CN104912627B - 一种消除汽车尾气中pm2.5颗粒物的装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置及其使用方法，包括管体、高压包、储液箱、微量增压泵和静电喷射装置。管体设有进气口和出气口，进气口可与汽车尾气排放管连接，进气口的口径小于管体的内径；出气口与管体通过螺丝接头连接，可自由拆卸；出气口处还设有折叠式过滤膜和灰斗。本发明可通过汽车蓄电池供电，经高压包使电压升高到5‑12KV，然后利用电场力通过静电喷射装置使壳聚糖水溶液喷射成带电的壳聚糖等高分子纳米纤维/颗粒，从而实现对汽车尾气中的PM2.5颗粒物、少量重金属元素等有害物质的吸附，达到净化汽车尾气的目的。

Description

一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种汽车尾气净化装置，特别涉及一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置。

背景技术

近年来，我国区域性大气污染问题日益严重，以PM10和PM2.5颗粒物为特征污染物的灰霾天气日益突出，严重影响了人们的健康和生态安全。为了有针对性的治理雾霾污染，2014年初环保部下发了《关于开展第一阶段大气颗粒物来源解析研究工作的通知》(环办﹝2014﹞7号)。各重点城市公布的PM2.5颗粒物源解析结果表明：汽车尾气是颗粒物的主要来源之一，而且随着汽车保有量的增加，汽车尾气占颗粒物来源的比重将越来越大。

为减少汽车尾气对大气污染的危害，国内一些城市出台了汽车限购、单双号限行等措施，在一定程度上减少了汽车尾气的排放，但抑制了消费需求，不能从根本上消除污染隐患，因此需要一种能够直接消除汽车尾气中颗粒物的装置。目前，汽车尾气的处理方法常采用过滤、水洗以及静电除尘等方法。中国专利(申请号：200720148310.3)提出了一种专门用于柴油发动机的颗粒捕捉器，可以通过过滤收集汽车尾气中的颗粒物，然后将颗粒物燃烧，从而达到消除尾气中的颗粒物的目的。由于该装置采用传统过滤膜，对于直径较小的PM2.5颗粒物，捕捉过滤效果较差。中国专利(申请号：201310137162.5和201310137165.9)提出了一种水雾化脱除汽车尾气中颗粒物的装置，利用MRM膜(分子共振膜)在水中产生负离子，含有负离子的水雾与汽车尾气中的气体、颗粒物等反应，从而达到净化尾气的目的，但这种装置体积大、净化效率较低且容易造成二次污染。中国专利(申请号：201210039806.2)提出了一种静电喷雾脱除汽车尾气中的颗粒物的处理装置及方法，利用带电水雾吸附颗粒物从而凝聚沉降，但该装置需要外接两个高压电源，装置体积较大较重，成本也较高，而且颗粒物收集方式过于简单，容易造成颗粒物随着尾气排放到空气中降低过滤效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种轻质高效的消除汽车尾气中颗粒物的装置，该装置安装方便，使用过程中可有效去除尾气中的PM2.5颗粒，同时还能起到杀菌和去除尾气中重金属的作用，更好的净化汽车尾气，减少污染。

为了解决上述问题，本发明提供了一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，包括管体、直流升压模块、储液箱、微量增压泵、静电喷射装置、过滤网、灰斗；所述直流升压模块的电压输入端电连接汽车蓄电池，直流升压模块的电压输出端电连接静电喷射装置的金属喷头；所述储液箱通过输液管连接控制喷射液体输出的微量增压泵，所述微量增压泵电连接为其提供电能的汽车蓄电池，所述微量增压泵通过输液管连接金属喷头的静电纺丝前驱液输入端口；金属喷头的喷射口设置于管体内，所述管体前端和后端分别设有汽车尾气的进气口和出气口；所述进气口连接汽车尾气排气管，所述管体的内径大于进气口的内径，所述出气口处设置有过滤网和收集尾气中颗粒物的灰斗，灰斗设置于过滤网前部。

PM2.5颗粒随汽车尾气通过小口径的进气口进入大口径的管体中时，PM2.5颗粒的运动速度会降低，在这种低速条件下，PM2.5颗粒更容易与管体内的金属喷头喷射口喷出的电纺丝/喷雾结合，从而更好的清除PM2.5颗粒，同时，大口径的管体也给电纺丝/喷雾与PM2.5颗粒的接触结合提供了更充足的空间，有利于提高电纺丝/喷雾捕获PM2.5颗粒的效率。

作为优先，所述直流升压模块为行输出变压器或DC-高压DC逆变器。

直流升压模块采用行输出变压器或DC-高压DC逆变器等将汽车蓄电池提供的12V电压升高为5～12千伏的直流电压后作为静电喷雾设备的纺丝电压输出，可以满足静电纺丝/喷雾过程对电压的要求，无需外接高压电压源，减少了装置的制造成本和装置的重量，更加方便安装使用。

作为优先，所述金属喷头为金属毛细管，金属毛细管一端通过输液管连接微量增压泵，另一端作为金属喷头的喷射口由绝缘塞固定在管体上并从绝缘塞伸出。

作为优先，所述储液箱内置有含壳聚糖的高分子水溶液。

经静电纺丝/喷雾产生的含壳聚糖的带电的纳米纤维或纳米颗粒，对PM2.5颗粒物有很强吸附能力，壳聚糖还具有天然抗菌作用，并且能够络合净化重金属离子，能够在吸附PM2.5颗粒的同时去除尾气中的重金属和其他有害物质，净化尾气。

作为优先，所述管体和出气口连接处设置有螺栓螺母接口，出气口通过螺栓和螺母结构固定在管体上。

作为优先，所述过滤网为可拆卸的由纳米纤维膜制成的折叠式过滤网，所述纳米纤维膜的纤维直径为80-1000纳米，纳米纤维膜的孔隙率为60～80％。

由纳米纤维构成的纤维膜具有纤维细度极小和良好的电荷保持能力，导致其表面能和活性增大，有很强的阻隔性和静电吸附力，可以更好的吸附较小的颗粒，纳米纤维膜具有较高的孔隙率，致使其透气性好，过滤阻力低，不会影响气体的通过。折叠式过滤网的结构增大了纳米纤维膜的面积，增大了滤网与尾气中颗粒物质的接触几率，能够起到更好的过滤效果。

本发明还公开了该消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的使用方法：

(1)通过进气口将该装置直接安装在汽车尾气管处；

(2)开启汽车，使汽车蓄电池工作，微量增压泵将含壳聚糖的高分子溶液通过输液管输入到金属喷头中，在喷头喷射口处形成液滴；

(3)汽车蓄电池提供的电压经直流升压模块作用至升压到5-12千伏，直流升压模块的电压输出端的正极连接金属喷头，负极接地，金属喷头喷射口处的液滴在电场力作用下产生带电的壳聚糖等高分子纳米纤维/颗粒，这些带电的纳米纤维/颗粒吸附汽车尾气中的PM2.5颗粒，使之迅速增大团聚变成大颗粒；

(4)吸附颗粒物后的高分子团聚物大颗粒随着尾气继续运动到出气口，被过滤网阻住沉降到灰斗处。

本发明的有益效果是：本发明提供一种轻质高效的消除汽车尾气中颗粒物的装置，该装置安装方便，使用过程中可有效去除尾气中的PM2.5颗粒，同时还能起到杀菌和去除尾气中重金属的作用，更好的净化汽车尾气，减少污染。具体的说：

1)本发明的装置使用时，PM2.5颗粒随汽车尾气通过小口径的进气口进入大口径的管体中时，PM2.5颗粒的运动速度会降低，在这种低速条件下，PM2.5颗粒更容易与管体内的金属喷头喷射口喷出的电纺丝/喷雾结合，从而更好的清除PM2.5颗粒，同时，大口径的管体也给电纺丝/喷雾与PM2.5颗粒的接触结合提供了更充足的空间，有利于提高电纺丝/喷雾捕获PM2.5颗粒的效率。

2)本发明的高压直流电来源是汽车蓄电池，无需另外添加价格较高的高压电源，可以大大节省成本和空间，并且能够随着汽车启动即开始工作，无需额外操作，方便安装和使用。

3)由纳米纤维构成的纤维膜具有纤维细度极小和良好的电荷保持能力，导致其表面能和活性增大，有很强的阻隔性和静电吸附力，可以更好的吸附较小的颗粒，纳米纤维膜具有较高的孔隙率，致使其透气性好，过滤阻力低，不会影响气体的通过。折叠式过滤网的结构增大了纳米纤维膜的面积，增大了滤网与尾气中颗粒物质的接触几率，能够起到更好的过滤效果。

4)纺丝前驱液是含壳聚糖的高分子水溶液，静电喷雾后形成带电的高分子纳米纤维/颗粒，具有比带电水雾更强的吸附作用，能够高效迅速吸附团聚汽车尾气中的PM2.5颗粒，带电壳聚糖等高分子纳米纤维/颗粒，除了对PM2.5颗粒物有很强吸附能力，对尾气中的少量重金属元素等有毒物质也有极强的络合吸附能力，尾气净化效果更佳。

附图说明

图1：本发明的消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的结构示意图；

图2：本发明的消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的电气原理图；

图中：1-汽车蓄电池，2-导线，3-直流升压模块，4-金属毛细管，5-储液箱，6-输液管，7-微量增压泵，8-绝缘塞，9-进气口，10-管体，11-灰斗，12-出气口，13-过滤网，14-螺栓螺母接口。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过实施方式对本方案进行阐述。

如图1所示，一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，包括不锈钢管体10、直流升压模块3、储液箱5、微量增压泵7、静电喷射装置、过滤网13、灰斗11；所述直流升压模块3的电压输入端电连接汽车蓄电池1，直流升压模块3的电压输出端电连接静电喷射装置的金属喷头；所述储液箱5通过输液管6连接控制喷射液体输出的微量增压泵7，所述微量增压泵7电连接为其提供电能的汽车蓄电池1，所述微量增压泵7通过输液管6连接金属喷头的静电纺丝前驱液输入端口；金属喷头的喷射口设置于管体10内，所述管体10前端和后端分别设有汽车尾气的进气口9和出气口12；进气口9套合在汽车尾气排气管上，所述管体10的内径大于连接该装置和汽车尾气管的进气口9的内径，所述出气口12处设置有过滤网13和收集尾气中颗粒物的灰斗11，灰斗11设置于过滤网13前部。

具体而言，所述直流升压模块3为行输出变压器(原质BSC25-T1010A)，所述金属喷头为金属毛细管4，金属毛细管4一端通过输液管6连接微量增压泵(Nidec直流无刷隔膜水泵00H220H010/11)7，另一端作为金属喷头的喷射口由绝缘塞8固定在管体10上并从绝缘塞8伸出，金属毛细管4为内径1mm的不锈钢毛细管，输液管6为内径4mm的聚四氟乙烯管。所述储液箱5内置有含壳聚糖的高分子水溶液，壳聚糖在溶液中的质量百分比为2-8％。所述管体10和出气口12连接处设置有螺栓螺母接口14，出气口12通过螺栓和螺母结构固定在管体10上。所述过滤网13为可拆卸的由聚已二酸乙二醇纳米纤维膜制成的折叠式过滤网，所述纳米纤维膜的纤维直径为200纳米，纳米纤维膜的孔隙率为65％。

除此之外，直流升压模块可以DC-高压DC逆变器等具有升压作用的器件，置于储液箱5内的液体可以为水或其他有降尘作用的溶液，过滤网还可以由其他材质的纳米纤维过滤膜制成。

图2为本发明的消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的电气原理图，汽车蓄电池1的电压输出端通过导线2连接直流升压模块3的电压输入端，汽车蓄电池1输出的12V直流电压经直流升压模块3作用变为千伏的输出电压，直流升压模块3的电压输出端的负极接地，正极通过导线2连接金属喷头，为静电喷射装置的静电纺丝/静电喷雾过程提供高压直流电源。

该消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的使用方法：

(1)通过进气口9将该装置直接安装在汽车尾气管处；

(2)开启汽车，使汽车蓄电池1工作，微量增压泵7将含壳聚糖的高分子溶液通过输液管6输入到金属喷头中，在喷头喷射口处形成液滴；

(3)汽车蓄电池1提供的电压经直流升压模块3作用升压至5-12千伏，直流升压模块3的电压输出端的正极连接金属喷头，负极接地，金属喷头喷射口处的液滴在电场力作用下产生带电的壳聚糖等高分子纳米纤维/颗粒，这些带电的纳米纤维/颗粒吸附汽车尾气中的PM2.5颗粒，使之迅速增大团聚变成大颗粒；

(4)吸附颗粒物后的高分子团聚物大颗粒随着尾气继续运动到出气口12，被过滤网13阻住沉降到灰斗11处。

由于过滤网13仅需要阻拦吸附后的大颗粒排出，因此无需时常更换。当需要添加壳聚糖等高分子水溶液时，可以顺便清除一下灰斗11。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，其特征在于，包括管体、直流升压模块、储液箱、微量增压泵、静电喷射装置、过滤网、灰斗；所述直流升压模块的电压输入端电连接汽车蓄电池，直流升压模块的电压输出端电连接静电喷射装置的金属喷头；所述储液箱通过输液管连接控制喷射液体输出的微量增压泵，所述微量增压泵电连接为其提供电能的汽车蓄电池，所述微量增压泵通过输液管连接金属喷头的静电纺丝前驱液输入端口；金属喷头的喷射口设置于管体内，所述管体前端和后端分别设有汽车尾气的进气口和出气口；所述进气口连接汽车尾气排气管，所述管体的内径大于进气口的内径，所述出气口处设置有过滤网和收集尾气中颗粒物的灰斗，灰斗设置于过滤网前部；所述过滤网为可拆卸的由纳米纤维膜制成的折叠式过滤网，所述纳米纤维膜的纤维直径为80-1000纳米，纳米纤维膜的孔隙率为60～80％。

2.如权利要求1所述的一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，其特征在于，所述直流升压模块为行输出变压器或DC-高压DC逆变器。

3.如权利要求1所述的一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，其特征在于，所述金属喷头为金属毛细管，金属毛细管一端通过输液管连接微量增压泵，另一端作为金属喷头的喷射口由绝缘塞固定在管体上并从绝缘塞伸出。

4.如权利要求1所述的一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，其特征在于，所述储液箱内置有含壳聚糖的高分子水溶液。

5.如权利要求1所述的一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置，其特征在于，所述管体和出气口连接处设置有螺栓螺母接口，出气口通过螺栓和螺母结构固定在管体上。

6.如权利要求1至5中任一项所述的一种消除汽车尾气中PM2.5颗粒物的装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)通过进气口将该装置直接安装在汽车尾气管处；

(2)开启汽车，使汽车蓄电池工作，微量增压泵将含壳聚糖的高分子溶液通过输液管输入到金属喷头中，在喷头喷射口处形成液滴；

(3)汽车蓄电池提供的电压经直流升压模块作用至升压到5-12千伏，直流升压模块的电压输出端的正极连接金属喷头，负极接地，金属喷头喷射口处的液滴在电场力作用下产生带电的壳聚糖等高分子纳米纤维/颗粒，这些带电的纳米纤维/颗粒吸附汽车尾气中的PM2.5颗粒，使之迅速增大团聚变成大颗粒；

(4)吸附颗粒物后的高分子团聚物大颗粒随着尾气继续运动到出气口，被过滤网阻住沉降到灰斗处。