CN104667731A - 一种臭氧清除器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种臭氧清除器，所述臭氧清除器包括壳体、进气口和出气口，所述进气口和出气口与所述壳体连通，所述壳体内设置有反应室，所述反应室内容纳有均相液体还原性溶液或固体颗粒催化剂。本发明臭氧清除器的优越效果在于：本发明提供的臭氧清除器能够有效清除空气中的臭氧，持续有效的时间长，而且还原性物质的用量都远远低于固体体系，使用成本低，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于空气净化技术领域，具体涉及一种能够有效清除空气中的臭氧、并且清除剂的用量较低的一种臭氧清除器。
背景技术
最近的研究结果显示，存在于我们周围的臭氧，对我们身体的危害程度远大于挥发性有机物(参阅文献：美国环保总署2006年EPA报告，EPA/600/R-05/004aF-cF；Ozone’s impact on public health，2006年，Environmental Health Perpsectives,卷114,页1489-1496；Proceedings of Healthy Buildings 2009，Paper 141等)。而且美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究结果显示，即使是极低浓度的臭氧，都会严重损害身体健康[Concentrations on the order of 10 ppb can lead to significant health effects(LawrenceBerkeley National Laboratory，2012，报告编号LBNL-5889E)]。“由于臭氧的氧化能力很强，因此只要身体接触到臭氧，就会对身体造成损害”。并且发现，臭氧在空气中的半衰期虽然随条件的变化而存在差别，但是臭氧的半衰期都在几十分钟、甚至于几千分钟，而并非原来推测的，由于臭氧的强氧化性，它在室内环境下会迅速消失。臭氧，对人类的健康是一大严重的危害，造成各种慢性炎症和癌症等致命性疾病。
清除我们周围空气中的臭氧，是现代空气净化的核心[参阅“空气质量科学”杂志(Air Quality Science)，2010年，第10卷，第3期，1-3页]。但是现有的技术存在严重缺陷，迄今为止，市场上还没有臭氧清除器。
例如，基于臭氧的氧化特性，使用还原性物质来还原臭氧，如特定物质的过滤网，见诸报道的包括亚硫酸钠(Na2SO3)、硫代硫酸钠(Na2S2O3)、碘化钾(KI)、还原铁粉(Fe)等，由于这些物质的氧化产物是固体，氧化物覆盖在这些还原物质的表面，只有极少量的还原物质的表面能够降解臭氧，如此，一是所需要的还原物质的量很大，需要频繁的置换过滤网；二是被氧化的物质具有一定的腐蚀性，如碘存在安全隐患，所以已知还原物质过滤网技术，不适合于家用清除臭氧。
理论上，还原性活性炭这种还原性物质，应当是理想的清除臭氧的物质，因为碳的氧化产物是一氧化碳和二氧化碳气体，它们能够离开活性炭固体表面，从而让活性炭不断反应。但是由于活性炭本身含有的灰分以及空气中存在的微粒包括微生物，它们和活性炭表面之间的吸附力极强，迅速覆盖住活性炭表面，即使采用非常细的接近纳米级的活性炭纤维(制造成本极其高昂)，还原性活性炭和臭氧反应清除臭氧的能力，最高只能达到0.2克臭氧/克活性炭(理论值应当达到2.67克臭氧/克活性炭。Proceedings of the 8th International Conference on Indoor Air Quality andClimate,Indoor Air 99,Edinburgh,Scotland,Aug.8-13,1999,Vol.4,p.49-54)。使用催化剂催化降解臭氧领域，结果类似活性炭，并且常常需要使用非常贵的金属催化剂，例如铂(Pt)、金(Au)、等，催化剂的活性下降很快(参阅：AtmosphericEnvironment，卷6,1972年，页707–714)。
利用现有的加热、制冷和空调系统清除室内臭氧，结果发现，臭氧氧化损坏现有系统的同时，产生大量的挥发性有机物(如甲醛等羰基有机物、甲酸)和超细微粒(参见文献：Proceedings of Indoor Air’05,the 10th International Conference on Indoor AirQuality and Climate II,Beijing,China,页1521–1525；和2006，AtmosphericEnvironment，卷40，页315-325)，这种除臭氧方法，相当于挥发性有机物和臭氧之间的相互转化，耗费了能量，但是未起作用。
如果市场化臭氧清除器，必须发明出一种新的设备，不使用出现腐蚀性的物质，清除器内的还原性物质或催化剂本身，能够拥有足够的自我清洁的能力。
发明内容
本发明提供一种臭氧清除器，以解决现有加热制冷设备清除臭氧时，臭氧氧化会损坏现有设备，并且产生大量挥发性有机物的技术缺陷。
为了解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：
一种臭氧清除器，所述臭氧清除器包括壳体、进气口和出气口，所述进气口和出气口与所述壳体连通，所述壳体内设置有反应室，所述反应室内容纳有还原性物质的均相溶液或固体颗粒催化剂。
优选为，所述臭氧清除器还包括设置在所述壳体底部的支架，所述进气口设置在所述壳体的底部，所述壳体还包括进气引导筒和D罩，所述进气引导筒、D罩和反应室依次从内至外设置在所述壳体内，所述进气引导筒与所述反应室的底部连接，所述反应室的侧壁上设置有进液口，所述反应室的底部设置有排液口，所述出气口设置在所述反应室的顶部。
优选为，所述进气引导筒内设置有过滤网、电机和风扇，所述风扇设置在所述电机的驱动轴上，所述过滤网设置在所述进气引导筒的底部并且位于所述进气口的上方，所述反应室内容纳有还原性物质的均相溶液。
优选为，所述还原性物质的均相溶液采用水和其它能够混溶的溶剂体系或水溶性离子液体，所述溶剂体系为甘油(Glycerin)、水溶性液体高分子如聚乙二醇(PEG)、所述水溶性离子液体包括含有羟基的离子液体、含有醚键的离子液体、含有羧基的离子液体、含有磺酸基的离子液体、含有酯基的离子液体、含有氰基的离子液体、含有氢氧根的离子液体、含有碘阴离子的离子液体和含有硅氧键的离子液体等。
优选为，所述还原性物质的均相溶液中的还原性物质为亚硫酸钠(Na2SO3)或钾、亚硫酸氢钠或钾、焦亚硫酸钠或钾、硫化钠或钾、硫代硫酸钠或钾、水溶性有机磷如三(2-羧乙基)膦[tris(2-carboxyethyl)phosphine]、半胱氨酸盐、亚硝酸盐、水溶性乙二胺四乙酸盐(EDTA盐)、次磷酸盐、亚磷酸盐、甲酸盐、抗坏血酸、没食子酸丙酯和葡萄糖等。
优选为，所述还原性物质在所述还原性物质的均相溶液中的重量含量大于10％。
优选为，所述固体颗粒催化剂为铂、钯、金或二氧化锰。
优选为，所述固体颗粒催化剂为二氧化锰。
优选为，所述固体颗粒催化剂直径为1-3毫米。
本发明采取的技术方案是：臭氧清除器采用气体动力控制方式，通过快速流动的气体，将气体分子的动能不断传递给还原性物质体系，或者催化剂固体颗粒，使还原性物质体系或者催化剂固体颗粒本身具备足够的动量。通过还原性物质体系、或者催化剂固体颗粒本身之间的碰撞，剥离影响还原性物质体系、或者催化剂固体颗粒活性的抑制物，使还原性物质体系、或者催化剂固体颗粒始终处于有效的活性状态，从而能够不断的清除臭氧，这样还原性物质体系或者催化剂固体颗粒用量大幅下降。本发明提供的臭氧清除器(Ozone Remover)能够有效清除空气中的臭氧，持续有效的时间长，而且还原性物质体系、或者催化剂固体颗粒的用量都远远低于固体体系，使用成本低，具有广阔的市场应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是本发明臭氧清除器实施例1的结构视图；
图2是本发明臭氧清除器实施例2的结构视图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，臭氧清除器均相液体还原性物质体系，臭氧清除器由壳体1、设置在壳体1底部的支架2和进气口3、壳体1包括进气引导筒11、D罩12和反应室13，进气引导筒11、D罩12和反应室13依次从内至外设置在壳体1内，D罩12与反应室13的底部连接。反应室13的侧壁上设置有进液口131，反应室13的底部设置有排液口133，反应室13的顶部设置有多个出气口133。进气引导筒11内设置有过滤网4、电机5和风扇6，风扇6设置在电机5的驱动轴上，从而电机能够驱动风扇6转动，过滤网4设置在进气引导筒11的底部并且位于进气口3的上方。反应室13内容纳有还原性物质的均相溶液。还原性物质的均相溶液由进液口131倒入，当还原性物质全部消耗后，液体从排液口133中排出，臭氧清除器的底部形状不限。
在清除空气的臭氧之前，电机5驱动风扇6转动，从而含有臭氧的空气从进气口3进入过滤网4内，过滤网4会滤除空气中的大部分颗粒，空气进入进气引导筒11内并且与反应室13内的还原性物质的均相溶液接触。气体鼓动还原性物质的均相溶液，还原性物质的均相溶液和臭氧充分接触，从而臭氧被还原，最终不含臭氧或臭氧含量极低的气体，经过出气口133离开臭氧清除器。
臭氧清除器的还原性物质选择液体均相体系，还原性物质的均相溶液一般采用水和其它能够混溶的溶剂体系，以防止水分的挥发。所选溶剂是能够和水混溶的溶剂，优选甘油(Glycerin)、水溶性液体高分子如聚乙二醇(PEG)、所有水溶性离子液体包括含有羟基的离子液体、含有醚键的离子液体、含有羧基的离子液体、含有磺酸基的离子液体、含有酯基的离子液体、含有氰基的离子液体、含有氢氧根的离子液体、含有碘阴离子的离子液体和含有硅氧键的离子液体等。
还原性物质的均相溶液中的还原性物质，优选水溶性的亚硫酸钠(Na2SO3)或钾、亚硫酸氢钠或钾、焦亚硫酸钠或钾、硫化钠或钾、硫代硫酸钠或钾、水溶性有机磷如三(2-羧乙基)膦[tris(2-carboxyethyl)phosphine]、半胱氨酸盐、亚硝酸盐、水溶性乙二胺四乙酸盐(EDTA盐)、次磷酸盐、亚磷酸盐、甲酸盐、抗坏血酸、没食子酸丙酯和葡萄糖等。
还原性物质在还原性物质的均相溶液中的浓度，优选重量含量大于10％，而低于10％的浓度，有效清除臭氧的运行时间较短，效果不佳。
为了确保还原性物质和臭氧有足够的反应时间，臭氧清除器的高度与底部直径比值≥2。
实施例2：
如图2所示，臭氧清除器由壳体1、进气口3和出气口133构成，进气口3和出气口133与壳体1连通，壳体1内设置有反应室13，反应室13内容纳有固体颗粒催化剂，实施例2采用固体颗粒催化剂体系。这种臭氧清除器主要用于空调的风口或汽车内的风口，用来净化通过空调调温的空气或进入汽车内部的空气，这种臭氧清除器也可以在配置送风系统后，单独运行。
含有臭氧的空气，通过进气口3进入反应室13内，空气吹动固体颗粒催化剂使固体颗粒催化剂在反应室内13快速滚动，臭氧与固体颗粒催化剂不断接触反应从而臭氧被降解。固体颗粒催化剂之间的不断碰撞、摩擦，从而能够清理附着在催化剂表面的其它物质，始终保持固体颗粒催化剂的表面与臭氧充分接触。被反应降解臭氧后的气体，通过出气口133离开臭氧清除器进入汽车内部。
固体颗粒催化剂包括铂、钯、金、二氧化锰、且优选二氧化锰。
固体颗粒催化剂直径为1-3毫米，如果直径小于1毫米，固体颗粒容易被风吹走，直径大于3毫米，单位重量的固体颗粒催化剂表面积太小。
实验一：对比固体还原物质
使用实施例1中的臭氧清除器，过滤网4采用HEPA滤网，还原性溶液的总体积为5升，并且还原性溶液是10％的硫代硫酸钠溶液(溶剂为水：甘油＝35：65)。使用150立方米/小时的进气泵向臭氧清除器内进风，空气的臭氧浓度为110ppb(0.11ppm)，对比试验不使用均相溶液，而是使用500克硫代硫酸钠和玻璃棉混合填入在臭氧清除器的气体通道内，分别在进气口3处和出气口133处测定气体中的臭氧浓度，结果如下：
| 测定时间(天) | 均相液体体系 | 固体体系 |
| 开始时t＝0 | 110 | 110 |
| t＝0.5 | 6 | 33 |
| t＝1 | 5 | 61 |
| t＝2 | 5 | 98 |
| t＝3 | 5 | 103 |
| t＝4 | 5 | 110 |
| t＝5 | 5 | 112 |
| t＝5 | 5 | 109 |
| t＝30 | 5 | 111 |
结果显示，本发明臭氧清除器，过滤清除空气臭氧的能力非常稳定，30天后，清除臭氧的效果没有下降，而采用固体还原性物质，在第四天时，已经基本失去了清除臭氧的能力。
实验二：去除空气中臭氧
方法同实验一，还原性溶液由水和碘化-1，3-二甲基咪唑组成(水：离子液体＝35：65)，对比还原性物质为亚磷酸钠和硫代硫酸钠，结果如下：
结果显示，对于不同的水溶性还原性物质，它们在均相条件下，本发明臭氧清除器清除臭氧的能力都很强，持续的有效时间很长，这种清除臭氧的能力和还原性物质、及溶剂体系没有关系，但是效果远远优于固体体系清除臭氧的能力。
实验三：固相催化剂去除空气中臭氧
使用实施例2中的臭氧清除器，反应室13的容积为60毫升，向反应室13内加入固体颗粒直径约为2毫米的氧化锰(MnO2)颗粒10克，对接于汽车内的进风口处，汽车进气口的臭氧浓度约为73ppb，汽车的风口速度选择为2，对比为相同的氧化锰颗粒10克与玻璃棉混合填入反应室(无法滚动)，测量通过臭氧清除器的臭氧浓度的变化，结果如下：
| 测定时间(小时) | 气动体系 | 固定体系 |
| 开始时t＝0 | 73 | 73 |
| t＝0.5 | 36 | 58 |
| t＝2 | 33 | 44 |
| t＝8 | 35 | 61 |
| t＝12 | 38 | 52 |
| t＝24 | 34 | 68 |
| t＝48 | 29 | 69 |
| t＝72 | 37 | 75 |
| t＝240 | 36 | 72 |
结果显示，气动体系相对于催化剂位氧化锰，降解臭氧的能力高于50％，且非常稳定，10天后，降解效果没有下降。而固定体系，降解臭氧的能力始终低于气动体系，并且在3天后，基本上就没有降解臭氧的能力。
臭氧清除器采用气体动力控制方式，通过快速流动的气体，将气体分子的动能不断传递给还原性物质体系，使还原性物质的均相溶液具备足够的动量。还原性物质的均相溶液始终处于活性状态，从而能够不断的清除臭氧，采用还原性物质的均相溶液体系，还原性物质的用量大幅下降。本发明提供的臭氧清除器(Ozone Remover)能够有效清除空气中的臭氧，持续有效的时间长，而且还原性物质的用量远远低于固体体系，使用成本低，具有广阔的市场应用前景。
最后应说明的是：以上实施例仅说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (9)
1.一种臭氧清除器，其特征在于，所述臭氧清除器包括壳体、进气口和出气口，所述进气口和出气口与所述壳体连通，所述壳体内设置有反应室，所述反应室内容纳有还原性物质的均相溶液或固体颗粒催化剂。
2.根据权利要求1所述的臭氧清除器，其特征在于，所述臭氧清除器还包括设置在所述壳体底部的支架，所述进气口设置在所述壳体的底部，所述壳体还包括进气引导筒和D罩，所述进气引导筒、D罩和反应室依次从内至外设置在所述壳体内，所述进气引导筒与所述反应室的底部连接，所述反应室的侧壁上设置有进液口，所述反应室的底部设置有排液口，所述出气口设置在所述反应室的顶部。
3.根据权利要求2所述的臭氧清除器，其特征在于，所述进气引导筒内设置有过滤网、电机和风扇，所述风扇设置在所述电机的驱动轴上，所述过滤网设置在所述进气引导筒的底部并且位于所述进气口的上方，所述反应室内容纳有还原性物质的均相溶液。
4.根据权利要求3所述的臭氧清除器，其特征在于，所述还原性物质的均相溶液采用水和其它能够混溶的溶剂体系或水溶性离子液体，所述溶剂体系为甘油(Glycerin)、水溶性液体高分子如聚乙二醇(PEG)、所述水溶性离子液体包括含有羟基的离子液体、含有醚键的离子液体、含有羧基的离子液体、含有磺酸基的离子液体、含有酯基的离子液体、含有氰基的离子液体、含有氢氧根的离子液体、含有碘阴离子的离子液体和含有硅氧键的离子液体等。
5.根据权利要求4所述的臭氧清除器，其特征在于，所述还原性物质的均相溶液中的还原性物质为亚硫酸钠(Na2SO3)或钾、亚硫酸氢钠或钾、焦亚硫酸钠或钾、硫化钠或钾、硫代硫酸钠或钾、水溶性有机磷如三(2-羧乙基)膦[tris(2-carboxyethyl)phosphine]、半胱氨酸盐、亚硝酸盐、水溶性乙二胺四乙酸盐(EDTA盐)、次磷酸盐、亚磷酸盐、甲酸盐、抗坏血酸、没食子酸丙酯和葡萄糖等。
6.根据权利要求5所述的臭氧清除器，其特征在于，所述还原性物质在所述还原性物质的均相溶液中的重量含量大于10％。
7.根据权利要求1所述的臭氧清除器，其特征在于，所述固体颗粒催化剂为铂、钯、金或二氧化锰。
8.根据权利要求7所述的臭氧清除器，其特征在于，所述固体颗粒催化剂为二氧化锰。
9.根据权利要求8所述的臭氧清除器，其特征在于，所述固体颗粒催化剂直径为1-3毫米。
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