CN108426325A - 一种光催化净化空气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光催化净化空气的方法。所述净化空气的方法包括：a、将空气流吸进风门，通过初级过滤网滤掉固体杂质；b、空气流经过高频激光光束的照射，杀死微生物；c、经过纳米二氧化钛的光催化氧化清除空气流中的有机挥发性气体；d、通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。所述方法具有以下有益效果：本发明通过激光照射激发光触媒，提高了光催化反应的速度和均匀度，提高了光催化降解污染物的效率，并且将激光照射杀菌、过滤吸附有害物质和光催化降解污染物综合运用，空气净化效率高，无需耗材和化学药品，无二次污染，环保性好，一次性投资，运行费用低，可广泛用于空气净化领域。

Description

一种光催化净化空气的方法
技术领域
本发明涉及空气净化领域，尤其是涉及一种光催化净化空气的方法。
背景技术
室内空气污染早在上世纪60年代中期就已出现，随着人们生活水平的提高，装修业日益兴起，室内空气污染问题也日趋严重。人类有90%的时间是在室内工作和生活的，其中60%左右的时间是在家里。据有关国际组织调查，世界上30%的新建和重修的建筑物存在有害于健康的室内空气污染。因此，对室内空气的净化也变得越来越重要。
现有的的空气净化技术有化学方法、负离子、臭氧、吸附方法、等离子、紫外线、光催化等。化学方法因有二次污染和副作用而逐渐被淘汰；负离子方法生成负氧离子，同时产生微量臭氧，可改善空气质量；臭氧虽然消毒效果显著，但对人有害，需控制使用；吸附方法包括活性炭过滤、多层过滤、分子筛、高压静电吸附等，存在吸附材料的处理和费用问题；等离子、紫外线能有效杀灭微生物、细菌，但净化能力较差。在光作用下，以纳米二氧化钛为代表的光催化剂能把空气中的甲醛、氨气、苯等有害气体转化为无毒化合物，对环境空气起到极好的净化作用，并能避免二次污染，因此受到广泛重视而被深入研究。
专利申请号201610423775.9公开了一种采用无极紫外光催化氧化协同臭氧催化氧化净化空气污染物方法，包括以下步骤：该方法利用高能无极紫外光催化氧化和臭氧催化氧化协同作用来高效净化空气污染物，该方法采用紫外光催化、高温热点催化氧化和臭氧催化氧化协同工艺，能高效利用微波场及其能量，效率高、成本和能耗低。
专利申请号201610602401.3公开了一种新型光催化空气净化器，包括空气净化器本体，空气净化器本体包括壳体，壳体上设有进风口、出风口，所述的壳体内沿着空气流动的方向依次设有初效滤网、高性能纳米纤维滤网、可见LED光源、可见光响应光催化剂滤网、循环风扇、加湿装置，进风口设在壳体的侧壁上，出风口设在壳体顶部，加湿装置设在出风口的下方，壳体内部还设有电气电路及外接电源线。该净化器不仅可以高效滤除拦截空气中不同尺寸的颗粒污染物和病毒体、有效降解和矿化空气中不同种类的VOCs，还可以实现净化后空气湿度的调节。
专利申请号201510090600.6公开了一种氢氧离子空气净化器及使用其净化空气的方法。该氢氧离子空气净化器包括壳体和设置在壳体内的预过滤网，壳体具有空气流入和流出的进气口和出气口，其中，氢氧离子空气净化器还包括依次设置在壳体内的至少一个双段式静电除尘模块和至少一个光触媒净化模块，每一个光触媒净化模块包括铝蜂窝基纳米光催化网和用于对所述铝蜂窝基纳米光催化网进行光催化的紫外线光源，铝蜂窝基纳米光催化网表面设置有二氧化钛涂层，在净化空气时，空气从壳体的进气口流入，依次流经预过滤网、双段式静电除尘模块和光触媒净化模块，最后从壳体的出气口流出。
专利申请号201310715783.7 公开了一种光催化空气净化装置，涉及空调、通风设备的辅助净化设备。包括一贯穿该空气净化装置的气流通道，气流通道上设有靠近空气源的过滤网以及远离空气源的光触媒网，一光源设于气流通道上过滤网和光触媒网之间，所述气流通道上还设有一用于防止光源光线外泄并将光线汇聚到光触媒网上的导光组件，光催化空气净化装置还设有至少一用于与空调或通风设备连接的固定夹具。它结构简单、使用方便，适用范围广。
由此可见，现有技术中单一的空气净化技术在用于空气净化消毒时效果大都不理想，如强过滤（或强吸附）)技术虽然净化消毒效果好，但是定期更换或再生滤芯不仅运行成本太高，而且废弃滤芯或再生过程造成二次污染，传统的光催化技术对光照条件要求高，光触媒反应效率和均匀度差，存在空气净化能力较差，运行成本太高，且容易产生污染等问题。
发明内容
为有效解决上述技术问题，本发明提出了一种光催化净化空气的方法，可有效提高光催化氧化净化空气的效率，并且通过综合运用多种空气净化技术，有效提高空气净化效果，并且减小了运营成本，无二次污染。
本发明的具体技术方案如下：
一种光催化净化空气的方法，所述光催化净化空气的方法是由空气流依次通过初级过滤网除去固体杂质、高频激光除去微生物、光催化氧化反应除去有机挥发性气体而实现，具体的净化方法为：
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
优选的，所述步骤a中，空气流速为20~100mL/s。
优选的，所述步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网、玻璃纤维网或涤纶无纺布网中的一种，网孔直径为5-10μm。
优选的，所述步骤a中，固体杂质包括但不限于粉尘、烟、纤维物。
优选的，所述步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为300~1000Hz，脉冲占空比为20~40%，脉冲输出峰值电流为200~400A，脉冲输出平均电流为20~50A。
优选的，所述步骤b中，微生物包括但不限于细菌、病毒。
优选的，所述步骤c中，纳米光触媒的粒径为10~50nm。
优选的，所述步骤c中，有机挥发性气体包括但不限于甲醛、苯、氨、乙醇、甲醇、丙酮、甲苯、苯乙烯、异丙醇、二氯甲烷、三氯乙烯、醋酸正丁酯、正己烷、硝基苯。
优选的，所述步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米氧化锡或纳米硫化镉的空气滤网。
本发明上述内容提出得一种光催化净化空气的方法，是在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，通过初级过滤网滤掉灰尘和纤维物，进入高频脉冲激光辐射区域，并且激光光源产生的激光为平行均匀的激光光束。通过高频激光的照射，杀死空气中的细菌、病毒的同时，激发纳米二氧化钛室内纳米光触媒进行充分的光催化氧化反应，清除空气中的甲醛、苯、氨等有机挥发性气体；最后通过光催化滤网，吸附残留有害气体等；洁净空气经过出风口送出。该方法主要是采用激光激发光触媒，光触媒反应速度得到明显提高；用平行均匀激光照射光触媒，提高光触媒反应速度的同时，也提高了光触媒反应的均匀度，能够迅速高效杀灭室内空气中的有害物质，无需耗材和化学药品，不产生二次污染，一次性投资，运行费用低。
本发明的有益效果为：
1.提出了一种不同于常规技术的光催化净化空气的方法。
2.本发明通过平行均匀激光照射激发光触媒材料，提高了光触媒反应速度和均匀度，显著提升了光催化降解空气中有机污染物的效率和效果。
3.本发明将激光照射杀菌、过滤吸附有害物质和光催化降解污染物综合运用，空气净化效率高，且无需耗材和化学药品，无二次污染，环保性好。
4.本发明净化过程简单，一次性投资，运行费用低，可广泛用于空气净化领域。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。
实施例1
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网、玻璃纤维网或涤纶无纺布网，网孔就直径为5μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、烟、纤维物；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为30nm；步骤c中，有机挥发性气体包括甲醛、苯、氨、乙醇、甲醇；步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锌的空气滤网。
步骤a中，空气流速为60mL/s；步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为600Hz，脉冲占空比为30%，脉冲输出峰值电流为300A，脉冲输出平均电流为30A。
实施例2
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网，网孔平均直径为8μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、烟；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为15nm；步骤c中，有机挥发性气体包括甲醇、丙酮、甲苯、苯乙烯；步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锆的空气滤网。
步骤a中，空气流速为20mL/s；步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为300Hz，脉冲占空比为20%，脉冲输出峰值电流为200A，脉冲输出平均电流为20A。
实施例3
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为涤纶无纺布网，网孔平均直径为05μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、纤维物；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为50nm；步骤c中，有机挥发性气体包括异丙醇、二氯甲烷、三氯乙烯；步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锡的空气滤网。
步骤a中，空气流速为100mL/s；步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为1000Hz，脉冲占空比为40%，脉冲输出峰值电流为400A，脉冲输出平均电流为50A。
实施例4
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网，网孔平均直径为9μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、烟、纤维物；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为20nm；步骤c中，有机挥发性气体包括醋酸正丁酯、正己烷、硝基苯；步骤d中，光催化滤网为添加纳米硫化镉的空气滤网。
步骤a中，空气流速为40mL/s；步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为400Hz，脉冲占空比为25%，脉冲输出峰值电流为250A，脉冲输出平均电流为30A。
实施例5
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为玻璃纤维网，网孔平均直径为10μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、烟、纤维物；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为40nm；步骤c中，有机挥发性气体包括甲醛、苯、正己烷、硝基苯；步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锌的空气滤网。
步骤a中，空气流速为90mL/s；步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为800Hz，脉冲占空比为35%，脉冲输出峰值电流为350A，脉冲输出平均电流为40A。
对比例1
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入紫外光辐射区域，通过平行均匀的紫外光照射，杀死空气中的微生物；
c、紫外光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化氧化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网、玻璃纤维网或涤纶无纺布网，网孔就直径为5μm；步骤a中，固体杂质包括粉尘、烟、纤维物；步骤b中，微生物包括细菌、病毒；步骤c中，纳米光触媒的平均粒径为30nm；步骤c中，有机挥发性气体包括甲醛、苯、氨、乙醇、甲醇；步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锌的空气滤网。
步骤a中，空气流的流速为60mL/s；步骤b中，紫外光的波长为200~300nm，辐射强度为250~350uW/cm。
上述实施例1~5及对比例1的光催化净化空气的方法，测试其净化效果、成本和二次污染，测试表征的方法或条件如下：
净化效果：
利用本发明方法净化污染空气样品，分别进行以下测试，表征空气净化的效果：
采用PM2.5测试仪，测定含有相近PM2.5含量的相同体积空间内（净化前空气中的PM2.5均约为100μg/m3），采用实施例1~5及对比例1中公开的净化方法，在相同有效净化面积（3m2）、相同净化时间（24h）后同一房间内的PM2.5含量；
采用自然沉降法，测试含有相近微生物种类和含量的相同体积空间内（测试前该空间微生物总含量均约为10000CFU/m3），采用实施例1~5及对比例1中公开的净化方法，在相同有效净化面积（3m2）、相同净化时间后（24h），空气中细菌、真菌、放线菌等各类微生物含量，并计算得到的微生物总含量；
采用TVOC检测仪，测定含有相近种类和含量的挥发性有机污染物的相同体积空间内（测试前该空间TVOC
总含量均约为1mg/m3），采用实施例1~5及对比例1中公开的净化方法，在相同有效净化面积（3m2）、相同净化时间（24h）后，测试相同空间内空气中的挥发性有机污染物的总含量，得到TVOC含量。
结果如表1所示。
表1：

Claims (9)

1.一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述光催化净化空气的方法是由空气流依次通过初级过滤网除去固体杂质、高频激光除去微生物、光催化反应除去有机挥发性气体而实现，具体的净化方法为：
a、在风机的作用下，大量的空气流被吸进风门，以一定的流速通过初级过滤网，滤掉固体杂质；
b、空气流进入高频脉冲激光辐射区域，通过平行均匀的高频激光光束的照射，杀死空气中的微生物；
c、高频激光激发纳米二氧化钛室内的纳米光触媒，进行充分的光催化反应，迅速清除空气中的有机挥发性气体；
d、空气流通过光催化滤网，吸附除去残留的有害气体；
e、洁净空气经过出风口送出，完成对空气的净化。
2.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤a中，空气流速为20~100mL/s。
3.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤a中，初级过滤网为丙纶无纺布网、玻璃纤维网或涤纶无纺布网中的一种，网孔直径为5-10μm。
4.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤a中，固体杂质包括但不限于粉尘、烟、纤维物。
5.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤b中，高频脉冲激光的脉冲频率为300~1000Hz，脉冲占空比为20~40%，脉冲输出峰值电流为200~400A，脉冲输出平均电流为20~50A。
6.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤b中，微生物包括但不限于细菌、病毒。
7.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤c中，纳米光触媒的粒径为10~50nm。
8.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤c中，有机挥发性气体包括但不限于甲醛、苯、氨、乙醇、甲醇、丙酮、甲苯、苯乙烯、异丙醇、二氯甲烷、三氯乙烯、醋酸正丁酯、正己烷、硝基苯。
9.根据权利要求1所述一种光催化净化空气的方法，其特征在于：所述步骤d中，光催化滤网为添加纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米氧化锡或纳米硫化镉的空气滤网。
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