CN105195014B - 一种超声水洗式光催化空气净化装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种超声水洗式光催化空气净化装置及其应用，装置包括盛有液态光催化剂的盒式槽体以及反扣在盒式槽体内的气盒，气盒与盒式槽体共同构成反应腔体，气盒上设有隔板，将反应腔体分隔成底部相通的超声反应腔及水洗反应腔，超声反应腔底部设有超声波发生器，顶部设有第一紫外灯，该第一紫外灯沿水平方向设置在液态光催化剂液面上方，水洗反应腔中设有沿竖直方向插设在液态光催化剂中的第二紫外灯以及气盘；装置用于有机污染废气的降解以及无机微粒灰尘的去除。与现有技术相比，本发明整体结构简单、紧凑，安全稳定，无二次污染，对生态环境友好，具有优异的可持续性，适用于工农业和环保等领域的污染废气体处理。

Description

一种超声水洗式光催化空气净化装置及其应用

技术领域

本发明属于光催化技术领域，涉及一种超声水洗式光催化空气净化装置及其应用。

背景技术

光催化技术处理环境污染是一项具有广阔应用前景的绿色技术，目前国际上关注较多，主要体现在其高效、快速、廉价且对环境无害，其优点是反应条件温和、易操作，能直接利用太阳光。光催化能把自然界存在的光能转换成为化学反应所需的能量，依靠半导体材料有效吸收光能产生具有极强还原能力和氧化能力的光生电子和空穴，在半导体催化剂表面发生直接或间接的氧化还原反应，最终将环境污染物彻底消除。

从目前的研究进展来看，在废水处理和室内空气净化领域中，实用化的光催化剂主要是以薄膜光催化剂为主，这是由于光催化剂固定为薄膜后，易回收，但同时也造成了光催化剂性能大大下降的问题。而利用光催化剂悬浮体系进行光催化氧化虽已取得一定的成果，加之，粉基光催化剂由于其具有密度高、比表面积大、流态接触性反应好等特点，是目前效率最高的光催化处理形式，但粉基光催化剂也存在容易流失、难以回收再利用等技术问题，这也成为实际应用中的技术障碍和瓶颈。

授权公告号为CN 100355487 C的中国发明专利公布了一种超声雾化催化空气净化装置，在壳体外进风口的一侧设安装有水位标尺和进水阀以及放水阀的储水槽、出风口的一侧设有与储水槽和壳体内相联通的回水槽，在会水槽内设过滤器，在壳体内的进风口端设下端位于储水槽内的导雾管，在储水槽内导雾管下设雾化器，在壳体内导雾管气流下方下游壳体上设1-4个安装有超声空气换能器的换能器支架，在壳体内超声空气换能器下游壳体上设光催化三维网，超声空气换能器与光催化三维网之间设杀菌紫外灯，在导雾管与光催化三维网之间的壳体内壁上设声波反射板以及下声波反射板，光催化三维网的上游以及下游设光催化紫外灯。上述专利公布的技术方案主要采用光催化剂固定在光催化三维网的方式，这样的固定方式虽然有利于光催化剂的回收利用，但同时也造成了光催化剂性能大大下降的问题，主要是由光催化剂固定造成比表面积和固定需要的粘结剂覆盖大量的活性位导致。相比于上述对比专利文献，本发明采用光催化剂悬浮体系进行光催化净化，能有效避免光催化剂性能下降，加之，粉基光催化剂由于其具有密度高、比表面积大、流态接触性反应好等特点，结合反应装置的结构特点，能有效克服粉基光催化剂容易流失、难以回收再利用等技术问题。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种结构简单、紧凑，安全稳定，能将超声雾化和水洗相结合进行连续性反应，用以降解气体中有机污染物的超声水洗式光催化空气净化装置及其应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种超声水洗式光催化空气净化装置，该装置包括盛有液态光催化剂的盒式槽体以及反扣在盒式槽体内的气盒，该气盒与盒式槽体共同构成反应腔体，所述的气盒上设有隔板，该隔板将反应腔体分隔成底部相通的超声反应腔及水洗反应腔，所述的超声反应腔底部设有浸没于液态光催化剂中的超声波发生器，顶部设有第一紫外灯，该第一紫外灯沿水平方向设置在液态光催化剂液面上方，所述的水洗反应腔中设有沿竖直方向插设在液态光催化剂中的第二紫外灯以及设置在第二紫外灯下方的气盘。

所述的装置还包括与盒式槽体相连通的补水箱、与盒式槽体配合使用的循环气泵以及分别与循环气泵、超声波发生器、第一紫外灯及第二紫外灯电连接的电控箱。

所述的气盒上部右侧面上设有紫外灯安装孔以及多个供外界空气进入超声反应腔的进气口，并且所述的气盒上部左侧面上设有用于排出水洗反应腔气体的出气口。

所述的第一紫外灯穿过紫外灯安装孔，并通过管螺母及密封圈水平固定在超声反应腔顶部。

所述的隔板底部开设有多个将超声反应腔与水洗反应腔连通的过流孔。

所述的超声波发生器底部设有调节支架，并通过调节支架可上下升降地设置在液态光催化剂中。

所述的气盘上开设有多个释气口，所述的循环气泵将超声反应腔中的反应气团抽入气盘中，经释气口呈微泡状浮出。

所述的循环气泵的泵进气口与泵出气口处还分别设有泵进气管、泵出气管；

所述的泵进气管一端固定在隔板上方，另一端通过设置在气盒顶面的穿管孔连接至循环气泵的泵进气口；

所述的泵出气管一端与气盘连通，另一端通过设置在气盒顶面的穿孔管连接至循环气泵的泵出气口。

所述的补水箱与盒式槽体之间还设有控流阀，并且所述的补水箱的顶部还设有透气阀以及补水阀。

所述的光催化空气净化装置用于有机污染废气的降解以及无机微粒灰尘的去除。

需要说明的是，本发明中所述的液态光催化剂为液态粉基光催化剂。

在实际设计时，所述的第一紫外灯及第二紫外灯上分别设有灯线盒，并且灯线盒通过电路与电控箱电连接；所述的超声波发生器的超声电线穿过开设在气盒侧壁上的线缆孔，与设置在电控箱中的超声波发生器电源连接。

本发明的主要涉及思路即为利用粉基光催化剂，在悬浮体系中，通过超声雾化和水洗组合技术进行连续反应，同时可高效地回收光催化剂，并高效发挥粉基光催化剂的光催化性能。

本发明光催化空气净化装置中：

1)设置超声反应腔，由超声波发生器将粉基光催化悬浮液振荡雾化，与污染气体接触混合，通过紫外光线激发，氧化降解有机污染物；

2)设置水洗反应腔，由循环气泵将超声光催化处理后的气体抽入该腔体内的粉基光催化液中，曝气水洗无机微粒，同时，还能进行紫外光线激励的深度氧化降解有机污染物，气体污染物得到减量后逸出液面排放，超声反应腔抽气后负压自动补气，形成连续反应处理流程；

3)连通超声反应腔和水洗反应腔内的粉基光催化液，维持量、质平衡，实现粉基光催化材料的重复使用；

4)设置超声波发生器调节支架和可控流补水箱，保障粉基光催化液面与超声波发生器工作面的适宜距离；

5)适应超声、水洗的光催化剂的类型为所有的粉基光催化剂：例如，TiO₂粉体光催化剂、ZnO粉体光催化剂、CdS粉体光催化剂等粉基光催化剂或者为两种或两种以上的复合，粉基光催化剂的浓度范围为0.1-100g/L。

本发明光催化空气净化装置的工作原理如下：

浸没于液态粉基光催化剂中的超声波发生器产生高频振荡，使液态粉基光催化剂液体表面气化，形成的雾化云团与进入超声反应腔上部空间的外界污染气体混合接触，粉基光催化剂微粒与污染气体微粒相互接触，在第一紫外灯光线的照射激发下，粉基光催化剂微粒产生的强氧化反应能力，使与其相接触的污染气体中有机污染物被快速降解。随后，经循环气泵将该反应气团抽入浸没在水洗反应腔内液态粉基光催化剂中的气盘，微泡曝气、混合水洗，洗脱其中无机微粒，同时，在第二紫外灯的照射激励下，实现深度有机氧化的降解反应，最后，被净化后气体分离逸出液面，经出气口排放。

由于循环气泵的动力作用，超声反应腔气团会被不断送入水洗反应腔，并产生负压，致使外界污染气体从进气口自动补入超声反应腔上部的空间中，形成连续反应处理流程。

隔板底部的过流孔可使超声反应腔和水洗反应腔内的液态粉基光催化剂互相流通，用以维持量和质的平衡，实现液态粉基光催化剂的重复使用。

而在实际使用时，可以通过调节支架对超声波发生器的高度进行调节，以此来控制雾化云团的产生量。

补水箱则采用大气压差原理，并通过控流阀来保障盒式槽体内液态粉基光催化剂液面的均衡工作高程。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1)采用以液态粉基光催化剂为主体的超声、水洗组合特征技术工艺，并在一体化的装置中实现连续性环保处理，具有结构简单、持续高效、使用便捷的实用特点；

2)超声雾化的液态粉基光催化剂能与受处理污染气体进行充分混合、接触，在紫外光线照射激发下快速有效地氧化降解，再由循环气泵将该反应气团输入紫外光照射条件下的液态粉基光催化剂中进行水洗和二级氧化反应降解，处理后的洁净气体逸出水面释放，实现二次降解，有效提高有机污染气体的降解效率；

3)采用的液态粉基光催化剂，其密度高、比表面积大，参与流态接触性反应的气、液、固三相混合充分，反应界面更新快，光激励氧化降解，反应连续、快速，可使装置的光催化效应达到尽可能大；

4)尤为突出的是，装置还能够实现水洗后气体逸出，光催化剂微粒被洗脱截留的技术效果，这能有效解决液态粉基光催化剂易流失及回收再利用困难的技术问题；

5)整体结构简单、紧凑，安全稳定，无二次污染，对生态环境友好，具有优异的可持续性，适用于工农业和环保等领域的污染废气体处理，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明装置整体结构示意图；

图2为本发明装置左视剖面结构示意图；

图中标记说明：

1、气盘，2、释气口，3、盒式槽体，4、水洗反应腔，5、出气口，6、第二紫外灯，7、穿管孔、8、泵进气管，9、泵出气管，10、隔板，11、过流孔，12、气盒，13、超声反应腔，14、第一紫外灯，15、管螺母，16、密封圈，17、灯线盒，18、超声电线，19、超声波发生器，20、调节支架，21、液态光催化剂，22、线缆孔，23、进气口，24、透气阀，25、补水阀，26、补水箱，27、控流阀，28、电控箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1：

如图1-2所示，一种超声水洗式光催化空气净化装置，包括盛有液态光催化剂21的盒式槽体3以及反扣在盒式槽体3内的气盒12，该气盒12与盒式槽体3共同构成反应腔体，气盒12上设有隔板10，该隔板10将反应腔体分隔成底部相通的超声反应腔13及水洗反应腔4，超声反应腔13底部设有浸没于液态光催化剂21中的超声波发生器19，顶部设有第一紫外灯14，该第一紫外灯14沿水平方向设置在液态光催化剂21液面上方，水洗反应腔4中设有沿竖直方向插设在液态光催化剂21中的第二紫外灯6以及设置在第二紫外灯6下方的气盘1。

本发明装置还包括与盒式槽体3相连通的补水箱26、与盒式槽体3配合使用的循环气泵以及分别与循环气泵、超声波发生器19、第一紫外灯14及第二紫外灯6电连接的电控箱28。

其中，气盒12上部右侧面上设有紫外灯安装孔以及多个供外界空气进入超声反应腔13的进气口23，并且气盒12上部左侧面上设有用于排出水洗反应腔4气体的出气口5。第一紫外灯14穿过紫外灯安装孔，并通过管螺母15及密封圈16水平固定在超声反应腔13顶部。隔板10底部开设有多个将超声反应腔13与水洗反应腔4连通的过流孔11。超声波发生器19底部设有调节支架20，并通过调节支架20可上下升降地设置在液态光催化剂21中。气盘1上开设有多个释气口2，循环气泵将超声反应腔13中的反应气团抽入气盘1中，经释气口2呈微泡状浮出。

循环气泵的泵进气口23与泵出气口5处还分别设有泵进气管8、泵出气管9；泵进气管8一端固定在隔板10上方，另一端通过设置在气盒12顶面的穿管孔7连接至循环气泵的泵进气口23；泵出气管9一端与气盘1连通，另一端通过设置在气盒12顶面的穿孔管连接至循环气泵的泵出气口5。

补水箱26与盒式槽体3之间还设有控流阀27，并且补水箱26的顶部还设有透气阀24以及补水阀25。

需要说明的是，液态光催化剂21为液态粉基光催化剂。

在实际设计时，第一紫外灯14及第二紫外灯6上分别设有灯线盒17，并且灯线盒17通过电路与电控箱28电连接；超声波发生器19的超声电线18穿过开设在气盒12侧壁上的线缆孔22，与设置在电控箱28中的超声波发生器19电源连接。

本发明超声水洗式光催化空气净化装置用于有机污染废气的降解以及无机微粒灰尘的去除。

在实际使用时，启动浸没于液态光催化剂21中的超声波发生器19，高频振荡使液态光催化剂21表面气化，在超声反应腔13的液面上方空间产生连续不断的雾化云团，与同空间的污染气体接触混合，液态光催化剂21微粒与污染气体微粒的接触，由于第一紫外灯14光线的照射激励，液态光催化剂21微粒产生的强氧化能力，使与其接触的有机污染物迅速降解，随后，再由循环气泵将该反应气团抽入到浸没于液态光催化剂21的气盘1中，通过释气口2作微泡曝气水洗，该过程中得到第二紫外灯6光照，实现二级有机氧化降解反应，同时，无机微粒被水洗脱落，最后，被净化气体分离逸出液面，由于循环气泵的动力作用，超声反应腔13气团被不断送入水洗反应腔4，然后再气浮从出气口5排放，与此同时，超声反应腔13气团被吸后产生负压，致使外界污染气体从腰形的进气口23自动补入到超声反应腔13上部的空间中，形成连续反应处理流程。隔板10底部的若干过流孔11，可使超声反应腔13和水洗反应腔4内的液态光催化剂21互相流通，并维持量和质的平衡。

在实际使用时，还可以通过调节支架20对超声波发生器19的高度进行调节，用以控制雾化云团的产生量。

补水箱26与盒式槽体3连通，通过关闭透气阀24、补水阀25和开启控流阀27的操作，保障盒式槽体3内液态光催化剂21液面的工作高程。另，关闭控流阀27、开启透气阀24，通过补水阀25也可实现对补水箱26的补充添加。

实施例2：

液态粉基光催化剂为商品TiO₂(P-25，德固赛)，浓度为1.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例3：

液态粉基光催化剂为商品TiO₂(P-25，德固赛)，浓度为5.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例4：

液态粉基光催化剂为商品TiO₂(P-25，德固赛)，浓度为0.5g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例5：

液态粉基光催化剂为商品TiO₂(型号：791326-5G，Aldrich)，浓度为1.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例6：

液态粉基光催化剂为商品ZnO(型号：96479-100G，Aldrich)，浓度为1.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例7：

液态粉基光催化剂为商品CdS(型号：208183-100G，Aldrich)，浓度为1.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例8：

液态粉基光催化剂为商品CdS(型号：208183-100G，Aldrich)，浓度为5.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例9：

液态粉基光催化剂为商品CdS(型号：208183-100G，Aldrich)，浓度为10.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例10：

液态粉基光催化剂为商品CdS(型号：208183-100G，Aldrich)，浓度为20.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例11：

液态粉基光催化剂为商品ZnO(型号：96479-100G，Aldrich)，浓度为5.0g/L水溶液。空间大小50m²。

实施例12：

液态粉基光催化剂为商品CdS(型号：208183-100G，Aldrich)，浓度为20.0g/L水溶液。空间大小20m²。

经实验装置检测，每次循环的空气净化效率均达到99％以上，满足室内净化需求。

Claims (7)

1.一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，该装置包括盛有液态光催化剂(21)的盒式槽体(3)以及反扣在盒式槽体(3)内的气盒(12)，该气盒(12)与盒式槽体(3)共同构成反应腔体，所述的气盒(12)上设有隔板(10)，该隔板(10)将反应腔体分隔成底部相通的超声反应腔(13)及水洗反应腔(4)，所述的超声反应腔(13)底部设有浸没于液态光催化剂(21)中的超声波发生器(19)，顶部设有第一紫外灯(14)，该第一紫外灯(14)沿水平方向设置在液态光催化剂(21)液面上方，所述的水洗反应腔(4)中设有沿竖直方向插设在液态光催化剂(21)中的第二紫外灯(6)以及设置在第二紫外灯(6)下方的气盘(1)；

所述的装置还包括与盒式槽体(3)相连通的补水箱(26)、与盒式槽体(3)配合使用的循环气泵以及分别与循环气泵、超声波发生器(19)、第一紫外灯(14)及第二紫外灯(6)电连接的电控箱(28)；

所述的隔板(10)底部开设有多个将超声反应腔(13)与水洗反应腔(4)连通的过流孔(11)；

所述的气盘(1)上开设有多个释气口(2)，所述的循环气泵将超声反应腔(13)中的反应气团抽入气盘(1)中，经释气口(2)呈微泡状浮出。

2.根据权利要求1所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，所述的气盒(12)上部右侧面上设有紫外灯安装孔以及多个供外界空气进入超声反应腔(13)的进气口(23)，并且所述的气盒(12)上部左侧面上设有用于排出水洗反应腔(4)气体的出气口(5)。

3.根据权利要求2所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，所述的第一紫外灯(14)穿过紫外灯安装孔，并通过管螺母(15)及密封圈(16)水平固定在超声反应腔(13)顶部。

4.根据权利要求1所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，所述的超声波发生器(19)底部设有调节支架(20)，并通过调节支架(20)可上下升降地设置在液态光催化剂(21)中。

5.根据权利要求1所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，所述的循环气泵的泵进气口(23)与泵出气口(5)处还分别设有泵进气管(8)、泵出气管(9)；

所述的泵进气管(8)一端固定在隔板(10)上方，另一端通过设置在气盒(12)顶面的穿管孔(7)连接至循环气泵的泵进气口(23)；

所述的泵出气管(9)一端与气盘(1)连通，另一端通过设置在气盒(12)顶面的穿孔管连接至循环气泵的泵出气口(5)。

6.根据权利要求1所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置，其特征在于，所述的补水箱(26)与盒式槽体(3)之间还设有控流阀(27)，并且所述的补水箱(26)的顶部还设有透气阀(24)以及补水阀(25)。

7.如权利要求1至6任一项所述的一种超声水洗式光催化空气净化装置的应用，其特征在于，所述的光催化空气净化装置用于有机污染废气的降解以及无机微粒灰尘的去除。