CN107855001A - 一种光催化分解油烟的光导结构 - Google Patents

一种光催化分解油烟的光导结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种光催化分解油烟的光导结构，包括壳体、光源、透明隔板、反射镜和若干条侧向光导纤维，反射镜贴于壳体的侧壁设置，透明隔板设置于壳体内部，且与反射镜平行设置，透明隔板、反射镜和壳体内壁围成光催化分解区；侧向光导纤维的一端固定在透明隔板上，另一端固定在反射镜上；所述壳体的与反射镜相对的侧壁和透明隔板之间为光源区，光源区内设置有光源；透明隔板、反射镜和侧向光导纤维的表面涂覆有光催化剂层；壳体的两端分别设置有进口和出口，油烟通过进口进入光催化分解区，光源向透明隔板照射，光通过透明隔板进入侧向光导纤维中，涂覆的光催化剂在光的作用下对油烟进行降解。

Description

一种光催化分解油烟的光导结构
技术领域
本发明属于油烟净化技术领域，涉及一种光催化分解油烟的光导结构，其便于将紫外光传导至光催化剂，激发催化剂氧化分解经过催化剂表面的油烟。
背景技术
光催化氧化法是利用半导体纳米颗粒(如二氧化钛TiO2纳米颗粒)吸收高能光子产生电子空穴对，并进一步与水分子和氧气反应生成强氧化性的氢氧自由基(·OH)和超氧自由基(·O)。这些极活泼的自由基与纳米颗粒表面的有机物发生氧化反应，分解成小有机分子，经多次光催化氧化后最终分解成二氧化碳、水和矿物盐等。
光催化氧化法因其氧化分解有机物种类广，分解彻底，最终生成物对环境无害，已经逐步应用在废气、废水等高成本的污染处理上。目前餐饮业产生的油烟污染也逐渐有TiO2催化剂光催化分解油烟功能的大型组合式油烟过滤器应用。然而因光催化反应速率较慢，大油烟处理量情况下，需要的紫外光照射强度大，催化剂照射面积大，需要大量的灯壁外涂TiO2催化剂或负载有光催化剂的金属网的紫外灯阵列才能满足要求。易碎的紫外灯要求过滤器具有很高的抗震性，大大提高了设备成本，而当前作为主要紫外光源的汞灯寿命短，大量的紫外灯光要求频繁的更换，也大大提高了维护使用成本。因此，当前光催化氧化分解油烟成本高，体积庞大，难以推广到小餐厅以及普通家庭。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种光催化分解油烟的光导结构，将紫外光源直接引导到光催化剂，催化分解接触到光催化剂的油烟。
为了实现上述目的，本发明的技术方案为：
一种光催化分解油烟的光导结构，包括壳体、光源、透明隔板、反射镜和若干条侧向光导纤维，反射镜贴于壳体的侧壁设置，透明隔板设置于壳体内部，且与反射镜平行设置，透明隔板、反射镜和壳体内壁围成光催化分解区；
侧向光导纤维的一端固定在透明隔板上，另一端固定在反射镜上；
所述壳体的与反射镜相对的侧壁和透明隔板之间为光源区，光源区内设置有光源；
透明隔板、反射镜和侧向光导纤维的表面涂覆有光催化剂层；
壳体的两端分别设置有进口和出口，油烟通过进口进入光催化分解区，光源向透明隔板照射，光通过透明隔板进入侧向光导纤维中，涂覆的光催化剂在光的作用下对油烟进行降解。
侧向光导纤维增加了光催化剂接受光照的面积，反射镜的存在避免了光的损失，两者综合提高了紫外光源的利用效率，减少了紫外光源的数量，大大缩小了光催化分解油烟设备的体积。
优选的，所述侧向光导纤维的直径为0.1-2mm，优选为0.1-0.5mm。
优选的，侧向光导纤维的密度50-600条/cm2。光纤的密度应根据光纤的直径进行相应调整。
进一步优选的，侧向光导纤维的长度为5-20cm，优选为5-10cm，最优选为10cm。光导纤维的侧向发光强度随距离增大而衰减，10cm以内有较好的催化效率。
优选的，光催化剂为颗粒状光催化剂，颗粒的粒径为10-100nm，优选为30-80nm。
优选的，光催化分解区的风道长度为30-60cm。光催化分解区的风道即为油烟在光催化分解区流过的距离，当风道长度为30-60cm时，即可实现油烟较为彻底的降解，避免对环境造成污染。
优选的，所述光催化分解区的其他内壁区域均设置有光反射结构。用于对光进行反射，避免光的损耗，以提高光的利用率。
优选的，所述透明隔板为透明的石英板。
优选的，所述光催化分解区设置有若干个折流板，折流板的两个面均为反射面。
一种光催化分解油烟的光导结构，将上述的反射镜替换为第二透明隔板，第二透明隔板设置于壳体的内部，若干条侧向光导纤维连接在透明隔板和第二透明隔板之间；
透明隔板、第二透明隔板和壳体内壁围成光催化分解区，透明隔板和第二透明隔板与壳体的相对的两个侧壁之间分别为第一光源区和第二光源区，分别设置第一光源和第二光源；
透明隔板、第二透明隔板和侧向光导纤维的表面涂覆有光催化剂层；
壳体的两端分别设置有进口和出口。
优选的，所述侧向光导纤维的长度为20-40cm，优选为20-30cm。
优选的，光源为紫外光源。
进一步优选的，所述壳体的侧壁上设置有进风口，通过进风口向光源区通入空气，对光源进行冷却，同时将光源产生的臭氧携带至下游，对光降解后的油烟进行继续处理。
紫外光源在工作过程中容易产生臭氧，向光源区通入空气，将生成的臭氧携带至下游光催化分解区的油烟中，可以对油烟进一步处理。由于臭氧稳定性不高，很快分解成无毒的氧气，不会对环境造成危害。
光催化分解油烟的光导结构经过一段使用时间后，仅需要清水冲洗，除去粘附在光催化剂表面的油烟矿化物。经长期使用失去活性的光催化剂，仅需要清洗光纤再重新涂布光催化剂，或者直接更换新的光导结构即可。
本发明的有益效果为：
通过侧向光导纤维增加了光催化剂的接受光照面积，提高了紫外光源的利用效率，减少了紫外光源的数量，大大缩小了光催化分解油烟设备的体积，一方面显著降低了设备成本，另一方面降低了运行维护要求，提高了设备可靠性、性价比和竞争力，扩大了催化分解油烟的应用范围。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为紫外光导结构侧视图/油烟催化分解示意图；
图2为紫外光导结构俯视图；
图3为油烟排风负压区油烟分解光导结构示意图；
图4为油烟排风正压区油烟分解光导结构示意图。
其中，1.透明石英板，2.紫外光源，3.二氧化碳和水，4.侧向光导纤维，5.光催化剂层，6.铝反射镜，7.油烟分子，8.壳体，9.进风口，10.光催化分解区，11.油烟进口，12.风扇。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在为了满足催化剂接受光照的面积而设置大量紫外灯管导致的大体积、高成本，影响了油烟分解设备的小型化、家用化。为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种光导结构。
本申请的一种典型实施方式，提供了一种光导结构(如图1所示)，其一面为透明石英板1，其上固定可侧向导光的侧向光导纤维4，侧向光导纤维4另一端固定在铝反射镜16
上。透明石英板1、侧向光导纤维4以及铝反射镜6表面涂布光催化剂层5，紫外光源2透过透明石英板1进入侧向光导纤维4，侧向光导纤维4将光导向侧壁及末梢，并在末梢由铝反射镜6反射。光催化剂受光激发，生成高氧化性自由基，将油烟分子7催化分解为二氧化碳和水3。铝反射镜6可由透明石英板替代，并设置第二光源，对光催化分解区进行双面照射，提高光催化效果。
上述光导结构外侧由附有铝反射镜的壳体8包裹(图2)，壳体的光催化分解区11并有数道附有铝反射镜的折流板分割，延长油烟通过的路径。阵列的侧向光导纤维将一侧或上下侧的光源导入至光催化剂，激活光催化剂分解油烟。
本申请所述的侧向光导纤维4的材料为含氟亚克力、聚四氟乙烯、石英等透明材料，
以含氟亚克力为佳。光纤表面经处理，能够透射光源。
上述可侧向导光光纤长度为5-20cm，以10cm长为佳。如双侧光源，则长度可加倍。
上述可侧向导光光纤直径越小越好，实际以0.1-2mm为佳。
上述光导结构中油烟经过的长度不小于30cm。
上述光催化剂为二氧化钛，颗粒尺寸为10-100nm，以30-80nm为佳。激发光源波长不大于382nm。催化剂涂布在光纤表面后经70-100度烘烤0.5-2小时加固。
在具体实施中，紫外光源容易产生臭氧，而臭氧既是污染源，又是优良的氧化剂，有助于油烟的分解。因此光催化分解油烟的光导结构最佳安装位置在油烟排风的负压区，如图3所示，新鲜空气自进风口10穿过紫外光源2，即冷却光源，同时又将光源产生的臭氧带入油烟排风口，继续分解可能残余的油烟。臭氧稳定性不高，很快分解成无毒的氧气。油烟自油烟进口11经光催化分解区10催化分解成二氧化碳和水后排出。
如光催化分解油烟的光导结构安装位置在油烟排风的正压区，如图4所示，需对冷却空气加压。新鲜空气自进风口9经风扇12加压进入光源区，冷却光源并带出产生的臭氧，排入油烟排风口。油烟自油烟进口11经光催化分解区10催化分解成二氧化碳和水后排出。
模拟油烟分解实验证明，5-10mg/m3TVOC浓度的油烟经过20x20cm横截面，长度仅10cm的光纤阵列，300W紫外汞灯光照催化分解效率约为60-80％。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种光催化分解油烟的光导结构，其特征在于：包括壳体、光源、透明隔板、反射镜和若干条侧向光导纤维，反射镜贴于壳体的侧壁设置，透明隔板设置于壳体内部，且与反射镜平行设置，透明隔板、反射镜和壳体内壁围成光催化分解区；
侧向光导纤维的一端固定在透明隔板上，另一端固定在反射镜上；
所述壳体的与反射镜相对的侧壁和透明隔板之间为光源区，光源区内设置有光源；
透明隔板、反射镜和侧向光导纤维的表面涂覆有光催化剂层；
壳体的两端分别设置有进口和出口，油烟通过进口进入光催化分解区，光源向透明隔板照射，光通过透明隔板进入侧向光导纤维中，涂覆的光催化剂在光的作用下对油烟进行降解。
2.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：所述侧向光导纤维的直径为0.1-2mm，优选为0.1-0.5mm。
3.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：侧向光导纤维的数量为50-600条/cm2。
4.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：侧向光导纤维的长度为5-20cm，优选为5-10cm，最优选为10cm。
5.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：光催化剂为颗粒状光催化剂，颗粒的粒径为10-100nm，优选为30-80nm。
6.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：光催化分解区的风道长度为30-60cm。
7.根据权利要求1所述的光导结构，其特征在于：所述光催化分解区的其他内壁区域均设置有光反射结构；
优选的，所述光催化分解区设置有若干个折流板，折流板的两个面均为反射面。
8.一种光催化分解油烟的光导结构，其特征在于：将权利要求1中的反射镜替换为第二透明隔板，第二透明隔板设置于壳体的内部，若干条侧向光导纤维连接在透明隔板和第二透明隔板之间；
透明隔板、第二透明隔板和壳体内壁围成光催化分解区，透明隔板和第二透明隔板与壳体的相对的两个侧壁之间分别为第一光源区和第二光源区，分别设置第一光源和第二光源；
透明隔板、第二透明隔板和侧向光导纤维的表面涂覆有光催化剂层；
壳体的两端分别设置有进口和出口。
9.根据权利要求8所述的光导结构，其特征在于：所述侧向光导纤维的长度为20-40cm，优选为20-30cm。
10.根据权利要求8所述的光导结构，其特征在于：光源为紫外光源，所述壳体的侧壁上设置有进风口，通过进风口向光源区通入空气，对光源进行冷却，同时将光源产生的臭氧携带至下游，对光降解后的油烟进行继续处理。
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