CN104138700A - 一种空气过滤罐及空气净化器 - Google Patents

Abstract

一种空气过滤罐，包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，进气口引入高压空气，所述罐体内表面设置有纳米银层，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层、碳酸氢钠层、活性炭层及过滤器，所述活性炭层具有纳米级腔体，新型结构的空气过滤罐及空气净化器，通过纳米腔体的活性炭对微小颗粒物的强大捕捉能力，同时借助环境压力的作用，使微小颗粒通过气体分子的携带或推动而进入纳米腔体内，并在压力降低时不随气体分子完全溢出于纳米腔体，可以有效减低了空气中的微小颗粒物污染含量，同时通过充分利用纳米墙体材料的内部腔体空间，极大增强其媳妇颗粒物的能力，从而实现高效、持久、高饱和性的除尘效果。

Description

一种空气过滤罐及空气净化器

 

技术领域

本发明涉及一种空气净化设备，尤其是一种空气过滤罐及使用该空气过滤罐的空气净化器。

 

背景技术

气体净化一直是仪表、医疗、光学、电子器件生产、航空航天精密部件加工和装配等工业生产和科研生产领域中净化环境的重要技术手段。随着部分地区空气质量的持续恶化，目前居民生活也面临采用空气净化技术以改善室内空气环境的需求。以目前空气主要污染物为例，PM2.5是指在空气中漂浮的颗粒物直径在2.5微米甚至更细微的颗粒。这种细微颗粒由燃煤排放、汽车尾气不完全燃烧、污染物燃烧、建筑扬尘等众多因素引入，并在微粒表面附着了S、P、有机分子等具有一定腐蚀性、毒性的气体或固体污染物。此种颗粒具有粒径小，漂浮能力强，渗入能力强等特点，特别是进入人体和动物肺部不易经呼吸排出。长期处于高浓度微颗粒物环境将导致人体肺部纤维化，并存在尘肺病风险。颗粒物越细小，其吸附能力越强，越不易从人体中排出。目前空气污染物中，还广泛存在着远小于2微米粒径的更细微颗粒，其吸附性和危害性也正在受到人们的广泛重视。另外，附着在颗粒上的有毒气体或固体分子将增加人体内部局部病变危险，目前相关研究正在开展过程中。

气体净化技术是指降低空气中杂质颗粒物和有毒有害气体分子的技术。目前，气体净化主要技术有吸附净化、静电除尘等技术手段。其中，采用高比表面积的材料，利用其表面吸附功能是气体、颗粒物有效的净化手段。材料的表面吸附主要有表面沉淀和表面电荷吸附两种理论模型。随着纳米材料和纳米技术的发展，具有高比表面积的物质也逐渐被发掘和制备出来，可广泛用于微纳米颗粒的吸附净化。

研究表明，气体在固体物质上的吸附能力随着环境压力增大而增强，其解析同样与压力的降低有比例关系，并存在压力门槛值。在气体吸附过程中，小分子在压力作用下，往往不仅在高比表面积的材料外表面吸附沉淀，更多时通过分子运动会渗入具有微小空间的内部。在具有一定腔体的多孔材料中，其相互连通或具有一定深度的孔径和腔体为该类气体分析提供了庞大的贮存空间。在一定压力作用下，气体分子将具有更为活跃的无规则运动，而这种运动将受到压力影响，并在压力达到一定程度时小分子发生团聚和液化。而在这一段压力过程中，气体分子会迅速增加在材料表面的吸附能力。而在压力降低到一定程度，气体并没有完全从吸附材料表面重新解吸，只有在压力小到一定程度时（门槛值），气体分子才会完全溢出。这种气体分子在材料表面的吸附作用对矿石开采中气体探测等技术提供了重要的理论依据。

根据气体与压力的相互关系，在气体中存在的大量微颗粒物也将在压力状态下呈现出与常压所不同的性质。利用多孔高比表面积材料作为吸附材料，利用气体与压力之间的关系将一定压力下的气体中颗粒物带入纳米腔体内部，且不随气体分子溢出。该过程将大大提升目前颗粒物依靠常压接触吸附的净化效果，特别是对于PM2.5及以下的微颗粒吸附净化具有显著的意义，同时对改善空气质量环境，维持室内空气净化效果具有明显的作用。

 

发明内容

本发明的目的在于提供一种能高效去除空气中的微小颗粒物，改善空气质量环境的空气过滤罐及空气净化器。

为解决上述技术问题，本发明提供一种空气过滤罐，包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，进气口引入高压空气，所述罐体内表面设置有纳米银层，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层、碳酸氢钠层、活性炭层及过滤器，所述活性炭层具有纳米级腔体。

为增加干燥层的干燥效果，本发明改进有，所述干燥层内填充有硫酸钙或氯化钙。

为提升整个空气过滤罐的过滤效果，本发明改进有，所述过滤网为HEPA过滤器。

本发明改进有，所述高压气体的压力范围为0.1MPa-3.4MPa。

本发明进一步提供一种空气净化器，包括机壳，机壳内设有空压机、水分离器及空气过滤罐，水分离器的一端与空压机相连，所述空气过滤罐包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，水分离器的另一端与进气口相连，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层、碳酸氢钠层、活性炭层及过滤网，所述活性炭层具有纳米级腔体。

本发明的有益效果为：新型结构的空气过滤罐及空气净化器，通过纳米腔体的纳米银对微小颗粒物的强大捕捉能力，同时借助环境压力的作用，使微小颗粒通过气体分子的携带或推动而进入纳米腔体内，并在压力降低时不随气体分子完全溢出于纳米腔体，可以有效减低了空气中的微小颗粒物污染含量，同时通过充分利用纳米墙体材料的内部腔体空间，极大增强其吸附颗粒物的能力，从而实现高效、持久、高饱和性的除尘效果。

 

附图说明

附图1为本发明的空气过滤罐的结构示意图；

附图2为本发明的空气净化器的结构示意图。

标号说明：1-空气过滤罐；     2-纳米银层；    3-干燥层；    4-碳酸氢钠层；    5-活性炭层；    6-过滤网；     7-空压机；    8-水分离器。

 

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。

本发明提供一种空气过滤罐1，包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，进气口引入高压空气，所述罐体内表面设置有纳米银层2，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层3、碳酸氢钠层4、活性炭层5及过滤网6，所述活性炭层具有纳米级腔体。

进气口引入的是高压空气，采用有压力气体作为动力输出源，可使颗粒物在压力作用下发生团聚效应，从而增加微颗粒物的分布粒度，更有利于吸附载体的吸附和净化。

干燥层3是利用干燥剂形成的一个层状结构，主要构造是填充了能除去潮湿物质中水分的物质如硫酸钙和氯化钙等干燥剂，通过通过与水结合生成水合物进行干燥，对流入罐体的高压空气进行干燥。

碳酸氢钠层4主要用于对空气进行进一步的清洁，各种油性的物质几乎都能被小苏打所中和而分解掉。

活性炭层5，活性炭又称活性炭黑，凹凸棒土等矿物晶体精制而成具有矿晶分子结构的颗粒，其孔多，孔隙大，呈晶体排列，吸附能力是普通活性炭的5000倍以上，能对有害物质进行进一步的消毒净化，同时释放氧离子，可循环使用，无二次污染。

过滤网6在本实施例中采用HEPA过滤器，即可处理的干型过滤器，是由叠片状硼硅微纤维制成的，HEPA过滤器可能去除至少97.00%空中微粒0.3测微表(μm)直径。

纳米银(Nano Silver)就是将粒径做到纳米级的金属银单质，纳米银层2设置在罐体内表面，纳米银粒径大多在25纳米左右，对大肠杆菌、淋球菌、沙眼衣原体等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，纳米银层2也可以方便拆卸清洗，永久性抗菌洗涤不影响其功能，无毒害，无污染、永久性除菌，不伤害人体。

通过这四层过滤层及表面纳米银层2的设置，基本上能去除空气中大部分污染物，但是细微颗粒还是不能被有效清除，因此本实施例中，活性炭层具有纳米级腔体。

原理在于，通过具有纳米腔体的材料对微小颗粒物的强大捕捉能力，同时借助环境压力的作用，使微小颗粒物通过气体分子的携带或推动而进入纳米腔体，并在压力降低时不随气体分子完全溢出于纳米腔体。

活性炭上设置的纳米级腔体相互导通或不导通。通过制备和处理，实现材料一定深度处形成具有微纳米结构的腔体。这些腔体一般具备超过孔径2倍以上的深度，在腔体之间可形成相互的导通。极限情况是具有微纳米结构的腔体贯穿体材料的厚度，形成超深径比的腔体结构。

当颗粒物随着高压空气进入活性炭的纳米腔体中，环境压力增大并保持适当程度时，气体分子受到压力影响将会加速运动，并向低压方向顺序移动，在压力增大的过程中，漂浮的颗粒或保持分散或部分团聚，并随气体运动。当纳米腔体外为高压区，纳米腔体内为低压区时，气体分子将携带或推动微小颗粒物进入低压区，并在腔体表面和内部形成表面沉积和滞留。

当压力降低于一定数值后，颗粒物未随气体分子完全溢出纳米腔体。当气体分子在腔体内滞留一定时间后，随着环境压力减小，气体将有溢出腔体的趋势。研究表明，并非在存在压差的理想情况下就会导致气体分子的运动，需环境压力降低至某一门槛值，气体分子才会脱离吸附物表面，呈现解析附效应。当气体分子部分离开纳米腔体后，与腔体内表面形成吸附沉积的微小颗粒物将呈现两种形态：其一是保持原有颗粒形状，吸附在腔体内表面；二是微小颗粒物形成团聚，其外形尺寸大于原有微小颗粒物尺寸。当气体解吸附后，微颗粒分子由于其较强烈的吸附力或已形成不易溢出的大颗粒，将保持滞留在腔体内部的状态，实现阶段性或永久性吸附存留。

本实施例中，所述高压气体的压力范围为0.1MPa-3.4MPa。

通过具有微纳米孔径的腔体的活性炭层5，可显著提高单位体积的吸附效率，在小体积范围内实现大量微小颗粒物的吸附。尤其适用于重度污染环境以及室外空气条件等较为恶劣且污染源庞大的情况。

本发明在上述基础上进一步的提供一种空气净化器，包括机壳，机壳内设有空压机7、水分离器8及空气过滤罐1，水分离器8的一端与空压机7相连，所述空气过滤罐1包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，水分离器8的另一端与进气口相连，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层3、碳酸氢钠层4、活性炭层5及过滤网6，所述活性炭层具有纳米级腔体。

空压机7将外界空气加压并送入水分离器8，水分离器8能有效除去空气中的液态水分和固体颗粒，达到净化的作用，水分离器8在本发明中并不具体限制具体的类型，可以采用传统的五级分离器，降速、离心、碰撞、变向、凝聚等原理，除去压缩空气（气体）中的液态水份和固体颗粒，达到净化的作用。湿气在冷却过程中冷凝后，在分离器中的挡板廹使气体改变方向二次，并以设计好的速度旋转，产生离心力高效地分离出液体和颗粒，排水器应及时排放出冷凝液。

经过净化后的空气输入空气过滤罐1中，空气过滤罐1对空气进行有效过滤，有效降低空气中的微小颗粒物污染含量，同时通过充分利用纳米腔体材料的内部腔体空间，极大增强其吸附颗粒物的能力，从而实现高效、持久、高饱和性的除尘效果。

下面列举一个具体实施例来进一步说明本发明的技术特点。

实施例1

罐体内设有微纳米孔径高致密度的活性炭材料作为吸附载体，其孔径直径在0.5-20微米之间，采用医用无油增压泵将外界空气压缩后，通过水分离器8后压入装有微纳米孔径的活性炭的密闭压力罐中，其压入压力为1MPa。当压入压力小于0.5MPa时，气体被密闭压力罐排出。空气经过该金属微纳米腔体吸附净化后，其颗粒物（PM2.5含量）小于95%以上。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (5)

1.一种空气过滤罐，其特征在于，包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，进气口引入高压空气，所述罐体内表面设置有纳米银层，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层、碳酸氢钠层、活性炭层及过滤器，所述活性炭层具有纳米级腔体。

2.根据权利要求1所述的空气过滤罐，其特征在于，所述干燥层内填充有硫酸钙或氯化钙。

3.根据权利要求1所述的空气过滤罐，其特征在于，所述过滤网为HEPA过滤器。

4.根据权利要求1所述的空气过滤罐，其特征在于，所述高压气体的压力范围为0.1MPa-3.4MPa。

5.一种空气净化器，其特征在于，包括机壳，机壳内设有空压机、水分离器及空气过滤罐，水分离器的一端与空压机相连，所述空气过滤罐包括罐体，所述罐体上设有进气口及出气口，水分离器的另一端与进气口相连，罐体内从进气口至出气口依次设有干燥层、碳酸氢钠层、活性炭层及过滤网，所述活性炭层具有纳米级腔体。