CN106731577B - 一种挥发性有机污染物的空气净化装置 - Google Patents

一种挥发性有机污染物的空气净化装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种挥发性有机污染物的空气净化装置，包括壳体和依次设置于壳体内的低温等离子体发生器、催化板和风机；其中，低温等离子体发生器和风机分别与电源和控制器连接，低温等离子体发生器与电源之间设有与控制器连接的电流采样模块，控制器分别通过电压控制器、风量控制器与低温等离子体发生器和风机连接，以使低温等离子体发生器和风机同步运行。本发明挥发性有机污染物空气净化装置具有结构小巧、去除率高、净化效果好、适用范围广、生产成本低等优点，因此具有良好的推广应用价值。

Description

一种挥发性有机污染物的空气净化装置
技术领域
本发明属于挥发性有机污染物VOCs的吸附处理技术领域，具体涉及一种挥发性有机污染物的空气净化装置。
背景技术
室内空气中的挥发性有机化合物、微生物是呼吸道疾病和外伤感染的重要元凶，空气中的可吸入颗粒物也是呼吸道疾病的致病和传播的重要途径。而且，目前房屋装修所用的装修材料释放的苯、甲醛等挥发性有机气体对人体的毒害十分严重。因此，通过空气净化消毒，特别是公共室内的空气净化消毒，对于预防各种疾病的传播，提高人们的生活环境质量具有十分重要的意义。而室内空气的净化可以通过室内外空气的对流和交换来完成，但在空气流通不好的室内，空气的净化需要借助空气净化器来完成。
为解决挥发性有机污染物VOCs的危害，上海交通大学硕士学位论文《负载型双金属复合氧化物臭氧辅助催化降解低浓度甲醛的性能研究》第三章“Co-MnOx/ZSM-5催化臭氧化降解低浓度甲醛”中提及使用硝酸钴和硝酸锰摩尔比1:1配比，加入质量比5％ZSM-5分子筛负载于蜂窝陶瓷上500℃烧制成的催化板，配合约10mg/h两小时3m3密闭舱臭氧累计量2290ppb的臭氧产生量，60m3/h风量，两小时3m3密闭舱室内将初始浓度1.07ppm的甲醛降至0.44ppm，臭氧浓度在60ppb左右。以及上海交通大学博士学位论文《等离子体耦合催化去除挥发性有机物的研究》第五章“符合金属氧化物耦合高压静电场去除室内VOCs的实验研究”中提及321ppb臭氧配合硝酸钴和硝酸锰Co/Mn摩尔比1:1，质量比5％ZSM-5分子筛，500℃烧制的催化板，60m3/h风量下，六小时3m3密闭舱室内将初始浓度0.9ppm的甲醛去除95％，Co/Mn摩尔比1:4甲醛去除80％，臭氧浓度保持在30ppb以下。
然而在实际使用过程中发现，采用上述两种净化挥发性有机污染物VOCs的技术方案依然存在如下技术问题：1、上述两篇论文使用的是同一试验台架，臭氧发生源均为高压静电场，高压静电场正常工作时产生的臭氧量较小，不能满足耦合催化板明显降解甲醛的能力；只有当其尺寸足够大，或者电压提高到一定量，或者放电间隙减小到一定距离，放电击穿间隙中氧气，产生明显拉弧现象时，才会放出大量的臭氧，但此时也会电离氮气，产生大量的氮氧化物。根据已有文献，此类型催化剂对氮氧化物无明显去除作用，且氮氧化物扩散到空气中会对人体有明显危害，电场拉弧也会对其他电器产生相应的电磁干扰，因此高压静电作为臭氧发生源不适合；2、上述两篇论文中均使用到了ZSM-5分子筛，目前此分子筛价格较高，平均100g售价70元人民币左右，大规模投入使用成本较高；3文中指出3min内能循环一次仓内空气，即通过风量为60m3/h，此情况下如此大的风量在如此狭小风道中通过必定会产生较大的噪音，如果为减小噪音来减小风量也不一定能保证足够的甲醛去除效果；4上述两篇论文中虽未明确说明，但可推算其整体尺寸较大，整体长宽高约有0.5*0.15*0.15m3，缩小尺寸仍会影响其甲醛的去除效率；5上述两篇论文没有说明此净化模块对其他VOCs比如苯及苯系物的去除效果。
发明内容
本发明为解决现有技术中的上述问题，提出一种使用方便、VOCs去除率高、净化效果好且生产成本低的挥发性有机污染物的空气净化装置。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种挥发性有机污染物的空气净化装置，包括壳体1和依次设置于所述壳体1内的低温等离子体发生器4、催化板5和风机6；其中，所述低温等离子体发生器4和所述风机6分别与电源7和控制器8连接，所述低温等离子体发生器4与所述电源7之间设有与所述控制器8连接的电流采样模块9，所述控制器8分别通过电压控制器10、风量控制器11与所述低温等离子体发生器4和风机6连接，以使所述低温等离子体发生器4和风机6同步运行。
进一步地，所述低温等离子体发生器4采用选用5mg/h臭氧产生量的日本奥奈特生产的低温等离子体模块作为臭氧发生源。
进一步地，所述催化板5采用硝酸钴和四水乙酸锰试剂按Mn/Co摩尔比3:1配比溶液，选用400目、孔径1mm、吸水率25％的催化板进行浸渍，烘干后于400℃烧制成催化板。
进一步地，所述风机6采用尺寸为Φ72mm*30mm、转速为3800r/min、风量为0-19m3/h的风机。
进一步地，所述壳体1一端的进风口2朝上设置形成上方进风的结构；所述壳体1另一端的出风口3为喇叭状并呈水平出风的结构设置。
进一步地，所述进风口2和出风口3处分别设有蜂窝状过滤棉。
进一步地，所述低温等离子体发生器4设置于所述管道1一端的进风口2下方。
进一步地，所述低温等离子体发生器4、控制器8、电压控制器10和风量控制器11分别设置于不锈钢屏蔽罩内。
进一步地，所述低温等离子体发生器4和/或风机6为3线制，所述电压控制器10和风量控制器11均采用PMW波形控制方式。
进一步地，还包括设置于所述壳体1上的电源插头、空气质量指示灯和开关，所述电源插头与电源7连接，所述空气质量指示灯和开关与所述控制器8连接。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的挥发性有机污染物的空气净化装置，通过选用合适的臭氧发生装置，使其具有适宜的稳定的臭氧发生量，不至于过高使得催化板难以控制导致泄漏有害物质危害健康，也不至于过低而无法去除足够的VOCs甲醛及苯等；通过改变制备催化剂选用的原材料，制备工艺，选用合适的催化板载体，以达到不使用ZSM-5分子筛，VOCs去除效率足够的目的；选择合适的催化板目数，孔径与风机的搭配，并调整风道结构，使得净化装置有合理的换风量及较小的噪音，提高VOCs去除效率；本发明的空气净化装置，减小了整个净化装置整体尺寸，使用更加灵活方便，具有VOCs去除率高、净化效果好、使用范围广以及生产成本等有益效果，具有良好的推广应用价值和社会经济效益。
附图说明
图1为本发明一种挥发性有机污染物的空气净化装置的整体结构示意图；
图2为本发明一种挥发性有机污染物的空气净化装置的电气结构示意图；
其中，1-壳体，2-进风口，3-出风口，4-低温等离子体发生器，5-催化板，6-风机，7-电源，8-控制器，9-电流采样模块，10-电压控制器，11-风量控制器。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
如图1-2所示，本发明实施例提供了一种挥发性有机污染物的空气净化装置，包括壳体1和依次设置于壳体1内的低温等离子体发生器4、催化板5和风机6；其中，低温等离子体发生器4和风机6分别与电源7和控制器8连接，低温等离子体发生器4与电源7之间设有与控制器8连接的电流采样模块9，控制器8分别通过电压控制器10、风量控制器11与低温等离子体发生器4和风机6连接，以使低温等离子体发生器4和风机6同步运行。
该空气净化装置技术原理为：具体如图2所示，通过控制器8和电流采样模块9实时检测低温等离子体工作状态，再通过电压控制器10实现等离子体分解成分的筛选，根据检测到的状态分别控制低温等离子体和风机的工作。经过测试空气中氮气和氧气分解所需的能量不同，氮气需要900KJ/MOLE，氧气为400KJ/MOLE，只要通过控制器8和电流采样模块9监控低温等离子体发生器4的工作电流并控制住适当电压，以避免氮气分解，产生二次污染。同时为针对电解发生时，所产生的电子雪崩效应牵连到氮气，所以在雪崩发生时必须加快流速，通过设置风量控制器8用以调整风机3的风量让空气快速流过，从而减少氮气分解。
于上述技术方案的基础上，低温等离子体发生器4采用选用5mg/h臭氧产生量的日本奥奈特生产的低温等离子体模块作为臭氧发生源。所采用的模块产生纯净度99％以上的臭氧，且不产生氮氧化物。与上述所采用的电子变频控制技术相结合，可稳定产生污染物所需要的臭氧量，而非单纯依赖低温等离子体的臭氧发生量，提高了挥发性有机污染物的去除率，取得了优异的净化效果好。
于上述技术方案的基础上，催化板5采用硝酸钴和四水乙酸锰试剂按Mn/Co摩尔比3:1配比溶液，选用400目、孔径1mm、吸水率25％的催化板进行浸渍，烘干后于400℃烧制成催化板。
于上述技术方案的基础上，风机6采用尺寸为Φ72mm*30mm、转速为3800r/min、风量为0-19m3/h的风机，与催化板进行搭配。在壳体1一端的进风口2朝上设置形成上方进风的结构，将壳体1另一端的出风口3设置为喇叭状扩口设计，气流水平出风。该空气净化装置将设备进气流线方向由前端进风，尾端上部出风变为前端上方进风，尾端出风结构布置，可有效增强臭氧与来流空气的混合度，增加催化臭氧化祛除VOCs的效率。
于上述技术方案的基础上，在进风口2和出风口3处分别设有蜂窝状过滤棉，有效过滤毛发和食物碎屑，避免大颗粒进入，还能防溅水，降噪。
于上述技术方案的基础上，为保证用户所处环境中其他设备或系统不受电磁干扰，低温等离子体发生器4、控制器8、电压控制器10和风量控制器11分别设置于不锈钢屏蔽罩内，该空气净化装置对相关零部件(PCB板及低温等离子)的EMC进行了电线传导及屏蔽传输的优化设计，使本空气净化装置的电子电器性能满足相关安全标准。
于上述技术方案的基础上，低温等离子体发生器4和/或风机6为3线制，电压控制器10和风量控制器11均采用PMW波形控制方式，用于调整低温等离子体发生器4的臭氧发生量和风机6的风量，使得离子体发生器4和风机6协同运行，以避免氮气分解，产生二次污染。
于上述技术方案的基础上，还包括设置于壳体1上的电源插头、空气质量指示灯和开关，电源插头与电源7连接，空气质量指示灯和开关与控制器8连接，优选开关采用薄膜电源开关。
性能测试：
测试1：甲醛，参照GBT 18801-2015空气净化器，依据试验条件，在3立方米的试验舱内，选择甲醛参数对本发明的空气净化装置进行性能测试，具体测试结果如下表1所示：
表1对挥发性有机污染物甲醛的净化结果
测试2：苯，参照GBT 18801-2015空气净化器，依据试验条件，在3立方米的试验舱内，选择甲醛参数对本发明的空气净化装置进行性能测试，具体测试结果如下表2所示：
表2对挥发性有机污染物苯的净化结果
测试3：除菌效果，参照GBT 21551.3-2010家用和类似用途电器的抗菌、除菌、净化功能空气净化器的特殊要求，进行除菌效果测试，具体测试所采用的试验条件和测试结果如下表3和4所示：
表3菌种及试验舱的选择
表4除菌的净化结果
测试4：臭氧积累，参照GBT 18801-2015空气净化器，依据试验条件，在3立方米的试验舱内，选择臭氧参数对本发明的空气净化装置进行性能测试，具体测试结果如下表5所示：
表5对臭氧积累测试的结果
由上述各测试结果可知，采用本发明的挥发性有机污染物的空气净化装置可有效去除甲醛、苯等有机污染物，净化效果可达80％以上；采用金黄色葡萄球菌进行的除菌测试，除菌率达到85.92％；在使用过程中，可使空间内的臭氧含量在0.010mg/m3上，进一步提高了对挥发性有机污染物的且去除效果。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (8)

1.一种挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，包括壳体(1)和依次设置于所述壳体(1)内的低温等离子体发生器(4)、催化板(5)和风机(6)；其中，所述低温等离子体发生器(4)和所述风机(6)分别与电源(7)和控制器(8)连接，所述低温等离子体发生器(4)与所述电源(7)之间设有与所述控制器(8)连接的电流采样模块(9)，所述控制器(8)分别通过电压控制器(10)、风量控制器(11)与所述低温等离子体发生器(4)和风机(6)连接，以使所述低温等离子体发生器(4)和风机(6)同步运行；
其中，所述催化板(5)采用硝酸钴和四水乙酸锰试剂按Mn/Co摩尔比3:1配比溶液，选用400目、孔径1mm、吸水率25％的催化板进行浸渍，烘干后于400℃烧制成催化板。
2.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述低温等离子体发生器(4)采用选用5mg/h臭氧产生量的日本奥奈特生产的低温等离子体模块作为臭氧发生源。
3.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述风机(6)尺寸为Φ72mm*30mm、转速为3800r/min、风量为0-19m3/h。
4.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述壳体(1)一端的进风口(2)朝上设置形成上方进风的结构；所述壳体(1)另一端的出风口(3)为喇叭状并呈水平出风的结构设置。
5.根据权利要求4所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述进风口(2)和出风口(3)处分别设有蜂窝状过滤棉。
6.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述低温等离子体发生器(4)、控制器(8)、电压控制器(10)和风量控制器(11)分别设置于不锈钢屏蔽罩内。
7.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，所述低温等离子体发生器(4)和/或风机(6)为3线制，所述电压控制器(10)和风量控制器(11)均采用PMW波形控制方式。
8.根据权利要求1所述的挥发性有机污染物的空气净化装置，其特征在于，还包括设置于所述壳体(1)上的电源插头、空气质量指示灯和开关，所述电源插头与电源(7)连接，所述空气质量指示灯和开关与所述控制器(8)连接。
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