CN103282058B - 用于空气净化的方法和装置 - Google Patents

Abstract

公开了一种空气净化装置和用于移除空气污染物的方法。空气净化装置包括安装有至少一个吸附过滤器(2)和至少一个活性氧化物(ROS)产生器(3)的壳体(1)。吸附过滤器(2)位于壳体(1)的表面上且曝露于空气中以吸附空气污染物。用于产生ROS的ROS产生器(3)由壳体(1)和吸附过滤器(2)环绕。该方法包括以下步骤：a)：将空气净化装置放置在受污染的环境中；b)吸附过滤器(2)吸附环境中的空气污染物；c)在吸附过滤器(2)吸附空气污染物的过程中或之后，从ROS产生器(3)释放ROS以分解空气污染物和更新吸附过滤器(2)。改空气净化装置无需供电就可使用，因此不会在吸附过程中造成空气流或是噪声污染。

Description

用于空气净化的方法和装置

技术领域

本发明涉及空气净化，更具体地说，涉及一种用于空气净化的方法和装置。

背景技术

现在，室内空气质量问题越来越受到人们的关注，因为这是危害人体健康的元凶之一。空气污染物，如总挥发性有机物(TVOC)、氨、硫化氢、细菌和病毒等都将危害人体健康。而这些问题都迫切需要解决。

美国专利US7,473,074和5,042,457公开了注入新鲜空气以有效地稀释空气污染物以维持室内空气质量的方法。然而，由于所处位置的局限，可能难以获取新鲜空气，特别在难以安装通气道和气流产生装置的环境中。此外，这一方法不能消除空气污染物，而是将空气污染物转移到其他区域，这可能最终导致更严重的空气问题。

美国专利US 6,152,996，5,350,444和7,316,736公开了使用空气净化装置是改进室内空气质量的可行方案。大多数空气净化装置由气流产生装置和过滤器组成。其工作原理是当气流产生装置使空气进入空气净化装置时，过滤器将吸附空气污染物。这种类型的空气净化装置的缺陷在于：

空气污染物只是被吸附在过滤器中，而这将导致二次污染；

由于具有气流产生装置，因此这种空气净化装置的尺寸较大；

气流产生装置可能产生噪声干扰；

需要给该气流产生装置供电。

因此，至今还存在改进现有技术中的缺陷和不足的需要。

发明内容

本发明涉及用于清除空气污染物的方法和装置，该方法和装置不会对环境产生干扰，也不会导致二次污染，因此可以广泛应用到各处。

本发明的一个方面提供了一种用于清除空气污染物的空气净化装置，该空气污染物如家庭、商业、工业区域内的总挥发性有机物(TVOC)、氨、硫化氢、细菌和病毒。

本发明的空气净化装置包括壳体，所述壳体中安装有至少一个吸附过滤器和至少一个活性氧化物产生器。所述吸附过滤器安装到所述壳体的表面并曝露在空气中。该活性氧化物产生器被所述壳体和所述吸附过滤器包围。

所述吸附过滤器用于通过扩散方式吸附空气污染物。所述吸附过滤器包括吸附材料和透气匣。所述活性氧化物产生器用于产生活性氧化物。该活性氧化物朝着该吸附材料扩散以分解被吸附的空气污染物，这样吸附过滤器可被更新以用于下一次吸附污染物。因为活性氧化物产生器由壳体和吸附过滤器包围，该吸附材料可分解过剩的活性氧化物从而避免活性氧化物泄漏。

本发明提供了一种更新系统。在所述更新系统中，空气污染物和活性氧化物被局限在吸附材料的孔道中。不像气相反应，空气污染物和活性氧化物在纳米级的范围内彼此靠近保存，从而增强活性氧化物将空气污染物分解成无害产物(如水和二氧化碳)的效率，进而避免二次污染。该氧化产物非常地小，因而不能停留在这些孔道中。这些氧化产物将从孔道中扩散出来，而这些孔道又可再用于吸附空气污染物。

本发明包括两个步骤：空气污染物的吸附和吸附过滤器的更新。这两个步骤可以在相同或不同时间进行。因此在操作中有两种组合：

1)吸附空气污染物直到该吸附过滤器饱和，接着释放活性氧化物以更新该吸附过滤器；

2)采用该吸附过滤器吸附空气污染物并同时释放活性氧化物以更新该吸附过滤器。

对于第一种组合操作，空气污染物的吸附和吸附过滤器的更新可在不同位置发生。空气污染物的吸附时间和吸附过滤器的更新时间是不受局限的，并且是基于应用而可调整的。

对于第二种组合操作，空气污染物的吸附和吸附过滤器的更新是在同时发生，并且显然在同一位置发生。

与传统空气净化装置不同，本发明的空气净化装置在吸附过程中无需电力，因此可在灵活的时间、在不同的位置使用。此外，在空气净化装置中不用安装气流产生装置，因此不受操作方面的局限(如电力供给)和不会对环境产生干扰(如气流和噪声)。为了加速吸附过滤器的吸附过程，本发明的空气净化装置可放置在具有气流的任何位置，如风扇和空调设备的出气口。

本发明的另一方面是提供一种通过使用根据本发明的空气净化装置清除空气污染物的空气净化方法，所述方法包括下列步骤：

1)将所述空气净化装置放置在受污染的环境中；

2)所述空气净化装置的吸附过滤器从环境中吸附空气污染物；

3)在所述吸附过滤器吸附空气污染物的过程中或之后，从所述活性氧化物产生器释放活性氧化物以分解空气污染物和更新所述吸附过滤器。

此外，所述吸附过滤器可在下一次吸附中再次使用。

本发明的各种优点、各个方面和创新特征，以及其中所示例的实施例的细节，将在以下的说明书和附图中进行详细介绍，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。

附图说明

以下将参照附图结合本发明的一个或多个实施例对本发明进行详细描述，进而用于解释本发明的原理。附图中，同一个附图标记在各幅附图中用于表示相同的部件或功能相似的部件，其中：

图1是根据本发明一个实施例的空气净化装置的示意图；

图2是根据本发明一个实施例的吸附过滤器的示意图；

图3是根据本发明一个实施例当中采用本发明的空气净化装置的空气净化方法的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的其它实施例、特征和优点，以及本发明各种实施例的结构和操作方式进行详细描述。此处出现的本发明的各个实施例是用于示例而非限制性的。

在一个实施例中(参照图1)，本发明的空气净化装置包括壳体1。在该壳体1中安装有吸附过滤器2和活性氧化物产生器3。该吸附过滤器2安装在所述壳体1的表面且曝露在空气中。这样吸附过滤器2具有较大的表面积以通过扩散方式来吸附四周环境中的空气污染物。活性氧化物产生器3被所述壳体1和所述吸附过滤器2包围，且用于生成活性氧化物。吸附过滤器2和活性氧化物产生器3之间并没有阻隔，这样活性氧化物可以扩散到吸附过滤器2用于分解空气污染物和更新吸附过滤器2。

壳体1的形状可以是长方体、正六面体、正方体、圆柱体或其他规则或不规则形状。该壳体的材料可以是金属、木材、塑料、陶瓷或其他合适的材料。该壳体1是密封的，以防止活性氧化物泄漏。

图2示出了根据本发明一个实施例的吸附过滤器2。所述吸附过滤器2包括透气匣4和吸附材料5。所述吸附过滤器2的形状可以是长方体、正六面体、正方体、圆柱体或其他规则或不规则形状。所述吸附材料5内藏该透气匣4。所述透气匣4包括至少一个覆盖层6和框架7。所述覆盖层6的孔径小于吸附材料5的直径以防止吸附材料流失，同时该孔径足够大以允许空气污染物或活性氧化物以扩散方式进入该吸附材料5。覆盖层6可以是塑料网、金属网、布料、HEPA(高效微粒空气过滤器)和/或泡沫。该框架7构成吸附过滤器2的形状，并为该吸附过滤器2提供机械支撑。该框架7的材料可以是金属、纸、木材或塑料或其他合适的材料。

吸附材料5可以是活性炭、沸石、金属氧化物框架(metal oxideframework)、氧化铝、硅石或上述材料的混合物。该吸附材料5的形状可以是球形、圆柱形或其他长方形或不规则形状，或是小球和颗粒的形式，其直径范围在1-10mm内。此外，该吸附材料5可以是覆盖有吸附颗粒或粉末的海绵。吸附材料5的孔径可调到4-20埃的范围内以便有效吸附空气污染物。吸附材料5的特性可以是亲水或者是疏水的，或者是两者的物理混合物，用于增强吸附极性和非极性空气污染物的吸附能力。催化物料(如过渡金属元素)也可结合到吸附材料5的多孔结构中，进而提高空气污染物的分解速率。吸附材料5的种类和数量的选择取决于空气污染物的性质和数量，本领域技术人员可以基于被污染的环境选择合适种类和数量的吸附材料5。

在其他实施例中(参照图1)，该活性氧化物产生器3的位置靠近该吸附过滤器2，活性氧化物产生器3生成的活性氧化物可以扩散到吸附过滤器2以分解空气污染物。该活性氧化物产生器3可以是离子产生器、带电粒子产生器、臭氧产生器、过氧化物产生器、自由基产生器(如羟基产生器)、活性氧分子产生器和/或静电除尘器。该活性氧化物可以是阳离子、阴离子、带电颗粒、臭氧、过氧化氢、自由基(如羟基)或任何其他活性氧化物气体。该活性氧化物可以通过电学方法生成，如静电除尘器和电晕放电、化学方法和光学方法(如UV)。多余的活性氧化物可以很容易被吸附材料5局限和分解以避免泄漏。活性氧化物的种类和数量的选择可基于空气污染物的性质和数量决定，本领域技术人员可以基于被污染的环境选择合适种类和数量的活性氧化物。

在本发明中，在该装置中没有安装气流产生装置，因此该装置无需供电就可以进行操作，并且在吸附过程中不会产生如气流或噪声干扰。该更新过程使得该吸附过滤器成为半永久性过滤器而不会造成二次污染。因为吸附和更新过程可单独发生，所以在无需供电的情况下，本发明可更方便地应用在不同地点和不同时间。

本发明还提供了一种更新系统。在所述更新系统中，吸附材料5可由活性氧化物更新用以下一次吸附。不像气相反应，空气污染物和活性氧化物局限在吸附材料5的孔道中，并且彼此靠近在纳米级的范围内，从而提高了活性氧化物将空气污染物分解成无害产物(如水和二氧化碳)的效率，进而避免二次污染。该氧化产物非常地小，因而不会停留在这些孔道中。这些氧化产物将从孔道中扩散出来，使这些孔道又可再用于吸附空气污染物，令吸附材料再生。

本发明包括两个步骤：空气污染物的吸附和吸附过滤器2的更新。这两个步骤可以在相同或不同时间进行。因此在操作中有两种组合：

1)吸附该空气污染物直到该吸附过滤器2饱和，接着释放活性氧化物以更新该吸附过滤器2；

2)采用该吸附过滤器2吸附空气污染物并同时释放活性氧化物以更新该吸附过滤器。

这两种组合操作可适用于不同的情况。对于第一种组合操作，空气污染物的吸附和吸附过滤器2的更新可在不同位置发生。因此吸附过程可发生在无需供电的工作环境中。空气污染物的吸附时间和吸附过滤器的更新时间是不受局限的，并可基于实际应用作调整。

对于第二种组合操作，空气污染物的吸附和吸附过滤器的更新是同时发生，并且必然在同一位置发生。这种组合具有较高的空气污染物清除速率，这是因为吸附过滤器2被连续更新，但是在其工作环境中需要有电力以提供给活性氧化物产生器3。

根据本发明，该更新过程使得该吸附过滤器成为半永久性过滤器而不会造成二次污染。因为吸附和更新过程可以单独发生，本发明的空气净化装置即使在没有供电的情况下，也可更方便地在不同的地方、任何的时间使用。为了加速吸附过滤器的吸附过程，本发明的空气净化装置可放置在具有气流的任何位置，如风扇和空调设备的出气口。

图3是根据本发明一个实施例当中采用本发明的空气净化装置的空气净化方法。本发明的方法包括下列步骤：

在步骤1中，将所述空气净化装置放置在受污染的环境中；

在步骤2中，所述空气净化装置的吸附过滤器吸附环境中的空气污染物；

在步骤3中，在所述吸附过滤器吸附空气污染物的过程中或之后，从所述活性氧化物产生器释放活性氧化物以分解空气污染物和更新所述吸附过滤器；

在步骤4中，所述吸附过滤器可再使用在下一次吸附中。

在本发明的其他实施例中，如上所讨论的其他的空气净化装置也可用以执行图3中示出的操作流程。此外，根据本发明的吸附过滤器可以多次重复使用而无需额外净化。

在前描述是本发明的优选实施例。其并非试图局限本发明。在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变、改进或等效替换。

Claims (20)

1.一种空气净化装置，其特征在于，包括壳体，所述壳体中安装有至少一个吸附过滤器和至少一个活性氧化物产生器；所述吸附过滤器安装到所述壳体的表面并曝露在空气中用以吸附空气污染物，其中用于生成活性氧化物的所述活性氧化物产生器被所述壳体和所述吸附过滤器包围；所述空气净化装置中没有安装气流产生装置因而无需供电就可以进行操作。

2.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，多个吸附过滤器位于所述壳体的表面，且多个活性氧化物产生器由所述壳体和所述多个吸附过滤器包围。

3.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附过滤器的形状是长方体、球体、圆柱体、正方体或正六面体。

4.根据权利要求3所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附过滤器包括充满吸附材料的透气匣。

5.根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述透气匣包括用于构成所述吸附过滤器形状的框架和覆盖所述框架的至少一个覆盖层。

6.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，所述覆盖层的孔径小于所述吸附材料的直径以防止所述吸附材料丢失，同时所述覆盖层的所述孔径足够大以允许空气污染物或活性氧化物以扩散方式进入所述吸附材料。

7.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征在于，所述框架的材料是金属、纸、木材或塑料，其中所述覆盖层是塑料网、金属网、布料、HEPA和/或泡沫。

8.根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附材料是活性炭、沸石、金属氧化物框架、氧化铝、硅石或上述材料的物理混合物。

9.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附材料的形状是球形、圆柱形、长方形、不规则形状，或是直径范围在1-10mm内的小球和颗粒。

10.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附材料的孔径范围是4-20埃。

11.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附材料为亲水或者是疏水的，或者是两者的物理混合物。

12.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征在于，催化物料结合到吸附材料的多孔结构中，进而提高空气污染物的分解速率。

13.根据权利要求4所述的空气净化装置，其特征在于，所述吸附材料是覆盖有吸附颗粒或粉末的海绵。

14.根据权利要求1所述的空气净化装置，其特征在于，所述活性氧化物是阳离子、阴离子、带电颗粒、臭氧、过氧化氢、自由基或活性氧化物气体。

15.根据权利要求14所述的空气净化装置，其特征在于，所述活性氧化物产生器包括至少一个下列产生器：离子产生器、带电粒子产生器、臭氧产生器、过氧化物产生器、自由基产生器、活性氧分子产生器和/或静电除尘器。

16.根据权利要求15所述的空气净化装置，其特征在于，所述活性氧化物通过电学、化学或光学方法生成。

17.根据权利要求10所述的空气净化装置，其特征在于，所述空气污染物被局限在吸附材料的孔道中，并在其中分解。

18.根据权利要求17所述的空气净化装置，其特征在于，所述活性氧化物以扩散方式进入吸附材料且分解被局限的空气污染物成为无害产物并更新吸附材料的孔道。

19.根据权利要求14所述的空气净化装置，其特征在于，多余的活性氧化物被吸附材料分解以避免泄漏。

20.一种通过使用根据权利要求1-19中任意一项所述的空气净化装置清除空气污染物的空气凈化方法，所述方法包括下列步骤：

a)将所述空气净化装置放置在受污染的环境中；

b)所述空气净化装置的吸附过滤器吸附环境中的空气污染物；

c)在所述吸附过滤器吸附空气污染物的过程中或之后，从所述活性氧化物产生器释放活性氧化物以分解空气污染物和更新所述吸附过滤器。