CN107051189A - 空气清洗装置及其机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气清洗装置，涉及空气净化技术领域，该空气清洗装置包括光催化层、吸附层、紫外灯、风机，所述光催化层、所述吸附层依次设置在沿所述风机的气流路径上，所述光催化层的至少一部分表面设置有水膜。通过设置水膜，利用水膜对挥发性有机物的溶解作用，有效提高了有机物在催化剂表面的停留时间；进一步通过电解装置，处理未及时反应的溶解有污染物的废水，配合使用提高了挥发性有机物的转化率，同时解决了二次污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化技术领域，具体涉及一种利用水膜提高紫外线二氧化钛对挥发性有机物(VOC，volatile organic compounds)转化效率的空气清洗装置及使用该装置的空气清洗机器人。
背景技术
目前市售的空气净化器多是以多层过滤和活性炭吸附为主，例如市售的飞利浦AC4074和亚都KJG2104等都属于该种类型，多层过滤装置对于颗粒物具有较好的过滤作用，但对于甲醛的去除并无大的影响。而活性炭吸附装置虽然能吸附一定的甲醛，但其存在吸附饱和性，而且其本身仅能吸附有害物质，并不能分解和去除有害成分。
光触媒空气净化器是一种集高科技光触媒技术、紫外灯、高效过滤系统、颗粒状活性炭、叠层悬浮式滤筒、负离子等多项技术为一体的新型空气净化器。将光触媒，通常为具有光催化性能的半导体材料，如纳米二氧化钛涂布于基材表面，在光线的作用下，产生强烈催化降解功能，能有效地降解空气中有毒有害气体，能有效杀灭多种细菌，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理，同时还具备极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气等功能。虽然光触媒原理看似简单,但目前实际应用难以达到实验室水平。面临的主要问题有副产物不可控、紫外灯功率不足等问题。
此外，光触媒产品通常与活性炭配合使用，但活性炭的作用是有限的，当活性炭吸满有害气体后就失去了吸附能力，而室内污染物是长期释放的,因此活性炭材料不能循环利用，若不及时更换，还可造成二次污染，危害使用者的健康。
CN106196316A公开了一种空气净化器，采用喷嘴喷出蘑菇状花型喷泉，利用水膜对甲醛的吸收，净化了部分甲醛，提高了对污染物的降解和消毒分解作用。但并非在催化剂表面的水膜，因此净化作用仅为单纯的溶解吸收，实际作用并不明显。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种可循环使用的，具有高催化效率且有效防止二次污染的光触媒空气清洗装置。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种空气清洗装置，包括光催化层、吸附层、紫外灯和风机，所述光催化层、所述吸附层依次设置在沿所述风机的气流路径上，所述光催化层的至少一部分表面设置有水膜。
进一步地，还包括电解槽和高频电解装置，所述电解槽的位置由所述光催化层的位置限定，所述高频电解装置设置于所述电解槽中。
更进一步地，还包括臭氧发生器、微鼓泡装置和导管，所述微鼓泡装置设置于所述电解槽底部，通过所述导管与所述臭氧发生器连接。
更进一步地，还包括电解槽和电催化高级氧化装置，所述电解槽的位置由所述光催化层的位置限定，所述电催化高级氧化装置设置于所述电解槽中。
进一步地，还包括纳米布，所述纳米布设置于所述光催化层与所述吸附层之间和/或所述吸附层之后风机的气流路径上。
进一步地，所述光催化层为涂覆有纳米二氧化钛颗粒的铝基材料。
进一步地，所述纳米布的厚度为100-300nm。
进一步地，还包括水幕发生装置，所述水幕发生装置设置于所述光催化层之前的风机的气流路径上。
进一步地，所述紫外灯采用电流方向不变的交流电源。
进一步地，所述光催化层为涂覆有纳米二氧化钛的铝基材料。
本发明还提供一种采用上述空气清洗装置的空气清洗机器人。
进一步地，所述空气清洗机器人还包括控制器、驱动装置和传感器，所述传感器接收空气中的甲醛浓度信息，并发送到所述控制器；所述控制器根据接收到的所述甲醛浓度信息，向所述驱动装置发送移动指令。
进一步地，所述空气清洗机器人的启动工作方式，可以通过遥控器、线控器、集中控制器、Internet网络控制方式，也可以通过空气传感器感应到空气中的有害气体，存在时自动启动净化功能。
技术效果
1.光催化层表面设置水膜，利用水对挥发性有机物如甲醛等的溶解作用，有效提高了有机物在催化剂表面的停留时间。
2.使用非恒流电源驱动紫外光源，利用表面富集与扩散之间平衡所存在的驰豫现象，提高了催化反应的效率。
3.采用利用臭氧催化的高频电解，将未及时反应的溶解有污染物的废水处理掉，进一步提高了挥发性有机物的转化率，同时解决了二次污染的问题。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的一种优选实施方式中，空气清洗装置的结构示意图；
图2是图1实施例中紫外灯采用的交流电源的电压信号图；
图3是本发明的另一优选实施方式中，采用如图1结构空气清洗装置的空气清洗机器人的结构图。
图案标号：1、空气清洗部，2、风机，3、紫外灯，4、进风口，5、出风口，6、臭氧发生部，7、电解部，8、水幕发生装置，9、超声雾化装置；
101、光催化层，102、第一纳米布，103、吸附层，104、第二纳米布；
601、臭氧发生器，602、导管，603、微鼓泡器
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例1空气清洗装置
如图1所示，本实施例给出了一种空气清洗装置，包括空气清洗部1、风机2、紫外灯3、进风口4、出风口5、臭氧发生部6、电解部7、花洒8、超声雾化装置9组成，该空气清洗部1由光催化层(光触媒)101、第一纳米布102、吸附层103、第二纳米布104组成，沿风机2的气流方向依次设置。其中光触媒101由涂覆有二氧化钛的铝基材料制成，对紫外线下的有机物分解反应具有强烈的催化作用，此外紫外线本身具有杀菌作用。理想情况下，光催化反应产物为水和二氧化碳，由于纳米二氧化钛在紫外灯3下为超亲水状态，因此，通常生成的水将停留在光触媒101表面形成水膜，但由于气流强烈而反应速率较慢，普通的空气净化装置中该水膜基本无法保持。在本实施的空气清洗装置中，我们通过安装在光催化层101下方的超声雾化装置9，将空气清洗装置底部预先加入的水通过超声雾化打散为微米级的小水滴，该水滴将沿气流方向到达纳米二氧化钛表面，由于该表面的超亲水特性，水滴在光触媒101表面铺展为水膜。此时，带有甲醛等水溶性有机物的空气在经过光触媒101时，将首先溶解于表面的水膜中，由于有机物的分解反应通常发生在光触媒101的界面处，因此，采用水膜结构不仅有利于提高界面富集的甲醛浓度，同时提高了甲醛在界面处的停留时间以及分解后的动力学行为速率，极大地提升了该空气清洗装置的转换效率。
第一纳米布102及第二纳米布104孔径选用100-300nm，纳米布是运用了纳米技术的布料，结构表面覆有一层疏水物质，这层物质能够使布料上的水直接滑落,有防水作用。将纳米布设置于吸附层103的两侧，有利于防止水汽进入吸附层103，从而降低活性炭的吸附效率。第一纳米布102还可将水汽阻挡在吸附层103外部，聚集或冷凝为水滴并回落至该装置底部的容器(即电解槽)，形成水的循环。
本实施例中的空气清洗装置底部的电解槽中还设置有电解部7，该电解部7通常采用工频或高频电解装置，本实施例中采用高频脉冲电解，频率范围在10-30kHz。如上所述，富余的水汽在纳米二氧化钛及纳米布表面聚集或冷凝为水滴，进而落入空气清洗装置底部时，由于光触媒催化的有机物分解反应通常反应速率较缓慢，该水滴中依旧溶有一定量的未反应的甲醛等水溶性有机物，通过高频电解或电催化高级氧化反应，可将这部分未反应的挥发性有机物转换为对人体无害的水和二氧化碳，防止了未反应的挥发性有机物无法被吸附层103吸收或吸附饱和后二次污染的问题。此外，进风口4处还设置有臭氧发生装置601，产生的臭氧经导管602导入鼓泡器603处，该鼓泡器可产生极微小的气泡，提高臭氧气泡的比表面积，从而提高臭氧与水的接触面积，提高臭氧对于电解反应的催化作用。此外，超声雾化装置9的下方还设置有喷菇状花洒，即水幕发生装置8，用以产生水幕，生成的水幕可以在空气气流到达催化层之前吸收空气中的可溶性有机物，并带落至电解槽中进行电解，形成第二路水循环，辅助吸收空气中的可溶性有机物。此外，紫外灯3采用如图2所示偏置后的交流电电压信号驱动，界面反应受反应原料和产物的扩散行为影响，反应进行时，表面产物浓度较高，对于可逆反应，若要使得反应进一步进行，需要将反应产物扩散出去，从而提高反应进行的速率。采用交流信号驱动，通过紫外灯3光强的周期性调整实现了反应速率的周期性驰豫，利于在催化剂界面处产生更高的浓度梯度，根据菲克扩散定律，扩散的速率正比于扩散的浓度梯度，提高了扩散的速率，从而提高了界面反应的反应速率。
在本发明的另一较优实施例中，还可将电解装置替换为高级电氧化装置，利用电催化下的高级氧化反应，降低溶有有机物的废水的化学需氧量COD(Chemical OxygenDemand)。
实施例2空气清洗机器人
上述的空气清洗装置可根据实际情况选择不同的大小、部件，对于化工厂房、新建的大型建筑等污染较严重的场所可选用大功率的空气清洗装置，而日常家用只需配以小型装置。
本实施例提供了一种采用小型空气清洗装置的空气清洗机器人，利用传感器与路径判断技术联用的方法，最大化空气清洗装置的工作效率。实际工作中，通过传感器对吸入空气的挥发性有机物浓度进行实时监测，上传至控制器以判断挥发性有机物浓度是否达标，从而决定该区域是否需要进一步的净化处理，如浓度未达标，则使该机器人保持静止直至达标；如空气VOC浓度达标，则控制器向驱动装置发出指令进行移动，同时目前所处的位置、时间、浓度记录在数据库中。驱动装置根据指令移动固定距离，重新测试VOC浓度，重复上述步骤，直至数据库中设定路径上所有位置的VOC浓度均达到指标要求时，关闭机器人，回起始位置进行充电操作。该机器人可以通过空气传感器感应启动，当空气中的有害气体浓度升高到一定浓度以上时，自动启动该空气清洗机器人。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种空气清洗装置，其特征在于，包括光催化层、吸附层、紫外灯和风机，所述光催化层、所述吸附层依次设置在沿所述风机的气流路径上，所述光催化层的至少一部分表面设置有水膜。
2.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，还包括电解槽和高频电解装置，所述电解槽的位置由所述光催化层的位置限定，所述高频电解装置设置于所述电解槽中。
3.如权利要求2所述的空气清洗装置，其特征在于，还包括臭氧发生器、微鼓泡装置和导管，所述微鼓泡装置设置于所述电解槽底部，通过所述导管与所述臭氧发生器连接。
4.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，还包括电解槽和电催化高级氧化装置，所述电解槽的位置由所述光催化层的位置限定，所述电催化高级氧化装置设置于所述电解槽中。
5.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，还包括纳米布，所述纳米布设置于所述光催化层与所述吸附层之间和/或所述吸附层之后所述风机的气流路径上。
6.如权利要求5所述的空气清洗装置，其特征在于，所述纳米布的厚度为100-300nm。
7.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，还包括水幕发生装置，所述水幕发生装置设置于所述光催化层之前所述风机的气流路径上。
8.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，所述光催化层为涂覆有纳米二氧化钛的铝基材料。
9.如权利要求1所述的空气清洗装置，其特征在于，所述紫外灯采用交流电源。
10.一种采用如权利要求1所述空气清洗装置的空气清洗机器人。
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