CN103557559A - 一种高效空气净化器 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种高效空气净化器。该空气净化器包括过滤层、引风装置、浆态床光催化反应器及供电系统4部分。在浆态床光催化反应器的空气入口和空气出口均设有过滤层，分别除去空气中的尘埃和净化后空气中夹带的微小颗粒；在浆态床光催化反应器空气入口和过滤层之间设有引风装置；供电系统为引风装置和浆态床光催化反应器供电，所供电源可为常规电源、风力发电、太阳能发电等电源。此空气净化器的优点在于：以浆态床光催化反应器为核心，利用成熟的污水处理技术来净化空气，可富集空气中较低浓度的有机污染物，延长污染物与光催化剂的接触时间，快速、高效的除去空气中的有机污染物，净化彻底、无二次污染，此外还可达到空气加湿、抗菌等作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气净化器，尤其涉及一种基于光催化氧化技术的高效空气净化器。
背景技术
随着环境状况的不断恶化，空气净化处理逐渐引起了人们的关注。目前室内空气污染物主要为一些易挥发的有机化合物，主要包括甲醛、甲苯、低级醇、酮等，比较常用的空气净化处理方法主要包括吸附法、冷凝法、膜分离法、催化燃烧技术以及生物净化等方法，但都存在净化不彻底、使用寿命短、易造成二次污染等问题。这些空气净化方法一般都包括过滤和吸附过程，其中过滤过程对过滤材料的形貌、孔径大小等要求严格，对空气的净化处理也不够彻底；传统的吸附过程一般采用活性炭等吸附材料，对净化空气有更好的效果，但是存在吸附材料易饱和的问题，需要经常更换吸附材料。光催化氧化技术作为最先进、高效的空气净化技术已引起了人们的广泛研究。通常，在太阳光照射下或紫外光照射下，光催化剂就可在常温常压的环境中将空气中的有机污染物彻底氧化降解为对人体无害、对环境友好的二氧化碳和水。但是，目前光催化氧化技术主要还是应用在污水处理方面，应用在空气净化领域的技术还相对不够成熟，这主要是由于空气中有机污染物的浓度很低，且部分改性后的光催化剂不够稳定，容易造成二次污染，因而使其气固相光催化氧化过程的净化效率很低，限制了其在空气净化领域的发展和实际应用。
目前，关于空气净化器的研究已取得了显著的成果，主要基于过滤原理、吸附原理、吸收原理以及催化降解原理4方面。中国专利CN102908845A（温坚.空气净化器.CN102908845A,2013.02.06）公开了一种基于吸附原理的空气净化器，利用该空气净化器可以形成高表面积的水层以增强其吸附空气中的有机污染物的能力，但是该净化器存在净化不彻底，吸收易饱和，且吸收了有机污染物的水容易造成二次污染等问题。基于氧化降解的原理，中国专利CN102218151A（岩崎孝仁,郑谊.空气净化器.CN102218151A,2011.10.19）公开了一种空气净化器，以臭氧和二氧化氯为氧化剂，通过雾化形式进行吸收、氧化来净化空气。尽管该净化器确实具有一定的净化空气的能力，但是二氧化氯作为氧化剂，本身的化学性质不稳定，且有毒，存在一定的安全隐患。在中国专利CN103075765A（吴定汉.空气净化器.CN103075765A,2013.05.01）中公开了一种基于过滤、吸附及光催化原理的空气净化器。该空气净化器通过活性炭过滤网以除去空气中的颗粒尘埃，再通过二氧化钛纳米颗粒和活性炭颗粒的混合物中以除去空气中的有机污染物。由于活性炭颗粒的吸附作用以及二氧化钛的光催化作用，可以使空气中有机污染物的浓度得到富集，提高光催化效率，但是，由于二氧化钛颗粒与活性炭颗粒之间存在较大的传质阻力，因而光催化活性变化不明显，光催化效率依然较低。吸附与光催化的协同作用已是目前关于光催化净化空气的研究热点，但是该技术还不够成熟，其科研成果还被局限在实验室阶段。综上所述，目前现有的空气净化器还存在寿命短、不稳定、净化效果不理想的缺陷，空气净化效率还存在很大的提升空间。
发明内容
本发明旨在针对现有的空气净化装置存在的问题和缺陷，提供一种高效的基于光催化氧化技术的空气净化器，将较成熟的污水处理技术引入到空气净化领域中，使其具有高效、净化彻底、使用寿命长、可连续操作等优点，同时还可实现对空气进行加湿、除菌的附加功能。
本发明的目的由以下技术方案实施：一种高效空气净化器，包括过滤层1和过滤层4，引风装置2，浆态床光催化反应器3，供电系统5。所述鼓风装置2的入口通过管道与过滤层1相连；所述浆态床光催化反应器3的气体入口11和空气出口14通过管道分别与鼓风装置2的出口和过滤层4相连，催化剂悬浮分散于所述浆态床光催化反应器3的内部。所述供电系统5为紫外灯管8和引风装置3供电，所述供电系统5可以常规电源、太阳能发电、风力发电等为电源。
所述浆态床光催化反应器为鼓泡式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线6，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端侧面上设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器11的上端，在所述壳体7的底部设有空气入口11。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中，被离心净化后的空气则通过空气出口14经过过滤层4被过滤后排放到空气中。
所述浆态床光催化反应器为内循环式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在所述外筒体7中央并与所述紫外灯管同心安装的内循环管16。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线6，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器10的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。在所述的外筒体7与其同心安装的内循环管16之间形成环形缝隙，液固混合液在气体作用下于内循环管16和环形缝隙之间形成循环。
所述浆态床光催化反应器为外循环式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在外筒体7侧面并位于所述旋风分离循环装置13对面的外循环管17。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线6，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。所述外循环管17可将所述外筒体7上端的气固混合液循环至所述外筒体7的下端，从而形成一个外循环体系。
所述紫外灯管8位于固定在所述外筒体7上端的套管中，从而避免了紫外灯与反应底物的直接接触。
在所述浆态床光催化反应器内部悬浮分散的催化剂为颗粒状材料、一维材料、复合光催化剂中的一种或几种。
本发明的优点在于：以浆态床光催化反应器为核心，以纳米材料或磁性材料为光催化剂，将较成熟的污水处理技术引入到空气净化器中，通过从反应器底部鼓入空气不仅可以使催化剂均匀分散于水中形成悬浊液，还能使空气中低浓度的有机污染物富集于此浆态夜中，提高污染物的浓度，延长污染物与催化剂的接触时间，从而显著提高其净化效率，实现其高效、彻底、稳定、无需更换催化剂、无二次污染、可连续操作等优点，同时达到对空气加湿、抗菌的附加功能。
附图说明：
图1为本发明实施例1的整体结构示意图。
图2为本发明实施例1浆态床光催化反应器的结构示意图。
图3为本发明实施例2浆态床光催化反应器的结构示意图。
图4为本发明实施例3浆态床光催化反应器的结构示意图。
过滤层—1，引风装置—2，浆态床光催化反应器—3，过滤层—4，供电系统—5，电源线—6，外筒体—7，紫外灯套管—8，入水口—9，气体分布器—10空气入口—11，催化剂—12，旋风分离循环装置—13，空气出口—14，循环内管—15，循环外管—16。
具体实施方式：
实施例1：如图1、图2所示，一种高效空气净化器包括引风装置2，过滤层1和过滤层4，浆态床光催化反应器3，供电系统5。所述引风装置2的入口通过管道与过滤层1相连；所述浆态床光催化反应器3的气体入口11和出口14通过管道分别与引风装置2的出口和过滤层4相连，催化剂悬浮分散于所述浆态床光催化反应器3的内部。所述供电系统5为紫外灯管8和引风装置2供电，所述供电系统5可以常规电源、太阳能发电、风力发电等为电源。在所述引风装置2作用下，空气经过过滤层1被过滤除去尘埃颗粒后进入到浆态床光催化反应器3中进行净化处理，被净化后的空气再经过过滤层4被过滤除去夹带的微小颗粒后被排放到空气中。
浆态床光催化反应器为一种鼓泡式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线6，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述壳体7的底部设有空气入口11。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。
在所述浆态床光催化反应器内部悬浮分散的催化剂为颗粒状光催化剂。
空气净化器的具体工作过程：通过浆态床光催化反应器3的入水口9在浆态床光催化反应器3中加入适量水后，接通电源在引风装置2的作用下，空气被过滤层1除去尘埃颗粒后进入到装有催化剂的浆态床光催化反应器3的空气入口11。含有有机污染物的空气从浆态床光催化反应器3的空气入口11直接进入浆态床光催化反应器3中，根据鼓泡原理空气经过空气入口11上方的气体分布器10可使浆态床光催化反应器4中的催化剂12处于悬浮分散状态，同时使空气中的污染物富集于所述的光催化剂的浆态悬浮液中。在紫外灯的作用下，富集于悬浮液中的污染物通过光催化氧化过程被彻底降解为二氧化碳和水等物质。随后，净化后的空气进入旋风分离循环装置13，空气中夹带的催化剂颗粒被离心出来循环回到浆态床光催化反应器3中，离心处理后的气体通过过滤层4除去空气中夹带的未被离心除去的细小颗粒后排入到空气中。通过浆态床光催化反应器3后的空气不仅湿度会有很大的提高，而且还通过了杀菌处理，具有一定的抗菌能力。
实施例2：如图1、图3所示，一种高效空气净化器包括过滤层1和过滤层4，引风装置2，浆态床光催化反应器3，供电系统5。所述引风装置2的入口通过管道与过滤层1相连；所述浆态床光催化反应器3的气体入口11和出口14通过管道分别与引风装置2的出口和过滤层4相连，催化剂悬浮分散于所述浆态床光催化反应器3的内部。所述供电系统5为紫外灯管8和引风装置2供电，所述供电系统5可以常规电源、太阳能发电、风力发电等为电源。在所述引风装置2作用下，空气经过过滤层1被过滤除去尘埃颗粒后进入到浆态床光催化反应器3中进行净化处理，被净化后的空气再经过过滤层4被过滤除去夹带的微小颗粒后被排放到空气中。
浆态床光催化反应器包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在所述外筒体7中央并与所述紫外灯管同心安装的内循环管16。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11，在所述外筒体顶部设有电源线6，所述电源线6与供电系统相连。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。在所述的外筒体7与其同心安装的内循环管16之间形成环形缝隙，液固混合液在气体作用下于内循环管16和环形缝隙之间形成循环。
在所述浆态床光催化反应器内部悬浮分散的催化剂为一维材料光催化剂。
空气净化器的具体工作过程：通过浆态床光催化反应器3的入水口9在浆态床光催化反应器3中加入适量水后，接通电源在引风装置2的作用下，空气被过滤层1除去尘埃颗粒后进入到装有催化剂的浆态床光催化反应器3的空气入口11。含有有机污染物的空气从浆态床光催化反应器3的空气入口11直接进入浆态床光催化反应器3中，根据鼓泡原理，从空气入口11进来的空气通过外筒体7底部的气体分布器10可使浆态床光催化反应器3中的催化剂12处于悬浮分散的状态，且内管中的悬浮液由于受到来至空气入口11的压力而从循环内管15的顶部溢出，同时溢出的悬浮液又迫使循环内管15底部的悬浮液被压入循环内管15中，从而形成一个内循环体系，使催化剂12在悬浮液中分散更加均匀。此外，空气从空气入口11进入浆态床光催化反应器3还可以使空气中的污染物富集于所述催化剂12的浆态悬浮液中。在紫外灯的作用下，富集于悬浮液中的污染物通过光催化氧化过程被彻底降解为二氧化碳和水等物质。随后，净化后的空气进入旋风分离循环装置13，空气中夹带的催化剂颗粒被离心出来循环回到浆态床光催化反应器3中，离心处理后的气体通过过滤层4除去空气中夹带的未被离心除去的细小颗粒后排入到空气中。通过浆态床光催化反应器3后的空气不仅湿度会有很大的提高，而且还通过了杀菌处理，具有一定的抗菌能力。
实施例3：如图1、图4所示，一种高效空气净化器包括过滤层1和过滤层4，引风装置2，浆态床光催化反应器3，供电系统5。所述鼓风装置2的入口通过管道与过滤层2相连；所述浆态床光催化反应器3的气体入口11和出口14通过管道分别与引风装置2的出口和过滤层4相连，催化剂悬浮分散于所述浆态床光催化反应器3的内部。所述供电系统5为紫外灯管8和引风装置2供电，所述供电系统5可以常规电源、太阳能发电、风力发电等为电源。在所述引风装置2作用下，空气经过过滤层1被过滤除去尘埃颗粒后进入到浆态床光催化反应器3中进行净化处理，被净化后的空气再经过过滤层4被过滤除去夹带的微小颗粒后被排放到空气中。
浆态床光催化反应器包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在外筒体7侧面并位于所述旋风分离循环装置13对面的外循环管16。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11，在所述外筒体顶部设有电源线6，所述电源线6与所述供电系统5相连。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。所述外循环管16的上、下部均有一定的倾斜角度，有助于使所述外筒体7上端的气固混合液循环至所述外筒体7的下端，从而形成一个外循环体系。
在所述浆态床光催化反应器内部悬浮分散的催化剂为复合光催化剂。
空气净化器的具体工作过程：通过浆态床光催化反应器3的入水口9在浆态床光催化反应器3中加入适量水后，接通电源在引风装置2的作用下，空气被过滤层1除去尘埃颗粒后进入到装有催化剂的浆态床光催化反应器3的空气入口11。含有有机污染物的空气从浆态床光催化反应器3的空气入口11直接进入浆态床光催化反应器3中，根据鼓泡原理空气经过空气入口11上方的气体分布器10可使浆态床光催化反应器4中的催化剂12处于悬浮分散的状态，同时使空气中的污染物富集于所述的光催化剂的浆态悬浮液中，通过循环外管16还可以使浆态床光催化反应器3形成一个循环体系，使光催化剂在悬浮液中分布更均匀。在紫外灯的作用下，富集于悬浮液中的污染物通过光催化氧化过程被彻底降解为二氧化碳和水等物质。随后，净化后的空气进入旋风分离循环装置13，空气中夹带的催化剂颗粒被离心出来循环回到浆态床光催化反应器3中，离心处理后的气体通过过滤层4除去空气中夹带的未被离心除去的细小颗粒后排入到空气中。通过浆态床光催化反应器3后的空气不仅湿度会有很大的提高，而且还通过了杀菌处理，具有一定的抗菌能力。
Claims (6)
1.一种高效空气净化器，其特征在于，包括过滤层1和过滤层4，引风装置2，浆态床光催化反应器3，供电系统5。所述引风装置2的入口通过管道与过滤层1相连；所述浆态床光催化反应器3的气体入口11和空气出口14通过管道分别与引风装置2的出口和过滤层4相连，催化剂悬浮分散于所述浆态床光催化反应器3的内部。所述供电系统5为紫外灯管8和引风装置2供电，所述供电系统5可以常规电源、太阳能发电、风力发电等为电源。
2.根据权利要求1所述的一种高效空气净化器，其特征在于，所述浆态床光催化反应器为一种鼓泡式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。
3.根据权利要求1所述的一种高效空气净化器，其特征在于，所述浆态床光催化反应器为一种内循环式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在所述外筒体7中央并与所述紫外灯管同心安装的内循环管16。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11，在所述外筒体顶部设有电源线6，所述电源线6与供电系统5相连。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式的空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。在所述的外筒体7与其同心安装的内循环管16之间形成环形缝隙，液固混合液在气体作用下于内循环管16和环形缝隙之间形成循环。
4.根据权利要求1所述的一种高效空气净化器，其特征在于，所述浆态床光催化反应器为一种外循环式反应器，包括外筒体7，与所述外筒体7同心安装的紫外灯管8，在所述外筒体7下端的气体分布器10，在所述外筒体7上端外侧的旋风分离循环装置13，在外筒体7侧面并位于所述旋风分离循环装置13对面的外循环管17。所述的外筒体7由上部的直形筒体和下部的锥形筒体组成，在所述外筒体7的顶部设有电源线，与所述供电系统5相连，在所述外筒体7的下端设有入水口9，所述的入水口9位于所述气体分布器的上端，在所述外筒体7的底部设有空气入口11，在所述外筒体顶部设有电源线6，所述电源线6与供电系统5相连。在所述旋风分离循环装置13的顶部设有长颈式空气出口14，经过所述旋风分离循环装置13分离出的催化剂的悬浊液循环回到所述外筒体7中。所述外循环管17的上、下部均有一定的倾斜角度，有助于使所述外筒体7上端的气固混合液循环至所述外筒体7的下端，从而形成一个外循环体系。
5.根据权利要求2-4所述的一种高效空气净化器，其特征在于，所述紫外灯管8位于固定在所述外筒体7上端的套管中，从而避免了紫外灯与反应底物直接接触。
6.根据权利要求2-4所述的一种高效空气净化器，其特征在于，悬浮分散在所述浆态床光催化反应器内部的催化剂为颗粒、一维材料、复合光催化剂中的一种或几种。
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