CN105169941A - 一种室内光裂解吸附气体净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用光催化原理去除室内低含量挥发性有机化合物气体的装置，在所述装置内设有紫外灯裂解及活性炭纤维吸附系统。该系统可将部分挥发性有机化合物由活性炭纤维直接吸附，其余运用紫外线光束在催化剂作用下对挥发性有机废气进行裂解氧化反应，将有机废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳等。本发明的设备不仅净化效率高，而且投资运营成本低、无二次污染，可适用于大多数室内环境。

Description

一种室内光裂解吸附气体净化装置

技术领域

本发明涉及气体处理技术，属于室内空气净化装置，具体来说是一种将空气中含有的挥发性有机废气等经过紫外光裂解、活性炭纤维吸附的过程，分解氧化成对人体无害的洁净气体。

背景技术

室内空气中的气态污染物除了CO、NH₃等人们熟悉的气体外，还包括大量的挥发性有机化合物。室内的建筑装饰材料、家具、装修制作过程中使用的粘合剂、漆料以及日常生活中使用的洗涤剂、化妆品等化学合成品会向室内放出大量的挥发性有机化合物，如甲醛、甲苯、氯化物、丙酮、苯酚等。医学研究证明气态污染物对人体健康有多方面不良影响。室内TVOC浓度大于0.2mg/m³时，人体会有轻微不适的感觉，TVOC浓度上升到25mg/m³以上时就容易出现头痛等中毒症状，因此室内挥发性有机化合物的去除至关重要。目前国内针对室内环境质量制定了建材污染释放、民用建筑污染控制等一系列国家标准，如GB/T18883-2002《室内空气质量标准》，GB50325-2010《民用建筑工程室内环境污染控制规范》等。

空气净化器是一种能够吸附、分解或转化各种空气污染物，能有效提高空气清洁度的产品。目前国内空气净化器种类繁多，样式各异，究其空气净化原理主要分为静电式、光催化和吸附式三类。具体说来，静电式是利用电极电晕放电原理，使空气中的粉尘带上电荷，然后利用电场力的作用，将带电粒子捕集在集尘装置上，达到除尘净化空气的目的，对空气中的粉尘等有比较好的去除效果，但通常不适宜净化气态有机污染物，对制造和安装质量要求较高，而且易产生臭氧等二次污染物，初期投资较大，需定期清洗维护；光催化是运用紫外线光束在催化剂作用下对挥发性有机废气进行裂解氧化反应，将有机废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳等，反应迅速，无选择性，因此，该法成为近几年来发展较快的的污染治理新技术，纳米TiO₂是一种新型的高功能精细无机产品，其比表面积大，化学稳定性和催化活性高，价廉且来源广泛，对紫外光吸收率较高，抗光腐蚀性，且没有毒性，使得它在去除气态污染物方面有着明显的优势；吸附式空气净化法相对传统，但仍是目前净化气态污染物的最有效方法之一，其原理是采用多孔性固体吸附剂(活性炭、无纺布、滤纸、纤维、泡沫棉等)处理空气中的气态污染物，使其中的一种或几种组分吸附于固体表面，从而达到气体分离的目的，改性活性炭就是在活性炭中加入适量天然沸石或碘化钾等，可以增加活性炭吸附空气中气态污染物的种类和范围，目前比较流行的改性活性炭是通过浸渍等方法使活性炭颗粒中掺混一些贵金属，这样使活性炭可以有针对性的对一些有机气态污染物进行催化吸附。

我国先后制定了GB/T18801-2008《空气净化器标准》、JG/T294-2010《空气净化器污染物净化性能测定》，为各检测机构提供详尽的测试方法方面的指导，对家用空气净化器市场进行规范，促进国家及社会对空气净化产品的监管力度，为社会健康发展提供技术保障。

发明内容

本发明专门针对室内低挥发性有机化合物浓度的情况进行设计，不仅可以高效的去除日常室内空气中的挥发性有机化合物，而且克服了现有技术投资运营成本高、二次污染严重等弊端。

本装置由紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统组成，该系统采用吸附有光裂解催化剂的特定活性炭纤维毡，将其镶嵌于固定有粗铁丝的金属框架内，其中活性炭纤维毡折叠呈“之”字型排布。六根紫外灯管横置，两端固定于金属框架内凹槽，保证了紫外光对纤维毡中吸附的催化剂的全面辐射。将灯管用导线并联于固定在金属框架一侧的紫外灯激发器，并用密封条密封所有连接处，保证了装置的良好密封性。当废弃进入系统内时，可将部分挥发性有机化合物由活性炭纤维直接吸附，其余部分在紫外灯、催化剂的作用下裂解为离子状态分布的有机废气单体及无污染的二氧化碳、水等，光催化采用的催化剂为纳米TiO₂，通过浸泡方式吸附固定在活性炭纤维毡上，以催化光解反应发生。

TiO₂光催化反应是化学物质在催化剂上发生光化学作用的过程，其本质是在光电转换中进行氧化还原反应。TiO₂光催化反应机理非常复杂，在微小的区域中同时发生着一系列的氧化还原反应，一般包括半导体的光激发、活性物种的产生、界面电荷与外界物质转移等基元反应。光催化降解VOCs技术所采用的催化材料通常是半导体纳米材料，研究表明，由于存在尺寸效应，半导体纳米超细微粒产生了一些与块体半导体不同的物理化学特性，可以显著提高其光催化效率。

附图说明

图1为本发明有机化合物废气处理装置的结构示意图；图2为该装置内金属隔板的结构示意图

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限制本发明的范围。对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的，均应覆盖在本发明的权利要求范围当中。

如图1所示，该设备由紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统1组成，所述系统中包含金属隔板，包裹有经TiO₂溶液浸泡过的活性炭纤维毡的金属隔板2，固定紫外灯管的金属隔板3。如图2所示为金属隔板5的截面图，其中左图为包裹有活性炭纤维毡4的金属隔板截面示意图，右图为固定有紫外灯管8的金属隔板截面示意图，紫外灯激发器6，紫外灯管固定支架7。活性炭纤维毡4镶嵌于固定有粗铁丝的金属框架内，其中活性炭纤维毡折叠呈“之”字型穿插排布于粗铁丝的两侧。六根紫外灯管横置，两端由紫外灯管固定支架7固定于金属框架内凹槽，保证了紫外光对纤维毡中吸附的催化剂的全面辐射。废气由1的左侧进入系统，依次经过活性炭纤维毡4吸附，其余部分在紫外灯、催化剂TiO₂的作用下裂解为离子状态分布的有机废气单体及无污染的二氧化碳、水等。

实施例1

去除居室内的挥发性有机化合物气体。室内气体以0.05m³/s风量进入本发明的气体净化装置，PTR-MS检测样品空气中挥发性有机化合物浓度约为800μg/m³。一方面在纳米TiO、ZnO组成的催化剂的作用下，通过紫外光8照射使其部分裂解为离子状态分布的有机废气单体及无污染的二氧化碳、水等，紫外灯管8主波长为253.7nm，灯管总长425mm，直径28mm，功率为15W，发热功率为4.7W；另一方面，活性炭纤维毡4可吸附部分未被裂解及裂解之后形成的组分，活性炭纤维毡的单丝直径10-20μm，孔径以下占95％。最后得到的气体排放到大气中，测得处理过的气体中挥发性有机化合物浓度约为20μg/m³。挥发性有机化合物处理效率达到97.5％。

Claims (6)

1.一种室内光裂解吸附气体净化装置，其特征在于：这种装置由紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统组成，该系统可将部分挥发性有机化合物由活性炭纤维直接吸附，其余运用紫外线光束在催化剂作用下对挥发性有机废气进行裂解氧化反应，将有机废气降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳等。

2.根据权利要求1中所述的室内光裂解吸附气体净化装置，其紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统是采用吸附有光裂解催化剂的特定活性炭纤维毡镶嵌于固定有粗铁丝的金属框架内，其中活性炭纤维毡折叠呈“之”字型穿插排布于粗铁丝的两侧；六根紫外灯管横置，两端固定于金属框架内凹槽，用导线连接于固定在金属框架一侧的紫外灯激发器，并用密封条密封所有连接处，保证装置的密封性。

3.根据权利要求2中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统，采用的光裂解催化剂是纳米TiO₂，以浸渍的方式吸附于活性炭纤维毡上。

4.根据权利要求2中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统，采用的紫外灯管的长度为270mm，功率为24W，发热功率为7.5W。

5.根据权利要求2中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统，采用的紫外灯照射波长范围是185-254nm，主波长为253.7nm。

6.根据权利要求2中所述的紫外光裂解及活性炭纤维吸附系统，采用的活性炭纤维毡的单丝直径1-100μm，孔径范围是1-50nm。