CN105169856B - 一种治理雾霾的方法及其专用应用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种治理雾霾的方法及其专用应用系统。本发明的应用系统，为热泵系统，包括蒸发器；蒸发器为风机盘管，风机盘管的翅片为铝制翅片，所述铝制翅片表面进行阳极氧化处理，形成具有纳米级孔隙的氧化铝层，氧化铝层表面沉积了一层敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。该系统运行时，使其风机盘管的翅片表面吸附雾霾，并结成霜，然后，热泵分区域为翅片加热除霜，在翅片表面染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层形成的纳米微孔微处理器催化下，在空间可见光、氧气、电磁波的共同作用下，雾霾降解为水溶液和气体，分别流向地面和扩散到高空中。本发明不仅达到降解雾霾的作用，提高雾霾的处理效率，并且还能收集雾霾的热能，达到节能环保的效果。

Description

一种治理雾霾的方法及其专用应用系统
技术领域
本发明涉及环境保护和节约能源技术领域，特别是指一种治理雾霾的方法及其专用的应用系统。
背景技术
随着我国工业和城镇化建设的高速发展，由工业排放、交通工具排放、冬季供暖及各种加热设备等排放，造成了大量的空中雾霾，弥漫了大部分的国土，不仅危害人的生命安全，也严重影响了我国经济的可持续健康发展。目前国家通过限制排放的方法来减少雾霾，还缺乏有效的治理方法。
发明内容
基于此，本发明的目的就是提供一种有效治理雾霾的方法及其专用应用系统，通过风机盘管翅片进行特殊表面处理，形成大量微孔，这些微孔可作为微处理器，在运行热泵系统时可吸附大量的雾霾，并对雾霾进行降解。
本发明所提供的治理雾霾的应用系统，为热泵系统，包括蒸发器；其特征在于，所述蒸发器为风机盘管，风机盘管的翅片为铝制翅片(如铝箔)，所述铝制翅片表面进行阳极氧化处理，形成具有纳米级孔隙的氧化铝层，氧化铝层表面沉积了一层敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。
所述氧化铝层表面所沉积的敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层为染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。根据各地雾霾化学成分的区别，可以采用不同的电子给体化合物敏化剂或电子受体化合物敏化剂。如北京地区雾霾中以阴离子为主可选用电子受体化合物敏化剂二氰基蒽(DCA)；染料敏化剂可吸收光能催化雾霾的分解。
所述氧化铝层表面所沉积的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层，染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层含有大量的纳米微孔的结构，形成若干微处理器，可以催化雾霾的降解。该染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层具体是在碱催化下，采用浸渍或喷涂的方法，后经光照和热烘干，形成的含有大量纳米微孔的表层。所述碱催化为用含碱的溶剂溶解染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷作为浸渍或喷涂的原料。在此条件下获得的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层比表面积可达600㎡/g以上。具体碱性催化剂可以为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾等，溶解后的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷的浓度可以为0.4mol/L。
本发明提供的治理雾霾的方法，是于雾霾天气中，运行上述的治理雾霾的应用系统，运行的蒸发器表面温度为-20℃至-80℃，使其风机盘管的翅片表面吸附雾霾，并结成霜，然后，热泵分区域为翅片加热除霜，在翅片表面染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层形成的纳米微孔微处理器催化下，在空间可见光、氧气、电磁波的共同作用下，雾霾降解为水溶液和气体，分别流向地面和扩散到高空中。
所述治理雾霾的方法中，在需要制热和供暖的时候，所述吸附雾霾获取的能量用于制热和供暖。
所述方法中，当翅片表面结成霜的厚度达到一定厚度，使蒸发器回气温度相对较低时开始除霜。
所述方法中，翅片表面加热为分区域进行，直到整个蒸发器全部溶霜完成，再进行下一个过程，整个除霜运行程序可采用专利(实用新型专利：一种除霜装置，专利号201220147445.9)所示的对蒸发器(集能板)表面的除霜方法来运行。
本发明的方法，及其应用系统，通过在热泵系统的风机盘管翅片进行特殊表面处理，形成大量微处理器，可吸附大量的雾霾，并对雾霾进行降解。当热泵系统运行在蒸发器表面温度为-20℃至-80℃工况时，翅片表面快速吸附雾霾，热泵系统获得大量雾霾能量，失去能量的雾霾吸附在翅片表面结成了霜，当霜层达到一定厚度时，热泵系统将分区对翅片表面加热，雾霾在硅氧烷空隙形成的微处理器催化下，通过空间光、氧气、电磁波的共同作用下，一部分成为可溶性水溶液流向地面，一部分在敏化剂催化下，降解为02、CO2、H2、N2、N0等气体，迅速扩散到空气中，消除了雾霾，并且取得了很高的消除雾霾的效率。并且，在治理雾霾净化环境的同时，将雾霾中的大量能量收回转化为热能用于制热和供暖，满足了采暖季节制热，防制雾霾的需求。本发明的方法可集优化环境与采集热能于一体，具有很好的应用前景。
附图说明
图1表示本发明治理雾霾的应用系统的结构及工作原理示意图；
图2表示本发明治理雾霾的应用系统的蒸发器的结构及工作原理示意图；其中，1、铝Al 2、氧化铝Al2O3 3、染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层 4、雾霾结霜层，5、水溶液水滴 6、空气中雾霾(PM2.5、PM10)，7、扩散气体02、CO2、N2、H2、Non等；
图3表示本发明的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层的示意图，其中染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷通式：(RO)3Si——[sens]——Si(RO)3，Sens：染料敏化剂。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术方案和优点更加清楚，下面将具体实施例进行详细描述。
根据本发明，提供一种治理雾霾的应用系统，为热泵系统，包括蒸发器；所述蒸发器为风机盘管，风机盘管的翅片为铝制翅片(如铝箔)，所述铝制翅片表面进行阳极氧化处理，形成具有纳米级孔隙的氧化铝层，氧化铝层表面沉积了一层敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。
所述氧化铝层表面所沉积的敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层为染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。根据各地雾霾化学成分的区别，可以采用不同的电子给体化合物敏化剂或电子受体化合物敏化剂。如北京地区雾霾中以阴离子为主可选用电子受体化合物敏化剂二氰基蒽(DCA)；染料敏化剂可吸收光能催化雾霾的分解。
所述氧化铝层表面所沉积的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层，染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层含有大量的纳米微孔的结构，形成若干微处理器，可以催化雾霾的降解。该染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层具体是在碱催化下，采用浸渍或喷涂的方法，后经光照和热烘干，形成的含有大量纳米微孔的表层。所述碱催化为用含碱的溶剂溶解染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷作为浸渍或喷涂的原料。在此条件下获得的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层比表面积可达600㎡/g以上。
实验证明，该结构在低温下可以有效的吸附雾霾，并在进一步加热除霜的过程中降解雾霾。
在本发明的一个实施方式中，具体碱性催化剂可以为氢氧化铵、氢氧化钠、氢氧化钾等，溶解后的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷的浓度为0.4mol/L。
根据本发明，本发明提供的治理雾霾的方法，是于雾霾天气中，运行上述的治理雾霾的应用系统，运行的蒸发器表面温度为-20℃至-80℃，使其风机盘管的翅片表面吸附雾霾，并结成霜，然后，热泵分区域为翅片加热除霜，在翅片表面染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层形成的纳米微孔微处理器催化下，在空间可见光、氧气、电磁波的共同作用下，雾霾降解为水溶液和气体，分别流向地面和扩散到高空中。
所述治理雾霾的方法中，在需要制热和供暖的时候，所述吸附雾霾获取的能量用于制热和供暖。
所述方法中，当翅片表面结成霜的厚度达到一定厚度，使蒸发器回气温度相对较低时开始除霜。
所述方法中，翅片表面加热为分区域进行，直到整个蒸发器全部溶霜完成，再进行下一个过程，整个除霜运行程序可采用专利(实用新型专利：一种除霜装置，专利号201220147445.9)所示的对蒸发器(集能板)表面的除霜方法来运行。
实施例
下述实施例中所述的方法，如无特别说明，均可以用常规的方法实现。
本发明提供的实施例，如图1所示，为本发明的治理雾霾的应用系统，它为热泵系统、该热泵系统蒸发器风机盘管(图2所示)的铝箔翅片1的表面进行阳极氧化处理，产生AL2O3氧化铝表面层2，再在碱性条件催化下，采用浸渍或喷涂的方法，在氧化层表面沉积染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层3，该层具有大量纳米孔隙，构成吸附催化雾霾6降解为水溶液水滴5和扩散气体7的密集微处理器。该微处理器的结构如图3所示。其中染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷通式：(RO)3Si——[sens]——Si(RO)3，RO为甲氧基或乙氧基，Sens：染料敏化剂。
在氧化层表面沉积染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层3，具体方法如下所述：
1)首先制备染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷单体，用芳香基前驱体与四官能度的硅烷反应制成，将制得单体在含有一定溶剂和碱催化剂的水溶液中水解缩聚形成溶胶。
2)将配制好的溶胶，用浸渍或喷涂的方法在氧化铝表面沉积染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层3凝胶。
本实施例中降解雾霾的方法是运行上述热泵系统，当热泵系统运行在蒸发器表面温度-20℃至-80℃工况时，环境中大量的雾霾被快速吸附冻结在铝箔表面形成霜4，当霜层达到一定厚度，使蒸发器回气温度相对较低时开始除霜，热泵系统利用吸附雾霾能量所转化的热量，分区域对蒸发器翅片表面加热，在空间光、氧气、电磁波和微处理器催化的共同作用下，雾霾中的颗粒SO2、NOn、CO2等变成可溶性盐溶解在水中，携带着大量其它雾霾中的微粒流向地面，还有部分雾霾发生光化学反应，变成原始的02、CO2、N2等气体，迅速扩散到空中，消除了雾霾。热泵系统又进入吸附和降解雾霾的下一个循环流程。上述分区域对蒸发器翅片表面加热采用专利(实用新型专利：一种除霜装置，专利号201220147445.9)所示的对蒸发器(集能板)的除霜方法。
雾霾降解原理：
本发明提供如下表1所示的条件作为具体实施例，以说明本发明的技术方案以及对本发明技术方案的效果进行验证。
其中，比表面积按照气体吸附法测定。
雾霾消除效率的测定方法为将吸附成霜雾霾的成分和质量与溶化后液体成份及翅片周边空间空气成份进行综合计算分析得出。通过PM指数测试仪在没有除霾时蒸发器周边进行测试，再与当地气象部门提供数据对照，得出除霾前PM指数。再与除霾1小时后蒸发器周边空气PM指数比较。除霾时收集蒸发器上部气体和下部液体，以及表面结霜在试验室里进行质谱MS和红外光谱IR分析得出空气成分除霾前后的变化。在蒸发器下部放一收集盘除霾时收集液体并称取其重量。得出结论，除霾效率与蒸发器比表面积和空气湿度以及蒸发温度有直接关系。而蒸发器比表面积和RO烷氧取代基的尺寸有关。
结果如表1所示，表1的结果表明：
1、本发明的消除雾霾的方法可以有效的消除雾霾，当热泵系统运行在表面温度为-20℃至-80℃工况时，翅片表面快速吸附雾霾，热泵系统获得大量雾霾能量，失去能量的雾霾吸附在翅片表面结成了霜，当霜层达到一定厚度时，热泵系统将分区对翅片表面加热，雾霾在硅氧烷空隙形成的微处理器催化下，通过空间光、氧气、电磁波的共同作用下，一部分成为可溶性水溶液流向地面，一部分在敏化剂催化下，降解为02、CO2、H2、N2、N0等气体，迅速扩散到空气中，消除了雾霾。同时，本发明的方法，将雾霾中的大量能量收回转化为热能用于制热和供暖，满足了采暖季节制热，防制雾霾的需求。
2、本发明通过调节桥联敏化剂的成分、染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷的结构，如敏化剂选择9,10二氰基蒽(DCA)，倍半硅氧烷单体结构(RO)3Si——[sens]——Si(RO)3，RO为甲氧基或乙氧基，特别是RO为甲氧基，提高了染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷的比表面积，可以大大提高消除雾霾的效率。
以上所述是本发明的实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应该视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种治理雾霾的应用系统，为热泵系统，其包括蒸发器；其特征在于，所述蒸发器为风机盘管，风机盘管的翅片为铝制翅片，所述铝制翅片表面进行阳极氧化处理，形成具有纳米级孔隙的氧化铝层，氧化铝层表面沉积了一层敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。
2.根据权利要求1所述的治理雾霾的应用系统，其特征在于：所述氧化铝层表面所沉积的敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层为染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。
3.根据权利要求2所述的治理雾霾的应用系统，其特征在于：所述氧化铝层表面所沉积的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层，是在碱催化下，采用浸渍或喷涂的方法，后经光照和热烘干，形成的具有纳米微孔的表层。
4.一种热泵系统的风机盘管翅片的制备方法，其特征在于：用铝制备风机盘管翅片，其中，风机盘管翅片表面进行阳极氧化处理，形成具有纳米孔隙的氧化铝层，氧化铝层表面沉积了一层敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述氧化铝层表面所沉积的敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层为染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层；所述氧化铝层表面所沉积的染料敏化剂桥联聚倍半硅氧烷层，是在碱催化下，采用浸渍或喷涂的方法，后经光照和热烘干，形成的含有大量纳米微孔的表层。
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