CN106512722A - 一种光催化空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化空气净化器，包括壳体、设在所述壳体上的进风口和出风口、在所述进风口和所述出风口之间形成的空气通道、设于所述空气通道中的光催化组件；所述光催化组件包括光源、设于所述光源周围的载体、以及负载在所述载体上的光催化活成分；所述载体为光透明多孔材料。具有可利用多种光源且光利用率高、同时对产生光源的电（热）能进行利用以进一步促进对光能的利用的特点。

Description

一种光催化空气净化器
技术领域
本发明涉及空气调节器安装技术领域，具体涉及一种空气调节器的辅助安装结构。
背景技术
随着生活水平的提高和现代化进程的加速，空气污染日益受到人们的重视，在汽车尾气、家庭装修等常产生的气体污染物有如甲醛、甲苯、二甲苯等的有机污染物以及如NOx、SO2、H2S、NH3等的无机污染物，严重影响空气环境，对人的身体健康造成威胁。当这种威胁逐渐得到重视时，各式空气净化设备逐见于市。现有气体中有机和无机污染物的净化主要采用吸附、吸收和等离子体放电或光催化的方法。现有光催化方法所用的光催化剂采用可弯曲性多孔材料，如有机树脂、有机或无机橡胶、或有机纤维（JP 2014-124630）。现有技术利用活性炭和光催化剂组合的反应管来净化有机污染物（JP 2016-101187）。现有技术采用紫外线LED和光催化剂来实现污染物净化（JP 2010-279462）。上述技术方案可净化空气中的污染物，然而其净化效果不佳。为提高净化效果，中国专利201310584299.5提供了一种立体式光催化空气净化器，包括壳体，壳体具有进风口、出风口和连通所述进、出风口的、封闭式的空气净化通道，空气净化通道中设有至少一级光催化组件，所述光催化组件包括催化剂板、催化剂板上设有光催化剂，所述催化剂板为吸附性孔板。上述技术方案，通过多级光催化组件的设置，提高了空气净化处理的效率。
然而上述技术方案还存在着一下问题：1）无法高效利用光能、对于除紫外光外的其他光源无法利用或利用率低；2）无法利用为产生光能输入的电（热）能。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的光能、电（热）能利用率低等问题，从而提供一种可利用多种光源且光利用率高、同时对产生光源的电（热）能进行利用以进一步促进对光能的利用的光催化空气净化器。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
一种光催化空气净化器，包括壳体、设在所述壳体上的进风口和出风口、在所述进风口和所述出风口之间形成的空气通道、设于所述空气通道中的光催化组件；所述光催化组件包括光源、设于所述光源周围的载体、以及负载在所述载体上的光催化活成分；所述载体为光透明多孔材料。
在本技术方案中，发明者经过大量的实验，发现现有技术的空气净化设备的净化效率低是由于其在光催化时光催化活性成分仅吸收了其中小部分的光能量，且利用电能来产生光的能量效率低，电能没有被有效利用。鉴于目前技术状况，本技术方案通过利用具有光通过特性的材料做载体，把光催化活性成分负载在光可以通过的载体材料上，再把光源放在负载有光催化活性成分载体的内部，使光源产生的光全部被光催化活性成分吸收；同时，光源的电能损耗变成的热能可以全部被负载有光催化活性成分的载体吸收。
作为上述技术方案的优选，所述载体包括载体容器和负载在所述载体容器上的多孔二氧化硅球或多孔玻璃球的一种或多种。
由现有技术可知，光催化活成分往往对应着较低的结晶度，限制了光催化活性的提高；为此，本技术方案中将光催化活成分负载在多孔二氧化硅球或多孔玻璃球上，以通过提高载体物比表面积的方式提高光催化活成分的光催化活性。与此同时，光催化空气净化器的光能由电能提供，电能在转化成光能的同时产生热量，壳体内部的温度升高，光催化活成分温度变化从内部界面开始，随着温度的升高，向外部扩展至表面，而当光催化活成分负载在多孔二氧化硅或多孔玻璃球上时，多孔二氧化硅或多孔玻璃球同可阻碍光催化活成分的团聚、并提高自身的温度，利于光催化活成分的吸收光能。
进一步的，光催化活成分的价带电子跃迁到导带后在催化剂表面形成空穴和电子，将有机污染物和/或无机污染物氧化至最终产物，多孔二氧化硅球或多孔玻璃球可作为这一氧化反应的催化剂载体，同时利用电能转化成光能时产生的热量，促进了这一催化效果，利于空气净化效果。
作为上述技术方案的优选，所述多孔二氧化硅球或所述多孔玻璃球的颗粒直径为1.5~2.5mm、且孔径为1nm~1000μm。
作为上述技术方案的优选，所述多孔二氧化硅球或所述多孔玻璃球的孔径为400~800nm；且所述多孔二氧化硅球或所述多孔玻璃球的孔隙率为35~40%。
在本技术方案中，当多孔二氧化硅球或多孔玻璃球的孔径为400~800nm以及孔隙率为35~40%时，多孔二氧化硅或多孔玻璃球的自然光的平均反射率仅为0.5~0.7%左右，同时当颗粒直径在1.5~2.5mm时可获得最优的移动光子带隙位置；从而进一步避免了载体吸收光能或发射光能，影响了光催化活成分对光能的吸收。
作为上述技术方案的优选，所述光催化活成分包括TiO2、SnO2、ZnO、PbO2、WO3、ZrO2、SrTiO3、Fe2O3、CdS中的一种或多种；所述光催化活成分负载于所述光透明多孔球的外表面和/或内表面上。
作为上述技术方案的优选，所述光催化组件还包括负载在所述多孔光透明球外表面和/或内表面上的金属催化剂，所述金属催化剂包括Au、Ag、Ru、Rn、Pd、Os、Ir、Pt的一种或多种。
在本技术方案中，贵金属沉积在作为载体的多孔光透明球外表面和/或内表面可提高有机物完全氧化成CO2的效果。
作为上述技术方案的优选，所述光催化组件还包括负载在所述多孔光透明球外表面和/或内表面上的臭氧分解催化剂，所述臭氧分解催化剂包括MnO2、CeO2、MgO、Cu2O、Cr2O3、Ni2O的一种或多种。
在本技术方案中，发明者发现，当光源过强或气体洁净时会产生臭氧污染物。通过在光可以通过的载体材料上同时负载能催化臭氧分解的催化剂（如MnO2），可以在不产生臭氧下高效净化气体中的有机物（如甲醛），并把甲醛氧化成无害的CO2。
作为上述技术方案的优选，所述多孔光透明球的外部形状为球形、椭球形、立方形的一种或多种。
作为上述技术方案的优选，所述载体还包括负载在所述载体板上辅助多孔材料，所述辅助多孔材料包括活性炭、陶瓷多孔材料、硅藻土、分子筛的一种或多种。
作为上述技术方案的优选，所述光源包括发光波长范围100~400nm区域的紫外光、400~700nm区域的可见光或700~2000nm区域的红外光的一种或多种混合光。
本技术方案中的光催化组件不仅可适用于紫外光，进一步具有可见光、红外光响应的特性，提高了对光能的利用率。
综上所述，本技术方案的一种光催化空气净化器具有：
1）高效利用光能，同时可有效利用除紫外光外的其他光源如可见光和红外光；
2）利用为产生光能输入的电（热）能。
附图说明
图1是本发明实施例的光催化空气净化器的一种示意图；
图2是本发明实施例的光催化组件的一种示意图；
图3是本发明光催化空气净化器的甲醛去除效果比较图；
图4是本发明光催化空气净化器的甲醛氧化产物CO2的选择性效果比较图；
图中：1-光源、2-载体、3-初效过滤层、4-高效过滤层、5-风机。
具体实施方式
下面结合附图以及优选的方案对本发明做进一步详细的说明。
实施例：如图1所示的一种光催化空气净化器，包括壳体，设置在壳体上的进气口和出气口，以及依次设置在壳体内的初效过滤层3、高效过滤层4、光催化组件、风机5；壳体内的进气口和出气口之间形成空气通道。
光催化组件包括光源1、设于光源1周围的载体2、以及负载在载体2上的光催化活成分，在本实施例中，载体2位于光源1的前后两侧（此处，前侧指靠近进气口一侧、后侧指靠近出气口一侧）。在本实施例中，光源1通过9个如图2所示的紫外LED灯提供的发光波长范围100~400nm区域的紫外光，9个紫外LED灯阵列排布。在其他实施例中，光源1还可以是发光波长范围400~700nm区域的可见光或700~2000nm区域的红外光的一种或多种混合光。
载体2是光透明多孔材料，包括载体容器和负载在载体容器上的多孔光透明球，载体容器可以是透气性网，多孔光透明球可以是多孔二氧化硅球或多孔玻璃球、也可以是二者的混合。本实施例中采用球形二氧化硅球，其颗粒直径为1.5~2.5mm、孔径为1nm~1000μm、孔隙率为35~40%，在进一步的实施例中，二氧化硅球的孔径在400~800nm范围中。在其他实施例中，二氧化硅球外表面形成的空间形状还可以是椭球形或立方形，或者三种形状的二氧化硅球的混合。负载在二氧化硅球的外表面和/或内表面上的光催化活成分包括TiO2、SnO2、ZnO、PbO2、WO3、ZrO2、SrTiO3、Fe2O3、CdS中的一种或多种。
在其他实施例中，光催化活成分可以与金属催化剂混合使用，通过将金属催化剂负载在二氧化硅球外表面和/或内表面上，以促进光催化效果。金属催化剂包括Au、Ag、Ru、Rn、Pd、Os、Ir、Pt的一种或多种。
在其他实施例中，光催化活成分可以与臭氧分解催化剂混合使用，通过将臭氧分解催化剂负载在多孔光透明球外表面和/或内表面上，以促进光催化效果。臭氧分解催化剂包括MnO2、CeO2、MgO、Cu2O、Cr2O3、Ni2O的一种或多种。
在其他实施例中，多孔光透明球可以与辅助多孔材料混合使用，通过将辅助多孔材料负载在载体板上，辅助多孔材料包括活性炭、陶瓷多孔材料、硅藻土、分子筛的一种或多种。
通过上述结构的设置，本技术方案的一种光催化空气净化器相较于现有技术的光催化空气净化器的甲醛去除效果和甲醛氧化产物的选择性比较结果如图3和4所示。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种光催化空气净化器，包括设有进气口和出气口的壳体、空气通道、设于所述空气通道中的光催化组件；其特征在于：所述光催化组件包括光源（1）、设于所述光源（1）周围的载体（2）、以及负载在所述载体（2）上的光催化活成分；所述载体（2）为光透明多孔材料。
2.根据权利要求1所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述载体（2）包括载体容器和负载在所述载体容器上的多孔光透明球，所述多孔光透明球包括多孔二氧化硅球或多孔玻璃球的一种或组合。
3.根据权利要求2所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述多孔光透明球的颗粒直径为1.5~2.5mm、孔径为1nm~1000μm。
4.根据权利要求3所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述多孔光透明球的孔径为400~800nm、孔隙率为35~40%。
5.根据权利要求1所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述光催化活成分包括TiO2、SnO2、ZnO、PbO2、WO3、ZrO2、SrTiO3、Fe2O3、CdS中的一种或多种；所述光催化活成分负载于所述光透明多孔球的外表面和/或内表面上。
6.根据权利要求5所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述光催化组件还包括负载在所述多孔光透明球外表面和/或内表面上的金属催化剂，所述金属催化剂包括Au、Ag、Ru、Rn、Pd、Os、Ir、Pt的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述光催化组件还包括负载在所述多孔光透明球外表面和/或内表面上的臭氧分解催化剂，所述臭氧分解催化剂包括MnO2、CeO2、MgO、Cu2O、Cr2O3、Ni2O的一种或多种。
8.根据权利要求2或3或4所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述多孔光透明球的外部形状为球形、椭球形、立方形的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述载体（2）还包括负载在所述载体板上辅助多孔材料，所述辅助多孔材料包括活性炭、陶瓷多孔材料、硅藻土、分子筛的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种光催化空气净化器，其特征在于：所述光源包括发光波长范围100~400nm区域的紫外光、400~700nm区域的可见光或700~2000nm区域的红外光的一种或多种混合光。
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