接一根吸收管9，将净化室3和吸附池4串联在一起，吸收管9将经光催化净化后的空气送入吸附池4的底端。吸附池4底部有放液孔10，以更换吸收液。

在净化室3内置放一根紫外灯管6，功率15W，直径2cm，同时平行置放15片由例1～3制备的15×15×0.5cm光催化剂干凝胶片5。紫外灯管6穿过每片干凝胶片5的中孔，每片干凝胶片5上密布有供空气流通的气孔。为反射紫外光可在净化室3内壁贴铝箔纸。

在吸附池4内置放由例4或5制备的吸收液7。

例7：污染物的清除效果验证：

为验证本发明清除有机污染物的效果，设置一个内部容积为2m³的气密柜，在柜子中放入一定量的苯，甲醛，氨水等有机物，使柜中空气中，甲醛的含量为国家标准(GB/T18883-2002)允许含量(0.1mg/m³)的50倍，苯的含量为国家标准允许含量(0.11mg/m³)的20倍，氨的含量为国家标准允许含量(0.2mg/m³)的20倍。将本发明放置于柜中，接通电源，开始计时。

24小时后，测量柜中各有机物含量，甲醛为国家标准允许含量的0.3倍，氨完全消失。苯的含量为家标准允许含量的0.8倍。更换清除装置中的吸附剂，继续接通电源，计时。再24小时后，测量柜中各有机物含量，甲醛为国家标准允许含量的0.01倍，氨完全消失。苯的含量为家标准允许含量的0.1倍。柜内空气经本发明治理后，有机污染物含量完全达到国家《室内空气质量标准》(GB/T 18883-2002)的要求。

Claims (1)

1.一种复合式室内空气净化器，包括带有空气进口(11)和空气出口(12)的外壳(1)、风扇(2)和外壳(1)内的净化系统，其特征在于：所述的净化系统是外壳(1)由隔板(8)分隔而成的光催化净化室(3)和物理吸附池(4)，隔板(8)上有通孔并连接一根吸收管(9)，吸收管(9)直达物理吸附池(4)的底端；在光催化净化室(3)的内壁上贴有铝箔纸，同时在其内置放至少五片与外壳(1)截面平行的纳米二氧化钛干凝胶或/和掺杂纳米二氧化钛干凝胶(5)和一根紫外灯管(6)，紫外灯管(6)穿过每片干凝胶(5)的中孔，每片干凝胶(5)上密布有气孔；物理吸附池(4)内置放水吸收液(7)，水吸收液(7)中含有质量百分浓度3％的化学捕捉剂洗洁精。