CN106512602A - 一种高效除雾霾的仿生肺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效除雾霾的仿生肺，涉及大气污染治理技术领域。公开的仿生肺技术是在同一方向同一界面上，通过离心力在界面上颗粒物与水、粘液或液膜作用下，或被粘附或被附聚为大颗粒而使PM2.5及以下的颗粒物气溶胶被破坏，颗粒物脱离气相而被除去。气体以通过专用气道沿着气道的切线方向旋转向前，气体压力的损失小，效率比现有仿生肺技术高出30%以上。本发明的高效除PM2.5的仿生肺可用于开放体系，也可用于封闭体系。也可用于高温的汽车尾气的颗粒物净化，可对N\S及苯并芘化合物的去除。

Description

一种高效除雾霾的仿生肺

技术领域

本发明涉及雾霾天气治理，具体涉及一种绿色仿生除PM2.5的产品。属大气环境治理和建筑物或车船室内空气净化技术领域。

背景技术

PM2.5是一种或多种液体或和颗粒物与空气形成的气溶胶。有液气、固气、固液气和汽气几种存在状态。其中的液体有水形成的水蒸气雾滴，汽体包括水蒸汽、油汽以及其形成的汽溶胶；其中的固体粒子与有害汽体与空气形成的称为霾或灰霾，汽体与空气形成的气溶胶称为雾，通常以混合形式存在状态较为多见，故通常我们多称为雾霾。

据学者报导，在美国，每年因PM2.5颗粒污染物致死的有2.2万至5.2万人，在欧洲因空气中颗粒物污染致死的人数每年高达20万人，在中国或印度每年致死的有34万人。全球都非常重视大气污染的治理，尤其是大气颗粒物污染的治理。

雾霾天气的治理十分复杂，效果也不十分理想。目前，比较可行的是排放气体的净化处理，有静电除尘，布袋过滤除尘，电袋除尘、湿法电袋、文丘里洗涤法、凝并器等，要么效率过低且耗能巨大，要么投资成本高、运行成本高，不易实施，实际上形同虚设，空气质量进一步下降。但是静电除尘与旋风除尘的组合，存在的放电短路产生的安全性风险、投资高运行成本高。而且，以上方法基本上没有真正用于开放的大气污染治理中，原因是对开放系统不可能无时无刻地不间断地进行空气净化置换。

中国专利公开号CN 103861411 A，公开日2014年06月18 日，发明创造的名称为一种仿生空气净化方法及其专用仿生肺装置，该申请案公开了一种仿生技术净化空气，虽然净化效率高、投资运行成本低，但其不足也很明显，现有仿生肺技术中的不能自我清除颗粒物，及时恢复活性或净化风发生短路，达不到预期效果的缺陷。

为了克服以上不足，我们根据生物肺进行空气净化的原理，在此发明的基础上进行了改进，在同一方向同一界面上除PM2.5，空气净化除雾霾，效率高、克服了净化空气短路直接通过、不能及时恢复活性及颗粒物单向清除的缺点，比现有技术的净化效率提高20%至50%以上。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不能自我清除颗粒物恢复活性或净化风发生短路的不足。

提供了一种具有能脉冲洗涤螺旋气道和能使整个肺体产生分泌液的渗液管及冲洗肺部毛细管的加压头。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

1)使空气在专用净化气道中通过螺旋方式或螺旋道前进；

2)充满毛细管的海棉状仿生肺上有渗透管，使仿生肺保持良好地除PM2.5的活性；空气中的微尘及有害气体与气道壁上微孔虹吸的水或粘液充分作用，被吸收或吸附或被附聚变大而脱离气体；

3) 仿生肺上还有净化活性复活的高压喷管，定时装置用高压泵加大粘液的压力使毛细管保持畅通。

4)大气经过仿生肺螺旋气道向上旋转上升至，上端近出口处，螺旋管开口于倒锥形沉降室，附聚变大的微尘颗粒，在沉降池中沉降后于排出口排除。

高效仿生肺所用材质是耐酸碱腐蚀的陶瓷、树脂、纤维、塑料或多微孔金属，制备时充分搅拌，产生大量气体，便于生成肺体内充满可产生虹吸现象的毛细管。

上述仿生肺，其特征是在沉降室装有电捕尘装置，可停电喷水将吸附的微尘及时冲洗至沉降室排出。

上述的仿生肺，对需要去除其它有害气体时，可在肺体中埋植了氧化剂或酸碱性物质或中和吸附、分解有害气体的物质，在毛细管渗出的粘液中形成高浓度，有效分解甲醛、氨、二氧化硫及氮氧化物等有害气体。同时，合金纳米多孔仿生肺微孔的合金具有催化作用，可分解有害气体。

我们发明的仿生肺，可用于封闭体系新风进入的净化除PM2.5。也可用于开放体系大气污染的净化除PM2.5。封闭系统如建筑物室内，汽车、轮船车船舱内，或其它有需要的封闭空间。

发明的仿生肺，还可用于工业燃烧源排放气体的净化处理，由于是同面同向进行除尘，建造成本小、运行费用低。可有效降低企业成本，提高产品竞争力。也可用于厨炊燃烧源排放的净化处理。

我们发明的仿生肺，不仅可用于汽车进风的净化除PM2.5和甲醛还可用于尾气排放的净化处理。

与现有技术相比，本发明在颗粒与气体前进的同一方向同一界面在气道内壁上，颗粒物碰到肺体上毛细管渗出的粘液被吸附并附聚变成大颗粒，被离心甩入沉降池而被排出。本发明的有益效果(优点)是气体通过阻力小，制作成本低，应用范围广，净化效率高的优点。

附图说明

图1 是高效仿生肺纵切面图；

图中： 1 锥形微尘排出口 2为进风口 3螺旋通风道 4 捕尘电极 5毛细渗液贮液管兼做毛细管加压清洁管 6 螺旋风道微尘进入沉降室窄缝 7螺旋风道高压清洗管喷头 8倒锥形沉降室 9为肺出风口（可以顺着螺旋风道变直后出风）。

具体实施方式

为了完成绿色节能且能除雾霾净化空气的目的，巧妙实现了仿生肺的打喷嚏或咳痰排尘，定时脉冲清洗风道和加压疏通肺体内毛细管的功能，我们通过以下实施例进一步说明，本发明的实现过程及方法。

实施例1 高效仿生肺

用石膏材质制备如图1所示， 外形可长方或园柱形，内部设置有螺旋管通道如图1所示，制成有附聚成型颗粒物排出的沉降室。要净化的空气从一端（下方）导入螺旋气道，仿生肺体充满了毛细管，并设置了1-6根贮水渗漏管，净化空气中的微尘，在螺旋通道内上升，在离心力的作用下，充分与气道壁上的水作用，微尘被粘附并附聚变大，上升一定高度后，微尘颗粒在螺旋管道通向沉降室的窄缝，进入沉降室通过排尘口排出。

气道、沉降室均设有与定时装置控制的脉冲高压泵联结，相隔一定时间对，净化螺旋通道和沉降室进行高压冲洗；同时在给水的渗透贮液管与高压泵联结，在冲洗时通道的同时，对肺体内的毛细管进行高压疏通。

把要净化的空气或废气由进气口导入，从出气口便获得了净化的空气，本仿生肺的进行口和出气口可以并联，则可增加肺活量扩大净化气体的通气量。也可以将出气口与下一个仿生肺的进气口串行联结，则可提高一次净化率和除尘量。

实施例2

把设计好的仿生肺立体图，转换成STL文件，应用3D打印平台，打印金属铜质或不锈钢（312）多微孔仿生肺，形状同图1，也可以用3D打印合金肺，再通过去合金化工艺制备纳米多孔仿生肺。

改变打印材质如ABS、陶瓷或纤维可打印出不同材质的高效多孔仿生肺。

实施例3

纳米合金粉未，诸如Mn-Cu,Au-Zn,Pt-Si, Cu-Zr,Cu-Au, Au-Ni 等二元合金，可利用去合金化的方法制备纳米多孔仿生肺。如Mn-Cu合金粉未，熔融后，用快速冷却法，注入组合式ABS模具后，用淬火炉成型后，拆除模具或用高温脱模后，在PH1.3的 HCI液中自由腐蚀8天，即可获得135±35nm的多孔仿生肺。也可用化学去合金化和电化学去合金法制备仿生肺

实施例4

环氧树脂加入氧化剂（亚硫酸钠）凝胶致孔剂碳酸钠，在注塑模型中进行浇铸，干燥定型，0.1HCI液腐蚀10小时，清水漂洗后，纳米多孔仿生肺。

实施例5

用陶瓷材质，和水制成软材，再加氧化物包合物、致孔剂，揉匀，按图1所示的，制成螺旋型，沉降室，渗液加压管及接头，螺旋通道及沉降室冲洗联结头，并在顶端第一或第二环螺旋通道内侧挖通向沉降池的窄缝，修补好，放干后，置炉中，烧结，即可。

实施例6

效果测试，我们用Y09-PM10型激光粉尘浓度测试仪对各种材料、各种工艺制得的多孔高效仿生肺，放在移动式空气净化器中，进行净化效率测试，结果如表1 。

表1各种材质高效仿生肺单次净化空气PM2.5测量值

第一代仿生肺经中国广州测试中心检测，单次PM2.5的去除率为43.0％，PM10的去除率为76.3％。而高效仿生肺的PM2.5的去除率分别为68.3％、91.7％、66.0％和65.3，而PM10的去除率分别为73.7％、89.8％、72.2％和71.3％。可见，高效仿生肺在PM2.5的的去除率有20％-50％以上的提高，而PM10的去除率基本一致，均在70％以上。

实施例7

把高岭土烧结的仿生，按螺旋道组成大的复合式仿生，把空气进气口与建筑物的新风送气入口接入，在每个单元住户（单元）还可以采用二次净化。

实施例8

在气车制造业方面的应用最为广泛。把烧结的纳米多孔仿生联结在气车汽缸进气的最前端，接通渗水管，2年内不用换空气滤芯，而且有效的空气净化能减少缸体磨损，2年时间使用，对发动机作用便可凸现出来。2年后高压水反冲或0.1N HCI浸泡8小时，便可重新使用气车终身不用换空气滤芯。

把含有氧化剂的纳米多孔仿生肺的出气孔与车舱的新风进行口相连，循环进风口与仿生肺的进气口并连，这样就形成了除甲醛的仿生肺净化除PM2.5的供风系统。

同时，还可以把仿生应用到尾气排放净化系统，既消声又净化尾气排放。

实施例 9

工业燃烧源排尘净化，可以采用并联加串联方案，针对燃烧源废气中含SO₂或其它有害成份，调节渗透液的PH，在除去PH2.5的同时，可有效降低SO₂的排放量。

除了工业燃烧源外，街道厨炊的烟道也可用此仿生肺改造，减少排放，降低空气中PM2.5的浓度。

实施例 10

移动式室内空气净化装置。用一个小马达驱动涡轮风扇把要净化的空气鼓入仿生肺或把仿生肺出口的净化空气吸出，不断进行循环净化。在净化器上安装一个PM2.5传感器，通过控制线路，当PM2.5高于设定值（如PM2.5浓度大于35μg/m³）,马达启动仿生肺净化空气；当低于设定值（比如PM2.5浓度大于10μg/m³）时，控制电路切断马达的供电，空气净化停止。

另一种更简单的无线控制方式是在仿生空气净化器上安装WIFI模块，可以通过手机APP终端对空气净化器进行控制，根据室外空气PM2.5的浓度可在下班时间提前数小时启动空气净化器，等回到家时合格的高质量室内空气已经形成。还可以把加湿、负离子和空气杀毒功能模块进行集成，制备多功能仿生肺空气调节器，也可以与制冷高温器集成，制成多功能仿生肺除PM2.5及有害气体的空气调节设施。

实施例11

仿生面罩。把吸气管与仿生肺的出气口用单向阀连接，呼气时直接排出，吸气时单向阀打开，吸入经过高效仿生肺净化后的空气。本仿生肺面罩可用于高粉尘作业人员和花粉过敏患者。

本发明最巧妙的应用是联结你的通风系统或专用的人力风电系统。

以上提及的仅是优选的方案和实施案例，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种高效除雾霾的仿生肺，其特征是，

仿生肺使空气在专用净化气道中通过螺旋方式或螺旋道前进；

充满毛细管的海棉状仿生肺上有渗透管，使仿生肺保持良好地除PM2.5的活性；空气中的微尘及有害气体与气道壁上微孔虹吸的水或粘液充分作用，被吸收或吸附或被附聚变大而脱离气体；

仿生肺上还有净化活性复活的高压喷管，定时装置用高压泵加大粘液的压力使毛细管保持畅通；

大气经过仿生肺螺旋气道向上旋转上升至，上端近出口处，螺旋管开口于倒锥形沉降池，附聚变大的微尘颗粒，在沉降池中沉降后于排出口排除。

2.如权利要求1所述的高效仿生肺，其特征是所用材质是耐酸碱腐蚀的陶瓷、树脂、纤维、塑料或多微孔金属。

3.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是在沉降室装有电捕尘装置。

4.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是在肺体中埋植了氧化剂或酸碱性物质，在毛细管渗出的粘液中形成高浓度，有效分解甲醛、氨、二氧化硫等有害气体。

5.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是可用于封闭体系或室内新风进入的净化除PM2.5。

6.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是可用于开放体系大气污染的净化除PM2.5。

7.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是可用于工业排放气体的净化处理。

8.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是可用于汽车排放气体的净化处理。

9.如权利要求1或2所述的仿生肺，其特征是可用于雾霾天气或粉尘环境下使用空气净化面罩。