CN108414671A - 气敏性能测试和光催化降解评价联用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，气体容纳腔顶部设置一光源，底座内部设有一输气通道，输气通道连接至少一个设置于气体容纳腔底部的输气口，输气口下方的输气通道上设有混气部件，气体容纳腔内的底部设有至少一个气敏元件插槽，气敏元件插槽中插入有气敏元件，气敏元件插槽上方且在气敏元件插槽与光源之间设有遮光板，遮光板上方，且正对光源设置光催化部件；底座内装有与光源、气敏元件电连接的控制器，控制器在底座上设置有交互界面，用于向控制器输入信号；控制器根据交互界面的输入信号来控制光源的启闭以及控制所述气敏元件与外界电路的连通或关断，实现有机污染物浓度和光降解性能的同步监测和评价，并且可选择特定测试模式。

Description

气敏性能测试和光催化降解评价联用装置

技术领域

本发明涉及一种环保的气敏性能测试和光催化降解，具体涉及一种基于多功能半导体的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置。

背景技术

据报道，93.6％的新车空气污染严重超标，90％的新居装修及新家具甲醛及苯系物测试超标，室内空气污染物如甲醛、苯系物、VOC等已成为人类健康生活的隐形杀手，因此，室内及车内等密闭空间内污染气体的检测与治理日益引起人们的重视。在日常生活中，人类80%以上的时间是在室内度过的，特别是城市人口在室内度过的时间甚至超过了90%，室内空气污染已成为人类健康生活的隐形杀手。除了建筑、装修材料产生刺激性强的污染外，饲养宠物、烹饪的油烟以及生活用品、生活垃圾等都会产生有害气体，这些室内低浓度污染会在不知不觉中给家人健康带来极大伤害。近年来，上海、江苏、吉林等地陆续有中小学生因新校舍甲醛含量超标而集体中毒，引起极大的社会反响。随着人们环保健康意识的逐渐增强，室内空气治理也引起越来越广泛的社会关注，基于此，众多空气治理研究和相关企业应运而生。

目前治理方法主要有遮蔽、吸附、熏蒸、臭氧、清除剂、负离子空气净化器等。遮蔽是指空气清新剂等，本身有香味，不能去除污染，仅遮蔽原来味道。吸附主要是指用多孔大比表面积材料对污染物进行吸附，如活性炭，硅藻泥等，但存在易饱和，不能重复利用等缺点导致效果甚微。熏蒸、臭氧、ClO₂等只能去除表面，而污染的特点是缓慢长期释放，所以不能有效去除，只能解一时之急。光催化，通过把光能转换成化学能，氧化分解污染物和细菌病毒等，能长效作用，是去除室内污染的理想方法。负离子空气净化器，对PM2.5等物理污染效果显著，但对装修污染等化学污染作用微小。基于光催化作用原理空气净化器，通过把光能转换成化学能，氧化分解污染物和细菌病毒等，能持久作用，被认为是解决室内污染的最理想方法之一。光催化降解催化剂的研究亟需客观且性能可靠的检测设备。目前，污染气体光催化降解评价装置一般是基于气相色谱仪或者收集气体后通过比色法、荧光测定法和分光光度法等进行测定。采用气相色谱法虽具有较高的检测灵敏度，但是对甲醛等低分子气体检测灵敏度较低，而普遍采用的乙醛气体替代研究会使结果不可靠。

针对目前需要先收集后分析的方法，开发具有实时分析功能的光催化传感联用装置无疑是最优的选择。因此，需要一种基于气敏测试分析仪可以有效监控传感器元件随气体浓度实时变化这一特性的装置，通过加装光路系统和样品台等相关部件，实现实时监测光催化降解室内污染物这一目的。此外，由于光路的引入还进一步拓展了气敏测试仪的研究领域。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是针对现有光催化降解评价装置无法实时监控等技术问题，提供一种气敏性能测试和光催化降解联用评价装置，使得气敏分析同时兼具实时监测光催化降解反应的功能。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：一种气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，包括气体容纳腔以及位于所述气体容纳腔底部的底座，所述气体容纳腔顶部设置一光源，所述底座内部设有一输气通道，所述输气通道连接至少一个设置于所述气体容纳腔底部的输气口，使得气体能够进入气体容纳腔内；所述输气口下方的所述输气通道上设有混气部件，混气部件用于对输气通道内的且即将进入气体容纳腔的气体进行充分混合；所述气体容纳腔内的底部设有至少一个气敏元件插槽，气敏元件插槽中插入有气敏元件，用于探测气体容纳腔内的气体；所述气敏元件插槽上方且在气敏元件插槽与所述光源之间设有遮光板，遮光板用于遮挡光源发射的光线入射到气敏元件插槽中的气敏元件上；所述遮光板上方，且正对所述光源设置光催化部件；所述底座内装有控制器，所述控制器与所述光源、所述气敏元件电连接，控制器在底座上设置有交互界面，用于向控制器输入信号；控制器根据交互界面的输入信号来控制光源的启闭以及控制所述气敏元件与外界电路的连通或关断。

优选地，所述气体容纳腔底部还设置有液体蒸发器，液体蒸发器远离所述气敏元件插槽，液体蒸发器用于促使液态污染物蒸发生成气态污染物。

优选地，所述气体容纳腔底部还设置有温湿度传感器，用于探测气体容纳腔内的温度和湿度；所述温湿度传感器与所述控制器相电连，通过控制器来控制温湿度传感器的启闭。

优选地，所述遮光板与所述气敏元件插槽之间设置有多个支撑柱，支撑柱环绕所述气敏元件插槽外围设置，并对遮光板起到支撑作用。

优选地，所述气体容纳腔的腔体由透明材料构成。

优选地，所述输气口包括多个由内向外呈辐射状排布的开口。

优选地，所述输气口的形状呈同心圆或同心环。

优选地，所述光源为可变波长的光源，所述控制器控制光源发出不同波长的光。

优选地，所述气敏元件包括SnO₂、ZnO和WO₃至少一种，并插入相适配的气敏元件插槽内。

本发明的有益效果是：

本发明涉及以气敏测试与光催化降解评价装置联用集成，实现同步监测有机污染物浓度和光降解性能评价。联用装置由气敏测试仪和光催化反应装置组合构成，气体污染物首先和气敏元件相互作用产生信号被气敏测试仪记录，开通光源后，污染气体在光催化材料上发生氧化还原反应后浓度下降，光催化降解的过程通过气敏测试仪可以有效监控对催化剂性能进行评价。

联用装置具有以下优点：首先，联用装置对气敏测试装置功能进行提升，引入光源可以测试不同光场下材料的气敏性能，光场的引入对于室温传感器敏感性能研究及材料光敏性能研究将非常重要；其次，联用装置将对光降解污染物功能进行提升，可以通过气敏测试仪实时观察电信号变化获得实时可靠降解数据；最后，本发明的联用装置可以大大节省实验室空间。

通过控制联用装置中控制器，例如，交互界面设置与光源、光敏元件电路相电连的开关，根据污染物的种类和浓度的不同选择合适的操作模式，如单独的气敏测试法、单独的光敏测试法，单独的光催化剂性能评价方法、气敏测试与光催化联用方法等不同的操作模式。

与已有技术相比，本发明制得的联用装置功能丰富、设计简单、成本低、便于大范围推广使用。

附图说明

图1为本发明的一个较佳实施例的联用装置的剖视图；

图2为本发明的一个较佳实施例的联用装置的俯视图；

图3为采用本发明的一个较佳实施例的联用装置对100 ppm甲醛气体降解获得的实时评价曲线图。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合说明书附图，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。

请参阅图1，2，本实施例的一种气敏测试-光催化降解评价联用装置，包括：气体容纳腔5以及位于气体容纳腔5底部的底座9；位于气体容纳腔5顶部的光源6；这里，光源6可以为可变波长的光源，光源6与控制器相电连，控制器控制光源6发出不同波长的光。

位于底座9内部的输气通道1；输气通道1连接有至少一个输气口，输气口设置于气体容纳腔5底部，使得气体能够进入气体容纳腔5内。本实施例中，输气口包括多个由内向外呈辐射状排布的开口，较佳的，输气口的形貌呈同心圆或同心环。

此外，为了使进入空气容纳腔5的气体流量均匀，还在输气口下方的输气通道1上设置了混气部件8，用于对输气通道1内的且即将进入气体容纳腔5的气体进行充分混合，使进入气体容纳腔5的气体获得稳定流速。还可以通过调整混气部件8来调节气体的流速，从而获得不同的流速气体进入气体容纳腔5，混气部件可以与控制器相电连，通过控制器来控制混气部件8来调节气体的流速。较佳的，混气部件8采用风扇。

本实施例中，在气体容纳腔5内的底部设置了至少一个气敏元件插槽7，较佳的，为2~8个中的偶数个，在气敏元件插槽7中插入有气敏元件，用于探测气体容纳腔5内的气体。这里，气敏元件可以包括SnO₂、ZnO和WO₃至少一种，不同种类的气敏元件插入不同的气敏元件插槽7内。气敏元件与控制器相电连，通过控制器来控制气敏元件与外界电路的连通或关断。

本实施例的遮光板3设置于气敏元件插槽7上方、且在气敏元件插槽7与光源6之间，并不与气敏元件插槽7接触；遮光板3用于遮挡光源6发射的光线入射到气敏元件插槽7中的气敏元件上。这里，遮光板3与气敏元件插槽7之间设置有多个支撑柱，支撑柱环绕气敏元件插槽7外围设置，并对遮光板3起到支撑作用。

这里，光催化部件4在光源6下方且正对光源6的区域的遮光板3上方设置。光催化部件4可以为光催化剂，并直接分布于遮光板3上。

本实施例的控制器，设置于底座9内，与光源6、气敏元件相电连，还可以与混气部件8相电连。控制器在底座9上设置有交互界面，用于向控制器输入信号；控制器根据交互界面的输入信号来控制光源6的启闭以及控制气敏元件与外界电路的连通或关断。这里，交互界面上可以设置开关按钮等来实现对输入信号的执行。交互界面也可以为触摸显示屏，通过在触摸显示屏上的操作来实现信号输入。

本实施例中，在气体容纳腔5底部还可以设置有液体蒸发器2和温湿度传感器10，液体蒸发器2远离气敏元件插槽7，液体蒸发器2用于促使液态污染物蒸发生成气态污染物。温湿度传感器10用于探测气体容纳腔5内的温度和湿度；温湿度传感器10与控制器相电连，通过控制器来控制温湿度传感器10的启闭。

为了方便观察及保证光通过率，本实施例的气体容纳腔5的腔体采用透明材料设置。气敏元件通过外界电路连接有气敏显示仪，通过气敏显示仪进行记录观测。

采用本实施例的联用装置的工作方法如下：气体污染物首先和气敏元件相互作用产生电信号变化被气敏测试仪记录，控制器开通光源6后，污染气体在光催化部件4上发生氧化还原反应后浓度下降，光催化降解的过程通过气敏元件可以有效监控从而对催化剂性能进行评价。此外，还可以利用控制器来调节光源6，从而获得不同光源照射条件下对气敏元件的气敏性能实时测试。

如图3所示，通过SnO₂气敏元件对TiO₂光催化材料降解甲醛进行实时监控，在紫外光的照射下，光催化材料在40 min可以对100 ppm甲醛降解完全。从而对光催化降解过程以及气体状态包括浓度等进行实时监控。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，包括气体容纳腔以及位于所述气体容纳腔底部的底座，其特征在于：所述气体容纳腔顶部设置一光源，所述底座内部设有一输气通道，所述输气通道连接至少一个设置于所述气体容纳腔底部的输气口，使得气体能够进入气体容纳腔内；所述输气口下方的所述输气通道上设有混气部件，混气部件用于对输气通道内的且即将进入气体容纳腔的气体进行充分混合；所述气体容纳腔内的底部设有至少一个气敏元件插槽，气敏元件插槽中插入有气敏元件，用于探测气体容纳腔内的气体；所述气敏元件插槽上方且在气敏元件插槽与所述光源之间设有遮光板，遮光板用于遮挡光源发射的光线入射到气敏元件插槽中的气敏元件上；所述遮光板上方，且正对所述光源设置光催化部件；所述底座内装有控制器，所述控制器与所述光源、所述气敏元件电连接，控制器在底座上设置有交互界面，用于向控制器输入信号；控制器根据交互界面的输入信号来控制光源的启闭以及控制所述气敏元件与外界电路的连通或关断。

2.根据权利要求1所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述气体容纳腔的底部还设置有液体蒸发器，液体蒸发器远离所述气敏元件插槽，液体蒸发器用于促使液态污染物蒸发生成气态污染物。

3.根据权利要求2所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述气体容纳腔的底部还设置有温湿度传感器，用于探测气体容纳腔内的温度和湿度；所述温湿度传感器与所述控制器电连接，通过控制器来控制温湿度传感器的启闭。

4.根据权利要求1所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述遮光板与所述气敏元件插槽之间设置有多个支撑柱，支撑柱环绕所述气敏元件插槽外围设置，并对遮光板起到支撑作用。

5.根据权利要求1所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述气体容纳腔的腔体由透明材料构成。

6.根据权利要求1所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述输气口包括多个由内向外呈辐射状排布的开口。

7.根据权利要求6所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述输气口的形状呈同心圆或同心环。

8.根据权利要求1-7任一所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述光源为可变波长的光源，所述控制器控制光源发出不同波长的光。

9.根据权利要求1-7所述的气敏性能测试和光催化降解评价联用装置，其特征在于，所述气敏元件包括SnO₂、ZnO和WO₃至少一种，并插入相适配的气敏元件插槽内。