CN103134117B - 一种导电纳米TiO2复合光催化空气净化装置 - Google Patents

Abstract

一种导电纳米TiO₂复合光催化空气净化装置，包括本体及设于本体中的空气净化反应腔，本体上设有进气口和出气口，空气净化反应腔临近进气口处设有除尘装置，除尘装置后部的空气净化反应腔里依次设有活性炭过滤装置和光催化净化装置，其特征在于：所述光催化净化装置设有负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜，TiO₂纳米膜的厚度为0.1～10mm，且在所述TiO₂纳米膜上加载有一预设电压，其预设电压范围为0.3～10V，TiO₂纳米膜的侧部设有光源发生装置。本发明还将负离子发生装置集成于本装置中，设于出气端，当净化后的空气排向出气口时，负离子发生装置可进一步净化空气并增加空气中的新鲜氧含量，有益人体健康。

Description

一种导电纳米TiO2复合光催化空气净化装置

技术领域

本发明涉及一种空气净化装置，具体地说是一种应用纳米TiO₂光催化氧化技术和吸附、过滤技术相结合处理室内、车内等密闭空间空气中污染物质的空气净化装置。

背景技术

人的一生大部分时间都是在室内度过的，随着生活水平的日益提高，对交通工具的依赖程度也增加，在车内的时间也增加。研究表明，污染室内、车内等密闭空间内的空气质量的物质主要是化学物质，有甲醛、苯、二甲苯、氨、CO、CO₂、NO_X、SO₂以及其他挥发性有机化合物(VOC)等。这些密闭空间内空气污染物的特点是成分复杂，污染物的浓度低，但作用于人体的时间长，对人体的健康危害极大。

室内空气净化器就是用来改善和提高室内空气质量的装置，目前主要的空气净化装置主要有负离子式、臭氧氧化分解式和光催化式等几种，然而，负离子式对细菌病毒及化学污染物无能为力，臭氧氧化分解式不适合开放场地，而且臭氧的浓度过大于人体也有害。近年来，TiO₂光催化净化气相中的挥发性有机化合物是一个较新的研究领域，有很大的发展空间。尤其是利用TiO₂作为催化剂的光催化过程，反应条件温和，光解迅速，产物基本是CO₂和H₂O，可适用于室内、车内等密闭空间除去空气中的有机污染物，适用范围广，包括烃、醇、醛、酮等有机物都能通过TiO₂光催化氧化分解为无臭、无害的物质，空气中的霉菌、病菌等也同时被杀灭，但其还存在一定的局限性和不足，如催化剂的催化效率低，催化活性易劣化等，使空气净化装置的净化效果不佳。

发明内容

为解决上述现有技术所存在的问题，本发明的目的在于提供一种催化效率高、催化活性好、净化效果好的应用导电纳米TiO₂复合光催化氧化技术和吸附、过滤技术相结合处理室内、车内等密闭空间空气中污染物质的空气净化装置。

为了实现上述目的，本发明提供了一种导电纳米TiO₂复合光催化空气净化装置，包括本体，其中本体中包括设有进气口和出气口的空气净化反应腔，空气净化反应腔连接有提供动力的风机，其中空气净化反应腔的进气口处依次设有除尘装置、活性炭过滤装置、风机和光催化净化装置，其特征在于：所述光催化净化装置包括负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜，且在所述TiO₂纳米膜上加载有预设电压，在TiO₂纳米膜的侧部设有光源发生装置。

优选地，所述除尘装置为纳米过滤网。

优选地，所述TiO₂纳米膜的厚度范围为0.1～10mm，空气通过一定厚度的TiO₂纳米膜，使其与光催化剂的接触时间延长，反应更加充分。

优选地，为提高光催化剂的活性，所述TiO₂纳米膜上加载的预设电压范围为0.3～10V。

优选地，为提高空气净化处理效果，所述光源发生装置为紫外光源。

优选地，所述光源发生装置设于TiO₂纳米膜的周围。

优选地，所述空气净化装置还包括负离子发生装置，设于本体出气端。

本发明的空气净化过程是：风机抽取密闭空间内的空气由进气口进入空气净化反应腔，流动空气先经过除尘装置去除空气中的微尘，去除微尘的空气经过活性炭过滤装置时可去除空气中的烟味、霉味、油烟等异味，随后进入光催化净化装置，流过TiO₂纳米膜时一方面被设置在TiO₂纳米膜侧部的紫外光源发出的紫外线杀灭病菌病毒，一方面被进行纳米光催化净化：紫外光源照射到负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜表面，可有效激发纳米TiO₂光催化剂产生电子(e-)和空穴(h+)，电子(e-)和空穴(h+)能与水分子结合生成具有极强氧化能力的羟基自由基(·OH)，羟基自由基(·OH)把进入反应腔的有机物氧化分解成CO₂和H₂O等小分子，无二次污染，同时在负离子发生装置的作用下产生大量负氧离子，净化后的空气由出气口排出重新进入密闭空间，以达到除臭、抗菌、净化空气的效果。

附图说明

图1为本实施例的空气净化装置示意图。

图2为本实施例的侧向剖视图。

具体实施方式

为了更好地阐述本发明的技术特点和结构，以下结合本发明的实施例及其附图进行详细描述，其中，相同的标号始终表示相同的部件。

如图1和图2所示，在本体100上设有进气口110和出气口120，空气净化反应腔300设于进气口110和出气口120之间，以风机200为动力源，其中风机200为涡轮风扇。当空气净化装置工作时，在风机200的驱动下，空气由本体100上的进气口110进入空气净化反应腔300。从进气口110开始，空气净化反应腔300内依次设有除尘装置310、活性炭过滤装置320、风机200、和光催化净化装置330，其中光催化净化装置330设置在除尘装置及活性炭过滤装置的正下方，带动风机200的电机210安装在空气净化反应腔300的后部。本实施例中，除尘装置310为纳米过滤网，不仅可以高效除尘，而且将除尘装置310设置在进气口110处，这种结构还方便将除尘装置310拆下清洗或更换，也不会对其他部件造成影响。经过除尘装置310去除微尘等杂质后，再经过活性炭过滤装置320时进一步去除空气中的烟味、霉味、油烟等异味，随后空气经风机200作用转变气体流动方向即向下，进入光催化净化装置330。另外，将活性炭过滤装置320设置于光催化净化装置之前的作用就是保护光催化剂载体，延长其使用寿命，防止其性能过早劣化。

下面先介绍TiO₂光催化作用机理。

光催化反应是指在有光参与的情况下，发生在光催化剂及其表面接触物之间的一种光化学反应和氧化还原过程，其最终产物为CO₂、H₂O及其它无机小分子物质。

在一定的光照条件下，如果光子的能量大于TiO₂禁带宽度，其价带上的一个电子(e-)就会被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴(h+)。光生空穴有很强氧化能力，而光生电子具有很强的还原能力，它们可以直接复合释放出热能，也可与表面的俘获位结合或与表面吸附的电子给体/受体发生氧化还原反应。空穴可以直接或间接氧化有机物，通常情况下空穴对有机物的氧化是通过羟基自由基(·OH)间接进行的。羟基自由基(·OH)是光催化反应的一种主要的活性物质，对光催化氧化起决定作用。这就是本发明的理论基础之一。

如图1可知，光催化净化装置330包括设有负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜332，且在所述TiO₂纳米膜332上加载有预设电压，而光源发生装置设于TiO₂纳米膜332的侧部。本实施例中光催化的激发光源选用紫外光源331，其中将紫外光源设置在TiO₂纳米膜的周围，以便能够使紫外线全方位地照射到TiO₂纳米膜332表面，使光催化反应更加充分。

进入光催化净化装置330的空气流过TiO₂纳米膜332时一方面被设置在TiO₂纳米膜332周围的紫外光源331发出的紫外线杀灭病菌病毒，一方面被进行纳米光催化净化：紫外光源331照射到负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜332表面，可有效激发纳米TiO₂光催化剂产生电子(e-)和空穴(h+)，电子(e-)和空穴(h+)能与水分子结合生成具有极强氧化能力的羟基自由基(·OH)，羟基自由基(·OH)把密闭空间内的有毒有害有机物质氧化分解成CO₂和H₂O，无二次污染，净化后的空气由出气口120排出，重新进入密闭空间，进而达到除臭、抗菌、净化空气的效果。

优选地，本实施例中TiO₂纳米膜332的厚度设置为0.1～10mm，这样空气通过一定厚度的TiO₂纳米膜332，使其与负载在TiO₂纳米膜332上的TiO₂光催化剂的接触时间延长，光催化氧化反应更加充分，增强空气净化效果。

值得强调的是，与现有技术不同，为提高光催化剂的活性，本实施例还在TiO₂纳米膜332上加载有预设电压，其中电压范围为0.3～10V。在TiO₂纳米膜上加载预设电压实际上是通过改变体系中的电子分布实现的，增加光生电子和空穴的分离程度，有效抑制光生电子和空穴的复合，从而极大地提高了催化活性。

同时，本实施例还将负离子发生装置400集成于本装置中，负离子发生装置400设于出气端。当净化后的空气排向出气口120时，负离子发生装置400可进一步吸附各种病毒、细菌，消除烟尘，分解有机、无机废气，提高废气的净化效率，并清新空气、增加空气中的新鲜氧含量，有益人体健康。

本发明提供的导电纳米TiO₂复合光催化空气净化装置，具有催化效率高、催化活性好、净化效果好等显而易见的优势。经由上海市环境保护质量监督检验总站检测，本装置对甲醛及苯类有机物去除率达到99﹪，总挥发性有机化合物(TVOC)去除率达72﹪，总菌去除率为99﹪，综合有效杀菌率大于90﹪。相较于现有装置，本装置有害物质去除率提高30～50﹪，净化效果显著。

虽然本发明是参照其示例性的实施例被具体描述和显示的，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。

Claims (5)

1.一种导电纳米TiO₂复合光催化空气净化装置，包括本体，其中本体中包括设有进气口和出气口的空气净化反应腔，空气净化反应腔连接有提供动力的风机，其中空气净化反应腔的进气口处依次设有除尘装置、活性炭过滤装置、风机和光催化净化装置，其特征在于：所述光催化净化装置包括负载有纳米TiO₂光催化剂的TiO₂纳米膜，且在所述TiO₂纳米膜上加载有预设电压，在TiO₂纳米膜的侧部设有光源发生装置；

其中，所述TiO₂纳米膜的厚度范围为0.1～10mm；所述TiO₂纳米膜上加载的预设电压范围为0.3～10V。

2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述除尘装置为纳米过滤网。

3.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述光源发生装置为紫外光源。

4.根据权利要求3所述的空气净化装置，其特征在于，所述光源发生装置设于TiO₂纳米膜的周围。

5.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述空气净化装置还包括负离子发生装置，设于本体出气端。