CN103221117A

CN103221117A - 用于处理空气的过滤器及装置

Info

Publication number: CN103221117A
Application number: CN2010800691669A
Authority: CN
Inventors: 邵亚荣
Original assignee: ECO NANO Pte Ltd
Current assignee: ECO NANO Pte Ltd
Priority date: 2010-08-03
Filing date: 2010-08-03
Publication date: 2013-07-24
Also published as: WO2012018244A1; KR20130102045A; AU2010358604A1; AU2010358604B2; SG189823A1; US20130129565A1

Abstract

一个过滤器（100）包括至少一个含有纳米银粒子的抗菌层（101），以及至少一个紫外线光催化层（102）。

Description

用于处理空气的过滤器及装置

技术领域

本发明关于一个用于处理空气的过滤器及装置。特别是，本发明涉及一个用于处理空气的光催化作用的过滤器和装置。

背景技术

一种新兴的基于光催化氧化作用的空气处理技术，其能将微粒和有毒气体转化成安全化合物。基本上，一个光催化空气处理系统会包括使用宽光谱中紫外线光，其与光催化剂反应生成氢氧根自由基以及超氧化离子，将挥发性有机化合物氧化并去除吸附在催化剂表面的微生物。

一个常见的用于空气净化器上的光催化装置是二氧化钛。通过使用一定波长的光轰击二氧化钛，物质价带中的电子受激进入传导带。因而，这些电子能自由移动，它们的能量可以被用作将其附近的水和氧气分子分裂成氢氧根自由基和超氧化离子。

氢氧根自由基是最有力的氧化剂，氧化作用强于氯、臭氧和过氧化物，然而自由基的活性时间很短。氧化剂能打破诸如细菌和挥发性有机物分子这类有机物的分子键，使之形成更小的化合物，直到只剩下二氧化碳和水蒸气。

已有一些先有技术涉及到几个可安装在空气处理装置上的光催化过滤器。

在日本专利No. 2006017360中描述了一个一个形成为褶状物的空气过滤器，其会粘附空气中的灰尘、臭气分子、病毒和杆状菌中的至少一种。在先有技术中，也公开了一个有着空气净化元件的空调，其也包含空气过滤器。

另一个日本专利No. 2006280428公开了一种吸附性过滤层，其位于一个吸入空气流路径上，通过呼吸能力以及遮光效应去吸附有害气体成分。另外，先有技术声明使用了一种消毒臭气消除过滤器，装备着一个有呼吸能力的光催化过滤层，由吸附过滤层的吸附侧面将之层压在一起，在吸附侧上的紫外线辐射作用下，把臭气成分分解。

一个日本专利No. 2009028473描述了一种过滤器，其由纳米银覆盖，与一个杀菌灯共同安装在一个风速控制型的紫外线辐射空气消毒器内。基于先有技术，该空气消毒器过滤漂浮在房间和车内空气中的微生物，如细菌、病毒以及真菌等。

人们在光催化氧化技术上进行了改进，包括将其它元素加入二氧化钛作为催化剂。这些元素有钒、铜、锌、铑、银和镍。

在一个用于处理空气的过滤器中使用了纳米银粒子，引起人们极大的关注。由测试可知，银能提供天然抗菌、抗病毒和抗真菌的效果。当纳米银粒子与细菌或病毒接触，它们能抑制细胞的营养输送、攻击细胞膜、干扰细胞分裂从而妨碍细菌的繁殖。

因此，有可能发明一种过滤器，包括纳米银粒子，可容易安装到一个通过除去空气中多种污染物来高效处理空气的装置中。

发明内容

本发明主要的目的是发明一种过滤器，包括纳米银粒子或与其它光催化元素的组合，用于除去空气中的多种污染物，达到高效处理空气的目的。

本发明的另一个目标是发明一种装置，其安装有包括了纳米银粒子或与其它光催化元素组合的过滤器，用于除去空气中的多种污染物，达到高效处理空气的目的。

本发明已经能完全地或部分地达到至少上述目标中的一个，其中本发明的实施例描述了一种过滤器（100）包括至少一个含有纳米银粒子的抗菌层（101），以及至少一个紫外线光催化层（102）。

在本发明中，过滤器包括至少一个抗菌层和至少一个紫外线光催化层，同时还包括至少一个静电层。抗菌层含有纳米银粒子，其能有效除去微生物和臭气。

附图说明

图1是几个优选的用于处理空气的过滤器（100）的截面示意图。

图2图示说明了一种作为一个优选用于处理空气的装置（106）的吸顶式元件。

图3图示说明了另一种作为一个优选用于处理空气的装置（106）的吸顶式元件。

图4图示说明了一种作为一个优选用于处理空气的装置（106）的落地式元件。

图5图示说明了另一种作为一个优选用于处理空气的装置（106）的落地式元件。

图6图示说明了一种作为一个优选用于处理空气的装置（106）的空气处理元件。

具体实施方式

一个本领域的技术人员能意识到，本发明能很好地应用于实现所提及的目标，体现提及的优势，以及那些固有特性。在此描述的实施例并非对本发明领域的限制。

本发明公开了一种过滤器（100）包括至少一个含有纳米银粒子的抗菌层（101），及至少一个紫外线光催化层（102）。过滤器（100）还会进一步包括至少一个静电层（103）。

在本发明中，抗菌层（101）上负载的纳米银粒子含量为重量的0.1%至5%。纳米银粒子尺寸为10nm至25nm。所使用的银粒子尺寸为纳米级是很重要的，这样相比常见微观尺寸的银粒子，其能提供更大的表面面积。

更大的表面面积能提供更大的接触表面，以更高效地去除微生物。举个例子，1克尺寸为20nm的银粒子相当于50m²的表面积。

与细菌和真菌接触的纳米银粒子不利于细胞的新陈代谢，并抑制细胞生长，比如抑制电子传递系统的呼吸作用、基础新陈代谢，以及微生物细胞膜中酶作用物的运输。所以，纳米银粒子能抑制细菌和真菌的繁殖和生长，细菌和真菌可传染、引发臭气、引起发痒和疼痛。

此外，包括了纳米银粒子的抗菌层（101）还可包括其它元素，比如氧化锌、氧化钙、氧化镁、硅或其中任意的组合。抗菌层（100）能杀灭空气中诸如多种病毒、细菌的微生物，同时也能氧化臭气。

正如本发明所声明的，紫外线光催化层（102）包括二氧化钛，其能在紫外光或荧光源的照射下发生反应，对病毒、细菌、霉菌、真菌、臭气、挥发性有机化合物以及有毒气体进行氧化。而静电层（103）的功能是将通过过滤器（100）的空气中的灰尘过滤掉。

在本发明中，紫外线光催化层（102）负载的二氧化钛为重量的0.1%至21%之间。

在本发明的一个优选实施例中，一个优选过滤器（100）的基本组成部分需要包括一层抗菌层（101）以及一层紫外线光催化层（102），其中抗菌层（101）应包括纳米银粒子并可选择性增加氧化锌和/或者硅。在此所描述的优选过滤器（100）如图1（c）所示。

在图1（a）中，本发明描述了另一个优选过滤器（100），图示说明了一个抗菌层（101）夹在另一个抗菌层（101）和一个紫外线光催化层（102）之间。

基于本发明，图1（b）中所示为最优过滤器（100），其有抗菌层（101）作为核心，还有两层静电层（103）、一层外部抗菌层（101）以及一层紫外线光催化层（102）。

另外，过滤器（100）通过一个聚合物网（104）进行保护。比如，过滤器（100）的抗菌层（101）和/或者紫外线光催化层（102）最优可使用一个聚合物网（104）进行包围覆盖，聚合物网可使用聚丙烯、聚酯、编织物或其中任意组合制成。

另外，过滤器（100）也用一个金属罩子（105）进行保护，其优选方案是使用铝、镀锌钢或者它们的组合。

在下文中，本发明公开了一种用于处理空气的装置（106），包括至少一个紫外线光源（107）以及至少一个过滤器（100），其如前文所述暴露在紫外线光源（107）下。该装置（106）还包括至少一个风扇（108），一个冷却或加热线圈（110）或它们任意的组合。

在本发明中，图2和图3中分别示意了一个优选用于空气处理装置（106）的吸顶式元件。在图2中，空气从图示箭头A所指的方向吸入一个进气口，其中，一个包含了纳米银粒子和/或者氧化锌的静电过滤器（109）位于进气口处，通过静电力作用吸附烟雾。

可选择地，一个风扇（108）可安装在进风口附近，将空气吹入装置（106），并使空气通过过滤器（100）。至少一个过滤器（100）暴露于至少一个紫外线光源（107）中，从而将空气中多种污染物去除，包括灰尘、微生物和有机挥发物。

在另一个本发明的优选实施例中，安装在装置（106）中的过滤器（100）可有一层光催化层（102），其包含二氧化钛，优选方案是支撑在采用诸如铝这样的金属制作的金属丝网上。处理完成的空气沿图中箭头B或C或它们的组合所指的方向从装置（106）中吹出。

在图3中所示的另一个吸顶式元件的优选装置（106）中，空气从A处箭头附近从一个进气口进入装置（106）。空气通过至少一个暴露在至少一个紫外线光源（107）下的过滤器（100）进入，一个风扇（108）会将处理完成的空气沿着B或C或它们组合的方向吹出。

在图4中，一个落地式元件的优选装置（106）用于处理空气。优选方案是，空气从一个图示中箭头A处，从顶部进气口吸入装置（106）中，其中至少一个过滤器（100）暴露在至少一个紫外线光源（107）下，产生氢氧根自由基来处理空气。处理完成的空气会被一个风扇（108）吹动并释放出去，沿着图中所示箭头B或C或者它们的组合，优选是通过装置（106）的底部出口吹出。

图5所示为另一个落地式元件的优选装置（106）。在这个装置（106）中，空气也沿着如图中箭头A所示的方向，从一个进气口吸入，空气会通过至少一个暴露在紫外线光源（107）中的过滤器（100）。使用一个风扇（108）将已经处理完成的空气沿着图示中箭头B或C或它们的组合方向吹出出气口。

在图6中所示的一个空气处理元件或风扇线圈元件可作为优选装置（106）。从A图示方向进入的回风通过回风管道进入装置（106）。吸入的空气会通过至少一个暴露在至少一个紫外线光源（107）中的过滤器（100），并通过加热或冷却线圈（110）。

加热或冷却了的空气由一个风扇（108）顺着供气管道沿着箭头B方向吹出装置（106）。根据本发明，在图6中的装置（106）优选把部件装入充气箱中。如果没有充气箱，这些部件可优选固定在装置（106）中的回风口这一侧。

另外，本发明声明了紫外线光源（107），其能释放出UVA和/或者UVC，但优选的波长范围为185nm至400nm。装置（106）可用于许多地方，比如在办公室、宾馆客房、机场、无尘室和其它地方。

本发明还公开了处理空气的方法，包括以下步骤：吸入空气至一个过滤器（100）、将过滤器（100）暴露在一个紫外线光源（107）中，产生氢氧根自由基，通过它除去空气中的污染物。

在本发明中，过滤器（100）中紫外线光催化层（102）上的二氧化钛表面上反复发生氧化反应。在氧化还原反应中，使用二氧化钛净化环境，需要含有氧气和水蒸汽的空气。

当二氧化钛暴露在紫外线中时，光催化就开始了。这可以被称为光学固体表面或者界面反应。二氧化钛吸收紫外线，产生电子以及正电荷空穴。通过产生更多的电子和空穴能得到更激烈的反应效果。

光催化反应的过程如下所示：

TiO₂+ hν (紫外线) e^-+ h⁺(空穴)

产生的空穴有很强的氧化能力，通过与二氧化钛表面存在的水分子发生反应，能产生氢氧根自由基用以氧化有机污染成分。产生氢氧根自由基的反应过程如下所示：

h⁺(空穴) + H₂O

·OH (氢氧根自由基) + H+

在有氧环境下，有机化合物中间产物的自由基和氧分子促使发生自由基链反应，并消耗氧气。有机化合物可被分解并最终转化成二氧化碳和水。

而产生的电子会通过引起与二氧化钛表面氧气的还原反应生成超氧阴离子，其中反应过程如下所示：

e^- + O₂

·O₂ (超氧阴离子)

超氧阴离子能通过依附在氧化反应的中间产物或转变成过氧化氢，形成氧化物，进一步变成水。自由的氧自由基(·O)也可在空气中产生，直接作用在有机物质的C-C键上。

由于有机物质通常比水的可氧化性更强，所以，正电荷的空穴更可能去氧化有机化合物。当有机物的浓度提高时，空穴和电子这两种带电物质的重组率会下降。

当所有空穴都被占满的情况下，电子转移到氧分子的效率会有所下降，决定了整个反应效率的下降。

Claims

1.一种过滤器（100），其特征在于，包括：

至少一个含有纳米银粒子的抗菌层（101）；

以及，至少一个紫外线光催化层（102）。

2.根据权利要求1所述的一种过滤器（100），其特征在于，还包括至少一个静电层（103）。

3.根据权利要求1或2所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述抗菌层（101）还包括氧化锌、氧化钙、氧化镁、硅或它们的任意组合。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述抗菌层（101）有一层纳米银粒子的负载，占重量的0.1%至5%。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述纳米银粒子尺寸范围为10nm至25nm。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述紫外线光催化层（102）含有二氧化钛。

7.根据权利要求6所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述紫外线光催化层（102）有一层二氧化钛的负载，占重量的0.1%至21%。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的一种过滤器（100），其特征在于，所述过滤器（100）使用一个聚合物网（104）、一个金属罩（105）或它们的组合进行保护。

9.一种用于处理空气的装置（106），其特征在于，包括：

至少一个紫外线光源（107）；

以及，至少一个如上述任意一项权利要求所描述的暴露在紫外线光源（107）下的过滤器（100）。

10.根据权利要求9所述的一种装置（106），其特征在于，还包括至少一个风扇（108）、一个线圈（110）或它们的组合。

11.根据权利要求9或10所述的一种装置（106），其特征在于，其中所述紫外光源（107）辐射的波长范围为185nm至400nm。

12.根据权利要求9至11中任意一项所述的一种装置（106），其特征在于，至少有一个表面，覆盖着一层占重量0.1%至5%的纳米银粒子，和/或者占重量0.1%至21%的二氧化钛的负载。

13.一种用于处理空气的方法，其特征在于，包括：

将空气吸入如权利要求1至8中任意一项所描述的过滤器（100）中；

将过滤器（100）暴露在一个紫外线光源（107）下，生成氢氧根自由基；

以及，通过氢氧根自由基将空气中的污染物除去。

14.根据权利要求13所述的一种方法，其特征在于，其中所述紫外线光源（107）辐射出的波长范围为185nm至400nm。