CN106466553A - 一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其包括：壳体，其上设置有与待净化空间相连通的进风口和出风口；预处理仓，其设置在所述壳体内部、并布置在进风口后级，所述预处理仓中布置有用于吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的物理吸附层；光触媒反应仓，其设置在所述壳体内部、并布置在预处理仓的后级；尾气回收仓，其设置在所述壳体内部，并布置在光触媒反应仓的后级、出风口的前级，用以回收俘获未被光触媒反应仓催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒。本发明提出的该净化装置通过采用预处理仓、光触媒反应仓和尾气回收仓三级复合仓的结构布置方式解决了现有光触媒技术无法对空气中低浓度甲醛、苯系物颗粒进行清除的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种清除空气中低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置。
背景技术
甲醛、苯系物均是挥发性很强的有机化合物，污染程度较高，是室内空气的主要污染物之一。其中甲醛对人体健康影响很大，对人体黏膜和皮肤有着强烈的刺激作用，高浓度吸入时会出现严重的呼吸道刺激和水肿，造成眼刺激、头痛。低浓度吸入可导致持续头疼、无力、失眠等。长期暴露会导致皮炎、肺、肝功能异常、免疫功能异常、中枢神经系统受影响、还可损伤细胞内的遗传物质，是可以致癌物。而光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是当前国际上治理室内环境污染的最理想材料。二氧化钛在紫外线的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜和固化病毒的蛋白质，可杀灭细菌和分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水(H2O)和二氧化碳(CO2)，因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。光触媒的特性为利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳跟水，自身不起变化，却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，维护费用低。同时，二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于空气净化等各种领域。使用光触媒净化空气具有安全，高效，清洁，无二次污染，使用寿命长等优点。
参见图1，目前光触媒采用的常用结构是先建立一个上下通风四周封闭的反应仓10，然后在反应仓10四周布置附着二氧化钛粉的载体15(比如活性炭纤维布)，在反应仓10中间布置紫外线灯管11，布置好后，在反应仓10的一端安装鼓风机12，在鼓风机12的作用下，气体被强制从反应仓10的进风口13流入、出风口14流出，反应仓10内的光触媒反应单元中二氧化钛粉在紫外线灯11的照射下，其表面的氧分子及水分子会生成大量的氧化能力极强的氢氧根自由基，它们能将反应仓10里的空气甲醛甲苯分子分解成二氧化碳和水，达到净化空气的目的。以上是光触媒清除甲醛甲苯的反应结构和反应机理。因此光触媒被广泛应用在空气净化方面。市面上销售的净化器或空气净化装置基本采用以上方法。
但是，在使用该净化技术的过程中我们也发现，使用光触媒净化空气对低浓度的甲醛苯系物清除效果不佳缺点，尤其是通过实验证明，当反应仓的几何尺寸和鼓风机风速一定的情况下，无限增加紫外线的强度和二氧化钛的浓度都不能有效提高对空气中低浓度甲醛苯系物的清除能力，即当甲醛和苯系物含量浓度较低的空气通过反应仓时无法反应而又直接从出风口排出。因此如何找到一种新的清除甲醛、苯系物的方法，提高光触媒深层净化能力，能深层次提高光触媒反应效果，达到清除空气中低浓度的甲醛和苯系物的技术效果是本发明要解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术中所存在的上述不足，本发明的目的是提供一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，该空气净化装置通过采用预处理仓、光触媒反应仓和尾气回收仓三级复合仓的结构布置方式解决了现有光触媒技术无法对空气中低浓度甲醛、苯系物颗粒进行清除的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用了如下的技术方案：
一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其包括：
壳体，其上设置有与待净化空间相连通的进风口和出风口；
预处理仓，其设置在所述壳体内部、并布置在进风口后级，所述预处理仓中布置有用于吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的物理吸附层；
光触媒反应仓，其设置在所述壳体内部、并布置在预处理仓的后级；
尾气回收仓，其设置在所述壳体内部，并布置在光触媒反应仓的后级、出风口的前级，所述尾气回收仓中设置有用以回收俘获未被光触媒反应仓催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒的吸附结构。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明所给出的空气净化装置最大的特点就是能够清除空气中低浓度的甲醛、苯系物类的具有可挥发性的有机污染物颗粒。具体而言，本发明在现有光触媒技术净化空气的基础上，在光触媒反应仓的前级增加了能够吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的预处理仓，在光触媒反应仓的后级增加了能够回收未被光触媒反应仓催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒，通过采用这种三仓复合使用的结构可达到快速、高效清除空气中甲醛、甲苯等有害的的挥发性有机物，尤其是对空气中低浓度甲醛、甲苯等有害的的挥发性有机物清除效果十分明显，且使用寿命长，无二次污染。
若只使用光触媒反应仓，这就是普通的光触媒催化反应方式，无法对空气中低浓度甲醛、苯、甲苯等有害的的可挥发性有机物做到有效清除。而本发明在光触媒反应仓的前面建立一个具有可吸附性的预处理仓以将空气中低浓度的甲醛、苯、甲苯颗粒进行暂时的吸附收集，当吸附的甲醛、苯、甲苯等有害的可挥发性有机物达到吸附饱和度后，通过实验可检测到，在强气流作用下空气通过预处理仓时，预处理仓中的物理吸附层(优选的是改性活性炭颗粒)既不断的吸附的甲醛、苯、甲苯等有害的可挥发性有机物，同时又以较高浓度释放甲醛、苯、甲苯等有害的可挥发性有机物，使之脱附到光触媒反应仓中，从而提升光触媒反应仓中甲醛、苯、甲苯分子的反应浓度，加大光触媒反应仓里的反应深度，提高光触媒深层净化能力，深层次提高光触媒反应效果，进而取得“有效清除空气中低浓度甲醛、甲苯等有害挥发性有机物”的先进效果。同时，本发明还在光触媒反应仓后面增加了尾气回收仓能回收光触媒反应仓里光催化氧化分解后所剩下的微量甲醛、甲苯等有害的的挥发性有机物，使得整个装置清除效果更彻底。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为目前常见的采用光触媒反应技术的空气净化装置示意图；
图2为本发明所述清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置结构示意图；
图3为本发明所述光触媒反应仓中支撑体的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与作用更加清楚及易于了解，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步阐述：
参照图2，本发明提供了一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其包括：
壳体200，其上设置有与待净化空间相连通的进风口201和出风口202；
预处理仓210，其设置在所述壳体200内部、并布置在进风口201后级，所述预处理仓210中布置有用于吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的物理吸附层；
光触媒反应仓220，其设置在所述壳体200内部、并布置在预处理仓210的后级；
尾气回收仓230，其设置在所述壳体200内部，并布置在光触媒反应仓220的后级、出风口202的前级，所述尾气回收仓230中设置有用以回收俘获未被光触媒反应仓220催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒的吸附结构。
上述方案中，结合图2所示，待净化空间的空气从进风口201进去后，依次通过预处理仓210、光触媒反应仓220进和尾气回收仓230进行净化处理，然后净化处理后的空气从出风口202排出。上述即为本发明所述空气净化装置的原理简述。其中，相对于现有空气净化装置而言，本发明上述方案中在光触媒反应仓220的前级增加了能够吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的预处理仓210，在光触媒反应仓220的后级增加了能够回收未被光触媒反应仓220催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒，通过采用这种三仓复合使用的结构可达到快速、高效清除空气中甲醛、甲苯等有害的的挥发性有机物，尤其是对空气中低浓度甲醛、甲苯等有害的的挥发性有机物清除效果十分明显，且使用寿命长，无二次污染。
尤其是，本发明在光触媒反应仓220前级建立了一个具有可吸附性的预处理仓210，该预处理仓210的作用是提升进入光触媒反应仓220内甲醛、苯系物挥发性污染物颗粒的浓度(下面具体介绍)，从而提升光触媒反应仓220深层净化能力，因此其是本发明解决清除空气中低浓度甲醛苯系物污染物的关键技术点之一。
由于预处理仓210和尾气回收仓230的设置，加大了壳体200内风阻，因此本发明优选的实施方式是，所述壳体200在进风口201处布置有前置风机240，在出风口202处布置有后置风机250，所述前置风机240与后置风机250的运转方向相同。当前置风机240和和后置风机250运转时，会在光触媒反应仓220的两端形成风压差，该风压差会强制待净化空间中的空气进入预处理仓210，然后通过光触媒反应仓220，最后从尾气回收仓230中排出。因此，本发明设置两个风机主要是增大壳体200两端风压，从而保证气体能够顺利进仓出仓。
优选的是，所述壳体200采用柱状的管道构成，比如说现成的PVC管材等，而前置风机240和后置风机250均采用能够嵌入在管道内的嵌入式风机。这里，本发明所制得的空气净化装置可以无需单独制作壳体200作为各仓的装载仓体，而是利用现成的一些管道作为壳体200结构，尤其是在采用PVC材质的管材时会在重量上大大减轻。而且前置风机240和后置风机250均采用嵌入式风机，让二者能够嵌入在管道中，不仅可以降低噪音，而且会使得整个净化装置的体积在传统设计(外置鼓风机)的基础上大大减小。尤其是，各种型号的PVC管道都有与之配套的嵌入式风机相适配，无需开模加工，因此可以大大降低制作成本。比如4寸大小的嵌入式风机可安装于110PVC管内，5寸大小的嵌入式风机可安装于130PVC管内，6寸大小的嵌入式风机可安装于160PVC管内。
对于预处理仓210，本发明优选的实施细节是：
参见图2，所述预处理仓210中设置的物理吸附层采用改性活性炭颗粒层；其中，活性炭颗粒改性的方法为：将定量的活性炭颗粒是用6mol/L的HNO3溶液、或30％的H2O2溶液浸泡24小时，然后取出活性炭颗粒并放置于110℃烘箱中干燥24小时所得。
活性炭是一种主要由含碳材料制成的外观呈黑色，内部孔隙结构发达、比表面积大、吸附能力强的一类微晶质碳素材料。活性炭材料中有大量肉眼看不见的微孔，1克活性炭材料中微孔，将其展开后表面积可高达800－1500平方米。也就是说，在一个米粒大小的活性炭颗粒中，微孔的内表面积可能相当于一个客厅面积的大小。正是这些高度发达，如人体毛细血管般的孔隙结构，使活性炭拥有了优良的吸附性能。而这里，本发明将活性炭颗粒先用强氧化剂浸泡，然后取出这些活性炭颗粒并放置于烘箱高温干燥制成。经过改性处理后的活性炭颗粒表面含氧官能团的数量增加，更加有利于甲醛、苯系分子的吸附。
本案发明人通过大量的创新性实验证明：在前置风机240和后置风机250的作用下，当空气中低浓度的甲醛、甲苯气体经过预处理仓210后，预处理仓210里的改性吸附颗粒能充分俘获空气中低浓度的甲醛、苯和甲苯分子，当俘获后的甲醛、甲苯分子集中起来达到一定的阈值后会就会以较高的浓度脱俘进入到后面的光触媒反应仓220中进行催化分解反应，这样大大提高了后面光触媒反应仓220里光触媒催化分解的反应浓度，从而达到清除空气中低浓度的甲醛、苯、甲苯气体的作用。
换句话说：当设备一开始运作时，由于预处理仓210中改性活性炭颗粒层的存在，使得空气中低浓度的甲醛、苯和甲苯分子(以下简称气体污染物分子)会不断地进入到活性炭颗粒内部孔隙中从而被吸附，加之活性炭本身具有强大的比表面积，因此即便空气中的气体污染物分子本身浓度不高，也会在较短时间内俘获较多的气体污染物分子颗粒，此时进入光触媒反应仓220的空气是比较干净的。而当预处理仓210不断吸附气体污染物分子颗粒达到接近饱和程度时，活性炭颗粒层的吸附能力减弱，此时由于风机仍在不断地将外界含杂空气带入预处理仓210，因此在强气流的作用下活性炭颗粒层便会开始逐渐脱附，该脱附下的气体污染物分子便会以较高的浓度进入到后级的光触媒反应仓220中进行催化分解反应。其中，活性炭颗粒层在不断脱附的过程中，其实也处于吸附的过程，达到一个动态平衡的过程；而即便不能达到完全脱附的效果，但对于净化空气而言还是具有极好的使用意义的。当光触媒反应仓220接收到高浓度的气体污染物分子颗粒时，便会开始发生反应，从而提升了其对空气中低浓度甲醛苯系物气体污染物分子进行催化分解的深层净化效果。实质上，本发明上述过程是通过放慢气体污染物分子颗粒进入到光触媒反应仓220的速度来解决现有光触媒技术无法对空气中低浓度甲醛、苯系物颗粒进行清除的技术问题(即先“囤积”再“释放”)。
作为本发明进一步的实施例是：所述改性活性炭颗粒层通过筒状支撑网(未示出)设置在管道200中。这里，主要是考虑到本发明将壳体200采用管道的方式构成，而为了在管道中布置改性活性炭颗粒层，设置一个筒状支撑网对其起到支撑的作用。
对于光触媒反应仓220，本发明优选的实施细节是：
参见图2并结合图3，所述光触媒反应仓220包括由支撑体221和包覆在所述支撑体221上的活性炭纤维布222构成的仓体结构，所述支撑体221的中部设置有被活性炭纤维布222所覆盖的紫外线发射灯管223，所述活性炭纤维布222内表面上附着有二氧化钛粉末。在活性炭纤维布222上还可以掺入少量的石墨烯作为光触媒催化剂，提高光触媒催化反应的深度，更有利于清除空气中低浓度的甲醛、苯、甲苯分子。这里，活性炭纤维布222起载体作用，利用了活性炭纤维布222比表面积大的特点使其附着二氧化钛粉末。所述光触媒反应仓220清除空气中甲醛甲苯分子的原理与现有技术是相同的，即：
当紫外线发射灯管223在通电时，在紫外线灯照射下，活性炭纤维布222上附载着纳米级的二氧化钛能使周围的氧气及水分子激发成具活性的氢氧根自由基，这些自由基可分解甲醛，甲苯分子，最后生成二氧化碳和水，二氧化钛本身不参加反应，掺入少量的石墨烯能提高光催化氧化分解的能力。其中，在进风口201风机和出风口202风机共同作用下，空气被强制从进风口201流进，从出风口202流出，因此能够顺利进入到光触媒反应仓220。然而实验数据表明，该光触媒反应仓220仅仅对空气中较高浓度的甲醛，甲苯气体去除效果明显，但对空气中低浓度的甲醛、苯、甲苯气体清除作用有限，浓度低于0.3ppm基本无清除效果。在这个技术背景下，本案发明人才给出了在光触媒反应仓220前级增加上述预处理仓210的技术方案。而且该技术方案通过本案发明人大量的实验证明是有成效的。
作为本发明对光触媒反应仓220进一步的实施细节是：所述支撑体221为柱状的支撑架，该支撑架包括两个端部支撑环221a和连接在两个端部支撑环221a之间的多根轴向支撑肋条221b，所述多根轴向支撑肋条221b之间还设置有径向支撑环221c；其中，每个端部支撑环221a均通过多个径向支撑肋条221d连接到一个灯管安装环221e，所述紫外线发射灯管223的两端分别设置在灯管安装环221e中。该支撑架：一是为了安装紫外线灯管，二是为了包裹活性炭纤维布222。而且最主要的特点是该支撑架需与管道相适配。当管材备好后，仅需将这个装好紫外线灯管和包裹好活性炭纤维布222的柱状支撑架推入管材内即建立好了本发明的光触媒反应仓220。
作为本发明对光触媒反应仓220进一步的实施细节是：所述活性炭纤维布222为经缝合或粘合形成的、与支撑架相适配的筒状，该筒状活性炭纤维布222的一端设置成用于将紫外线发射灯管223的通电线缆引出的可收缩口(未示出)。当将紫外线发射灯管223安装到支撑架上后，将其作为一个整体，接着仅需将活性炭纤维布222套在该支撑架上即可，同时将紫外线发射灯管223的通电线缆从可收缩口伸出以外接电源。
对于尾气回收仓230，本发明优选的实施细节是：
所述尾气回收仓230的吸附结构为椰壳活性炭颗粒层。椰壳活性炭是以椰壳为原料，经高温活化、碳化处理而成的一种新型活性炭。其对有机气体吸附能力比普通活性炭高5倍至以上，吸附速率更快，非常有利于甲醛、苯、甲苯分子的吸附。在风机的作用下，空气被强制流过空气预处理仓210和光触媒反应仓220，空气中大多数甲醛、甲苯分子在空气预处理仓210被吸附，在光触媒反应仓220里被催化氧化分解成二氧化碳和水，空气中只剩下的微量的甲醛和甲苯分子，空气再经过尾气回收仓230，回收仓里的椰壳活性炭颗粒能充分俘获空气中微量的的甲醛、苯、甲苯分子。
作为本发明对尾气回收仓230进一步的实施细节是：所述椰壳活性炭颗粒层通过筒状支撑网(未示出)设置在管道200中。这里，主要是考虑到本发明将壳体200采用管道的方式构成，而为了在管道中布置椰壳活性炭颗粒层，设置一个筒状支撑网对其起到支撑的作用。
总体来说，本发明通过采用上述预处理仓210、光触媒反应仓220和尾气回收仓230等三仓复合结构构成的空气净化装置对空气进行净化处理，基本能达到清除空气中低浓度的甲醛、苯系物气体的作用，而且通过实验证明空气中甲醛甲苯浓度清除后能低于0.03ppm。对于壳体200的实施细节、每个仓的实施细节均在上述文字中已做完整介绍，通过这些细节的布置，使得整个空气净化装置获得了较高的体验评价和较好的推广使用价值。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，包括：
壳体，其上设置有与待净化空间相连通的进风口和出风口；
预处理仓，其设置在所述壳体内部、并布置在进风口后级，所述预处理仓中布置有用于吸附空气中甲醛和苯系物分子颗粒的物理吸附层；
光触媒反应仓，其设置在所述壳体内部、并布置在预处理仓的后级；
尾气回收仓，其设置在所述壳体内部，并布置在光触媒反应仓的后级、出风口的前级，所述尾气回收仓中设置有用以回收俘获未被光触媒反应仓催化分解的微量甲醛和苯系物分子颗粒的吸附结构。
2.如权利要求1所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述壳体在进风口处布置有前置风机，在出风口处布置有后置风机；所述前置风机与后置风机的运转方向相同。
3.如权利要求2所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述壳体采用柱状的管道，所述前置风机和后置风机均采用能够嵌入在管道内的嵌入式风机。
4.如权利要求3所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述预处理仓中设置的物理吸附层采用改性活性炭颗粒层；其中，
活性炭颗粒改性的方法为：将定量的活性炭颗粒是用6mol/L的HNO3溶液、或30％的H2O2溶液浸泡，然后取出活性炭颗粒并放置于110℃烘箱中干燥24小时所得。
5.如权利要求3所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述光触媒反应仓包括由支撑体和包覆在所述支撑体上的活性炭纤维布构成的仓体结构，所述支撑体的中部设置有被活性炭纤维布所覆盖的紫外线发射灯管，所述活性炭纤维布内表面上附着有二氧化钛粉末。
6.如权利要求5所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述支撑体为柱状的支撑架，该支撑架包括两个端部支撑环和连接在两个端部支撑环之间的多根轴向支撑肋条，所述多根轴向支撑肋条之间还设置有径向支撑环；其中，每个端部支撑环均通过多个径向支撑肋条连接到一个灯管安装环，所述紫外线发射灯管的两端分别设置在灯管安装环中。
7.如权利要求6所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述活性炭纤维布为经缝合或粘合形成的、与支撑架相适配的筒状，该筒状活性炭纤维布的一端设置成用于将紫外线发射灯管的通电线缆引出的可收缩口。
8.如权利要求3所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述尾气回收仓中的吸附结构为椰壳活性炭颗粒层。
9.如权利要求8所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述椰壳活性炭颗粒层通过筒状支撑网设置在管道中。
10.如权利要求4所述的清除低浓度甲醛、苯系物的空气净化装置，其特征在于，所述改性活性炭颗粒层通过筒状支撑网设置在管道中。
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