CN108889119A - 光催化空气净化器 - Google Patents

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Abstract

本发明属于空气净化设备领域，具体公开了一种光催化空气净化器，包括：箱体、分隔网、光催化剂和光源。其中：箱体的顶部开设有至少一个进气口，箱体的底部开设有至少一个出气口。分隔网其为网状结构，分隔网设置于箱体内部，分隔网与箱体的侧壁之间形成外腔，分隔网、箱体的顶部和及箱体的底部之间围合成内腔，进气口设置于的内腔处，出气口设置于外腔处。光催化剂设置于外腔内；光催化剂为负载在陶瓷上形成BiOBr/BiOI复合光催化剂。光源设置于箱体的底部和/或顶部且位于箱体的内部。本发明提供的光催化空气净化器结构简单，设置合理，实现了低成本、高效率的空气净化。

Description

光催化空气净化器
技术领域
本发明涉及空气净化设备领域，具体涉及一种简易光催化空气净化器。
背景技术
恶臭等有害气体存在于畜禽、屠宰、食品初加工、污水厂污泥车间、城市下水道、喷涂、油漆化工、药研、农药、日化用品、家具、电子材料、添加剂、皮革化学品等应用，以及车站、会堂、剧院的有限空间。成分有氨、硫化氢和统称为TVOC的甲醛、苯、吲哚、三甲胺、甲硫醇类等。或具有强烈的刺激性恶臭味道，也有些还具有较大的毒性，极易与空气中的水分、尘粒等结合在一起，随呼吸系统进入人体，对人体各系统有不同程度的损害。长期反复受这类物质刺激，会引起嗅觉疲劳甚至导致嗅觉失灵，工作效率、判断力和记忆力下降。
目前常用的处理技术主要有吸收法、吸附法、催化燃烧技术、生物技术、光催化氧化技术、等离子体技术和膜基吸收技术等。考虑到空气净化技术实施操作的去除效率、设备的运行成本和维护的复杂性，其中光催化氧化技术作为一种新型绿色环保技术具有适用范围广无次生污染、反应速率快、运行费用低等优点。应用于空气净化具有反应条件温和、反应彻底、几乎对空气中所有污染物都具有治理能力的优点，受到人们越来越多的重视。
光催化氧化的技术方法是：
(1)紫外光照射到半导体粉催化剂表面时，产生的大量活性电子(e-)和空穴(h+)，表现出很高的活性。在一定条件下，光强越强，催化剂能够激发更多的电子(e-)，从而生成更多的光生电子和光致空穴的氧化-还原效用；另外，在纳米级催化剂的表面，空气中的O2-和H2O分子被催化生成更强的活性自由基组分(·OH、·O2-)，从而，协同氧化降解存在的有害气体组分。
(2)使恶臭气体分子断键，同时激发产生羟基自由基、活性氧等活性基团以及臭氧等强氧化性物质。这些活性基团和强氧化剂可不加选择地与几乎所有的恶臭物质发生氧化反应，使恶臭物质矿化为H2O、CO2等无机小分子物质。
(3)锐钛型纳米级TiO2光催化剂所需光生电子和光致空穴的激发能处于UV-A(387.5nm)波段,甚至，可以使用太阳能做激发光源。
(4)不可逆的氧化细菌蛋白，能迅速、有效消灭细菌、病毒等微生物。
从光催化高级氧化的机理看出，在一定的光强照射下，光生电子和光致空穴发生的氧化作用与其催化表面积相关。就是说一方面取决于催化剂自身的纳米粒径分散，另外就是能与有害气体接触实施的使用分散度。由于纳米Ti02的颗粒很小，在应用中因回收困难等问题，导致催化剂的流失浪费，不利于产品的工业化。
据气体污染的特点，光催化净化装置多是将催化剂附着在网状、布状、微球状载体表面。并要求负载具有很好的通透性，对光催化反应惰性，比表面积大，对被处理污染物有很强的吸附作用，易于分离等。已有报道，是将Ti02附着在陶瓷，玻璃纤维，硅胶，分子筛，活性炭等微粒载体上，通过增大实际的分散度提高催化剂的工作比表面积，同时，又解决了催化剂的回收和降解作用的实用化和工业化。但是由于TiO2的带隙能为3.2eV，只有波长小于387nm的紫外光才能激发其产生电子-空穴对从而表现出氧化作用，而太阳光中的紫外光(400nm以下)只占到了不到5％。可见，如果只是单纯地以TiO2为光催化剂，以太阳光为能源，其实际效率并不高，光能利用率低。
发明内容
虽然现有技术中已经公开了不同类型的光催化空气净化器，但是大多使用TiO2作为光催化剂且结构复杂，导致光催化空气净化器的催化效率较低且成本较高。
本发明要解决的技术问题在于如何提供结构更简单，催化净化效果更好的光催化空气净化器。
为此，本发明公开了一种光催化空气净化器，包括：箱体、分隔网、光催化剂和光源。其中：
箱体，箱体的顶部开设有至少一个进气口，箱体的底部开设有至少一个出气口；
分隔网，其设置于箱体内部，分隔网与箱体的侧壁之间形成外腔，分隔网、箱体的顶部和及箱体的底部之间围合成内腔；进气口设置于的内腔处，出气口设置于外腔处；
光催化剂，其为负载在陶瓷上形成的BiOBr/BiOI复合光催化剂；
灯管，其设置于外腔中，灯管的一端设置于箱体的底部，另一端设置于箱体的顶部；
多个催化基板，其一端设置于灯管，另一端设置于箱体的侧壁，多个催化基板负载有光催化剂。
可选的，内腔中装有活性炭。
可选的，分隔网为不锈钢铁丝网。
可选的，BiOBr/BiOI复合光催化剂中BiOBr与BiOI的制备摩尔比为1：1。
可选的，箱体的由透明材料制成。
可选的，进气口的接触空气一端的孔径大于进气口的接触内腔一端的孔径。
可选的，还包括底座，箱体底部放置于底座，底座为镂空结构。
可选的，底座内还设置有用于加速箱体内的空气流转的风机。
可选的，底座内设置有空气清新剂。
可选的，多个催化基板为网状结构，呈波浪形。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的光催化空气净化器，包括箱体、分隔网、光催化剂和光源。通过将分隔网设置于箱体内部，将箱体分隔成内腔和外腔，光催化剂设置于外腔中，在光源的照射下可进行光催化，且本发明所采用的的催化剂可在可见光条件下进行催化，使得反应条件更加便捷。内腔中可根据需要放置其他可净化空气的材料，还由于进气口设置于的内腔处，出气口设置于外腔处，使得所需净化的空气从箱体顶部进入后，先通过内腔的净化材料进行初步净化，在进入外腔进行二次催化净化，在外腔中，还设置了灯管和催化基板，可以加大光催化剂的反应面积，提高催化效率。本发明所提供的光催化空气净化器结构简单，实现了空气净化的便捷、低成本、高效率的技术效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种光催化空气净化器的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明要解决的技术问题在于如何提供结构更简单，催化净化效果更好的光催化空气净化器。
请参照图1，本发明公开了一种光催化空气净化器，包括：箱体1、分隔网2、光催化剂6和光源。其中：
箱体1的顶部开设有至少一个进气口11，箱体1的底部开设有至少一个出气口12。分隔网2为网状结构，其设置于箱体1内部，分隔网2与箱体1的侧壁之间形成外腔4，分隔网2、箱体1的顶部和及箱体1的底部之间围合成内腔3。进气口11设置于的内腔3处，出气口12设置于外腔4处。
需要说明的是，在实际应用中，箱体1的顶部和底部的盖子是可以打开的，以便于更换分隔网2，以及向内腔3和外腔4分别添加相应的净化材料。
还需要说明的是，箱体1可为圆筒结构，分隔网2围成圆筒形置于箱体1内部，分隔网2的顶端和底端分别与箱体1内侧的顶部和底部相接。
光催化剂6设置于外腔4内，其为负载在陶瓷上形成BiOBr/BiOI复合光催化剂6。需要说明的是，卤氧化铋BiOX(X＝Cl、Br、I)以其独特的层状结构、合适的禁带宽度和其高效的光催化性能一直是可见光催化剂6研究的热点。BiOX是一种重要的三元结构(Ⅴ—Ⅵ—Ⅶ)半导体材料，其晶体结构为PbFCl型，对称性：D4h，空间群：P4Pnmm，属于四方晶系[9]。BiOX晶体由[Bi2O2]2+穿插在双层卤素原子中构成层状结构，内部弱范德华力和外部强键合力，产生高度各向异性的电学、磁学和光学性能。同时，[Bi2O2]2+和X-产生的内部静电场促使光生电子-空穴对有效分离产生较高的光催化活性。而卤氧化铋中，只有溴氧化铋(BiOBr)和碘氧化铋(BiOI)对可见光有响应，为了充分利用太阳光中的可见光，有研究者将进行了BiOBr/BiOI复合光催化剂6的研究。研究发现，BiOBr/BiOI复合光催化剂6具有合适的禁带宽度，独特的层状结构，光吸收能力，高度氧化能力，表现出优秀的可见光催化活性
灯管7，其设置于外腔4中，灯管7的一端设置于箱体1的底部，另一端设置于箱体1的顶部。需要说明的是，外腔4中还可以设置多个光源，如小射灯，置于箱体1的底部和/或顶部，以提供更加充足的光源。具体个数根据需要决定，如空气质量较差，所用光催化剂6较多时，光源的个数也相应设置多个，相应的，当空气质量较好，所用光催化剂6较少时，光源的个数也相应减少。
多个催化基板5，其一端设置于灯管7，另一端设置于箱体1的侧壁，多个催化基板5负载有光催化剂6。
需要说明的是，该负载在陶瓷上形成BiOBr/BiOI复合光催化剂6可以是陶瓷微粒，也可以是大颗粒陶瓷。陶瓷微粒可附着在催化基板5上，大颗粒陶瓷可以直接置于外腔4中。
在具体实施例中，多个催化基板5为网状结构，呈波浪形，其一端设置于灯管7，另一端设置于箱体1的侧壁。
需要说明的是，通过设置催化基板5，可以在所需光催化剂6较多时，对光催化剂6进行分层设置，增大反应面积，通过设置灯管7，使光催化剂6可接触光源更充足，提高催化效率。
还需要说明的是，催化基板5可以与灯管7垂直，也可以形成一定的夹角。
在具体实施例中，进气口11两端孔径不一致，进气口11的空气端的孔径大于进气口11的内腔3端孔径。
需要说明的是，根据伯努利原理，进气口11两端形成气压差，使得空气不断从外部被吸入到光催化空气净化器。
在具体实施例中，内腔3中装有活性炭。活性炭可用于对空气中的污染物质进行初步吸附净化。
需要说明的是，通过将进气口11设置于的内腔3处，出气口12设置于外腔4处，使得需净化的空气进入光催化空气净化器后，先通过内腔3，内腔3中装有活性炭，活性炭可用于对空气中的污染物质进行初步吸附净化，然后空气在通过分隔网2进入外腔4，进行光催化净化。一方面，空气经过两次净化，净化效果更佳，另一方面，活性炭可吸附了空气中的大多数粉尘和其他固体微粒，避免了粉尘和其他固体微粒进入外腔4，附着在光催化剂6上，影响催化效果，降低光催化剂6的使用寿命。
在具体实施例中，分隔网2为不锈钢铁丝网。需要说明的是，该不锈钢铁丝网可进行更换。
在具体实施例中，BiOBr/BiOI复合光催化剂6中BiOBr、BiOI的制备摩尔比为1：1。需要说明的是，实验表明，BiOBr与BiOI的摩尔比为1:1时，有着最佳的带隙值，能更好的利用可见光，在可见光催化降解污染物上表现出最佳的催化活性。
在具体实施例中，箱体1的由透明材料制成。当光催化空气净化器于白天在室外使用时，或者处于有光源的环境中时，可以利用外部光源进行光催化。也有利于查看光催化空气净化器内部的情况。
在具体实施例中，还包括底座8，箱体1底部设置于底座8，为镂空机构。
需要说明的是，通过设置底座8，有利于箱体1的安置，以及空气流通。
在具体实施例中，底座8内还设置有风机9，风机9可用于加速箱体1内的空气流转。
需要说明的是，当箱体1内的催化剂6装得比较满，空气流通较慢时，可以利用风机9，加速派出箱体1内的空气，风机9开动的条件可根据经验确定。
在具体实施例中，底座8内设置有空气清新剂10。当光催化空气净化器于室内或车载及其他较小空间内应用时，通过在底座8内设置空气清新剂10，使得净化后的空气从出气孔出来后，经过空气净化清新剂后，带有芬芳气味，更加宜人。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供的光催化空气净化器，包括箱体1、分隔网2、光催化剂6和光源。通过将分隔网2设置于箱体1内部，将箱体1分隔成内腔3和外腔4，光催化剂6设置于外腔4中，在光源的照射下可进行光催化，且本发明所采用的的催化剂6可在可见光条件下进行催化，使得反应条件更加便捷。内腔3中可根据需要放置其他可净化空气的材料，还由于进气口11设置于的内腔3处，出气口12设置于外腔4处，使得所需净化的空气从箱体1顶部进入后，先通过内腔3的净化材料进行初步净化，在进入外腔4进行二次催化净化，在外腔4中，还设置了灯管7和催化基板5，可以加大光催化剂6的反应面积，提高催化效率。本发明所提供的光催化空气净化器结构简单，实现了空气净化的便捷、低成本、高效率的技术效果。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种光催化空气净化器，其特征在于，包括：
箱体，所述箱体的顶部开设有至少一个进气口，所述箱体的底部开设有至少一个出气口；
分隔网，其设置于所述箱体内部，所述分隔网与所述箱体的侧壁之间形成外腔，所述分隔网、所述箱体的顶部和及所述箱体的底部之间围合成内腔；所述进气口设置于所述的内腔处，所述出气口设置于所述外腔处；
光催化剂，其为负载在陶瓷上形成的BiOBr/BiOI复合光催化剂；
灯管，其设置于所述外腔中，所述灯管的一端设置于所述箱体的底部，另一端设置于所述箱体的顶部；
多个催化基板，其一端设置于所述灯管，另一端设置于所述箱体的侧壁，所述多个催化基板负载有所述光催化剂。
2.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述内腔中装有活性炭。
3.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述分隔网为不锈钢铁丝网。
4.所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述BiOBr/BiOI复合光催化剂中BiOBr与BiOI的制备摩尔比为1：1。
5.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述箱体的由透明材料制成。
6.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述进气口的接触空气一端的孔径大于所述进气口的接触所述内腔一端的孔径。
7.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，还包括底座，所述箱体底部放置于所述底座，所述底座为镂空结构。
8.如权利要求7述的光催化空气净化器，其特征在于，所述底座内还设置有用于加速所述箱体内的空气流转的风机。
9.如权利要求7所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述底座内设置有空气清新剂。
10.如权利要求1所述的光催化空气净化器，其特征在于，所述多个催化基板为网状结构，呈波浪形。
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