CN109012162A - 一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置，将高通过滤网、除水蒸气层、除二氧化碳层、钢丝网和除甲醛层依次安装在空气入口和出口之间；高通过滤网用于过滤粉尘颗粒物和PM2.5颗粒；除水蒸气层采用硅胶或者分子筛材质，硅胶或者分子筛生长在活性炭棉或高通纤维上；除二氧化碳层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料；钢丝网上喷涂纳米银离子，且均布有若干紫外灯管；除甲醛层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料中掺杂光触媒。本发明能够逐级地去除PM2.5、粉尘、水蒸气和CO2气体，从而高效去除甲醛，且能够兼顾杀菌效果。

Description

一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置
技术领域
本发明涉及一种高效去除室内甲醛的吸附剂结构，适用于CO2和甲醛等有害气体浓度有一定量要求的室内空间等需要高效净化的场所。
背景技术
随着人民生产生活水平的提高，房屋装饰装修当中出现的甲醛等主要污染气体造成的疾病事件的报道也逐渐增多，室内环境污染问题已经越来越受到人们的重视。尤其是甲醛，作为一种无色有刺激性气体，是室内污染气体的主要成分之一。其主要集中出现于居室装饰材料和家具中的胶合板、纤维板、刨花板等人造板材中，以及各类油漆、涂料中都含有甲醛，纺织品中亦有甲醛残留问题。当室内甲醛的浓度达到一定的程度时，会引起更为严重的恶心呕吐、咳嗽胸闷等症状，长期接触甲醛后可能导致胎儿畸形、白血病等非常可怕的疾病。因此针对室内甲醛等有害气体急需采用措施将其及时去除。
目前，常见的室内空气污染控制方法主要有通风稀释、吸附、氧化、催化降解等几种。尤其是以吸附为主的去除装置广泛存在于市场上，主要材质是活性炭吸附剂、甲醛专用吸附剂、空调甲醛消除模块等，在一定程度上改善了室内的空气质量。专利CN 104353417A介绍了一种去除甲醛活性炭制备方法，但是活性炭对其他气体也有吸附能力，因此在实际空气净化中，因为CO2和水蒸气的存在会与低浓度的甲醛气体发生竞争吸附，从而会影响到吸附材料对甲醛去除的能力，因此针对目前市场和相关专利涉及到具体去除甲醛效果仍然需要有待进一步考证。专利CN 203694866U介绍了采用活性炭吸附掉空气中的大部分甲醛成分，然后利用紫外线灯对甲醛进行二次吸附，最后通过水溶液进行处理，上述方案采用活性炭吸附效果也会受其他气体竞争吸附的影响，同时不能涉及到室内其他污染物的去除。专利CN206492391U同样采用一种含有多级过滤系统的除甲醛装置，包括第一级除甲醛容器、第二级除甲醛容器和第三级除甲醛容器，其中第一级除甲醛容器内盛装有除甲醛溶液，第二级除甲醛容器的内壁上设置有若干能喷洒除甲醛溶液的喷头，而第三级除甲醛容器的内部中部设置有网状结构的固体除甲醛试剂。同样只能针对甲醛气体，不能集成对CO2和细菌等其他有害物质的去除，并且由于其他气体会参与与甲醛竞争吸附，因此上述两种情况对甲醛实际吸附效果还有待考证。
由此可见，目前市场还未有出现可以自动巡航寻找最优路径并且逐级去除粉尘、PM 2.5颗粒、水蒸气和CO2气体，从而提高最内层吸附材料对甲醛吸附的效率同时兼顾杀菌效果的净化装置。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置，能够逐级地去除PM2.5、粉尘、水蒸气和CO2气体，从而高效去除甲醛，且此装置能够兼顾杀菌效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置，包括高通过滤网、除水蒸气层、除二氧化碳层、钢丝网、除甲醛层、吸风单元和气体检测模块。
所述的高通过滤网、除水蒸气层、除二氧化碳层、钢丝网和除甲醛层依次安装在空气入口和出口之间；所述的高通过滤网用于过滤粉尘颗粒物和PM2.5颗粒；所述的除水蒸气层采用硅胶或者分子筛材质，硅胶或者分子筛生长在活性炭棉或高通纤维上；所述的除二氧化碳层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料；所述的钢丝网上喷涂纳米银离子，且均布有若干紫外灯管；所述的除甲醛层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料中掺杂光触媒；所述的气体检测模块和吸风单元安装在空气出口，抽取空气由空气入口向空气出口流动，并由气体检测模块检测空气出口的甲醛浓度。
所述高通过滤网的孔径分布在0.1～0.5μm，厚度为20～50mm，采用纳米纤维、高空隙纤维陶瓷过滤器、电子微纤维空气过滤器或PM2.5过滤器，高通过滤网的孔径在厚度方向上沿风向逐渐变小，从0.5μm均匀变化到0.1μm。
所述的硅胶、分子筛或金属有机骨架材料通过气相层积、浸渍涂抹、化学腐蚀或嫁接的方式生长在活性炭棉或高通纤维上。
所述的除水蒸气层中，活性炭棉或高通纤维的厚度为50～100mm，孔径为0.6～2mm，孔隙率在0.85以上，孔密度为50-90PPI。
所述的除二氧化碳层中，金属有机骨架材料采用Mg/DOBDC，Mg/DOBDC在活性炭棉或高通纤维内孔生长的厚度为0.2～0.4mm。
所述的钢丝网厚度为0.1～0.5mm，孔径为4～8mm；纳米银离子的厚度为0.0001～0.0008μm，并且钢丝网上的紫外灯管与除甲醛层的间距为10～30mm。
所述的除甲醛层中，金属有机骨架材料采用MIL-101，活性炭棉或高通纤维的厚度在50～200mm，孔径在0.4～0.8mm，孔密度为40～100PPI，活性炭棉或高通纤维的孔隙率在厚度方向上沿风向逐渐变小，从0.95均匀地变化到0.60；所述的光触媒与金属有机骨架材料按照0.1:99.9～2:98的质量比通过物理掺杂的方式均匀混合，所述的光触媒采用二氧化钛。
本发明的有益效果是：提出了带杀菌的多级去除室内甲醛装置，是利用金属有机骨架材料其具有大比表面积、金属位键和微观结构可调控的优势，对低浓度有害气体具有很强的专一吸附能力特性，且本发明针对低浓度CO2，通过大规模数值计算筛选出了吸附效果最好并且结构稳定的Mg/DOBC材料；针对甲醛吸附层，筛选出了针对低浓度下对甲醛吸附性能最优的MIL101材料，同时可兼顾利用MIL101吸附甲醛时放出的热量使得光触媒降解甲醛后产生的水变成水蒸气随流动的空气排出吸附装置，从而逐层地吸附空气中的有害气体。通过有规律地将各个单元组装后，可以逐层去除室内的PM2.5、水蒸气和CO2、杀菌和吸附甲醛。此外，高通过滤网采用渐变式孔径可以很好地去除粉尘和PM2.5颗粒；针对吸附甲醛则可以采用渐变孔隙率方式，一方面可以增强气体在空隙内的扰动性能及内部的接触面积从而使得更低浓度的甲醛气体与MOFs材料相接触的时间增加，增强吸附效果，另外一方面，可以克服完全采用小孔隙率带来的大压降导致的能耗增加的问题，因此可以克服均匀孔隙率带来吸附甲醛效果不好的缺陷，因此能够高效降解甲醛等有害气体。此外，钢丝网上喷纳米银离子可以利用紫外灯管产生的热量提高其杀菌效果；通过实验表明钢丝网上的紫外灯管与除甲醛层的间距为10～30mm为最佳范围，这是因为距离太近，会导致紫外灯管产生的热量加热除甲醛层吸附材料，导致吸附材料内部温度升高，降低吸附效果；距离太远会导致甲醛降解速率和效率降低。
总之本发明能够高效去除室内低浓度甲醛和室内其他有害物质，可以广泛适用于新装修的房子等有限空间内低浓度甲醛和室内其他有害物质的去除。
附图说明
图1是带杀菌的多级去除室内甲醛装置剖视图；
图2是分布紫外灯管的钢丝网示意图；
图3是活性炭棉或高通纤维生长硅胶或者分子筛示意图；
图4是活性炭棉或高通纤维生长金属有机骨架材料示意图(除水蒸气)；
图5是活性炭棉或高通纤维生长金属有机骨架材料示意图(除甲醛)。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
传统的活性炭吸附剂、甲醛专用吸附剂、空调甲醛消除模块等将空气中的水蒸气和CO2同时吸附，因此会和甲醛产生竞争吸附，从而导致去除甲醛效果不好。针对上述问题，本发明提出了将多级吸附装置，逐层吸附空气中的粉尘、PM2.5颗粒、水蒸气和CO2，从而避免杂质气体降低材料对甲醛吸附性能，并且结合对甲醛吸附性能最优的金属有机骨架材料，从而达到高效吸附甲醛的目的。
本发明提供的一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置，包括空气进口处能够去除大部分粉尘颗粒物的高通过滤网、能吸附进口气体中水蒸气并生长在活性炭棉或高通纤维上的硅胶或者分子筛、能够去除低浓度CO2的生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料(MOFs)、板上分布有紫外灯管的钢丝网及进一步吸附低浓度甲醛的生长在活性炭棉或高通纤维掺杂光触媒的MOFs材料、多孔盖顶、顶盖表面安装的气体检测模块、吸风单元和带有滑轮的底盘。其中高通过滤网孔径分布在0.1～0.5μm，且高通过滤网的孔径在厚度方向上沿风向逐渐变小，从0.5μm均匀地变化到0.1μm，厚度为20～50mm，其成分可以是纳米纤维、高空隙纤维陶瓷过滤器、电子微纤维空气过滤器或PM2.5高效过滤器。硅胶或者分子筛、MOFs和掺杂光触媒的MOFs材料通过气相层积、浸渍涂抹或者化学腐蚀的方法或嫁接的方式生长在活性炭棉或高通纤维上，即与活性炭棉或高通纤维的表面紧密结合，其中活性炭棉或高通纤维的厚度在50～100mm，孔径在0.6～2mm，孔隙率在0.85以上，孔密度在50-90PPI。除低浓度CO2的生长在活性炭棉或高通纤维上的MOFs为Mg/DOBDC，其均匀分布在活性炭棉或高通纤维内孔中。Mg/DOBDC在活性炭棉或高通纤维内孔生长的厚度为0.2～0.4mm。能够去除低浓度甲醛的生长在活性炭棉或高通纤维的MOFs为MIL-101，其中活性炭棉或高通纤维的厚度在50～200mm，孔径在0.4～0.8mm，孔密度在40～100PPI，活性炭棉或高通纤维的厚度沿进风口方向的孔隙率逐渐变小，从0.95均匀地变化到0.60。光触媒与MOFs材料按照0.1:99.9～2:98成分的配比方式通过物理掺杂的方式均匀混合，其中光触媒的成分为二氧化钛。在除CO2和甲醛之间分布有多孔的钢丝网，厚度为0.1～0.5mm，孔径4mm～8mm，上面喷有纳米银离子，纳米银离子厚度为0.0001～0.0008μm，同时通过硒焊方式固定紫外灯管，并且钢丝网上的紫外灯管与吸附甲醛层间距为10～30mm。净化后的气体可以通过监测模块，监测净化后气体的成分，然后再通过多孔的顶盖，利用顶盖上面的吸风单元使得净化后的气体流出装置。其中整个装置采用圆形或方形结构，中心聚风宽度为100～150mm通过带有滑轮的地盘可以很容易地将地盘移动。
如图1所示，本发明采用吸风单元1带动吸附装置内的气体定向流动，此时含有粉尘、PM2.5、细菌、CO2和甲醛的室内气体首先通过能够去粉尘颗粒物的高通过滤网2，利用高通过滤网2的孔径在厚度方向上沿风向逐渐变小可以逐层过滤粉尘和PM2.5颗粒；然后再通过能吸附进口气体中水蒸气并生长在活性炭棉或高通纤维3上的硅胶或者分子筛13，通过物理吸附去除水分；然后通过能够去除低浓度CO2的生长在活性炭棉或高通纤维4上的金属有机骨架材料(MOFs)14，吸附空气中的低浓度CO2；然后通过负载有银离子16的钢丝网5，利用钢丝网上的紫外灯照射12时发出的热量与银离子16相结合，除去空气中的细菌；最后进一步通过吸附低浓度甲醛的在活性炭棉或高通纤维7的MOFs材料15，利用活性炭棉或高通纤维7的孔隙率由空气进口方向由大变小的规律，可以高效地捕集甲醛有害气体，同时利用紫外灯照射12可以将富集的甲醛等有害气体降解，可以更高效率地降解富集后的甲醛，同时利用紫外灯照射12产生的热量，将甲醛降解后产生的水以水蒸气形式随空气再从多孔盖顶8释放到环境中。同时利用气体监测模块9时时监测出口气体的成分。底盘10上安装有滑轮11，可以方便的降此装置在室内移动。

Claims (7)

1.一种带杀菌的多级去除室内甲醛装置，包括高通过滤网、除水蒸气层、除二氧化碳层、钢丝网、除甲醛层、吸风单元和气体检测模块，其特征在于：所述的高通过滤网、除水蒸气层、除二氧化碳层、钢丝网和除甲醛层依次安装在空气入口和出口之间；所述的高通过滤网用于过滤粉尘颗粒物和PM2.5颗粒；所述的除水蒸气层采用硅胶或者分子筛材质，硅胶或者分子筛生长在活性炭棉或高通纤维上；所述的除二氧化碳层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料；所述的钢丝网上喷涂纳米银离子，且均布有若干紫外灯管；所述的除甲醛层采用生长在活性炭棉或高通纤维上的金属有机骨架材料，金属有机骨架材料中掺杂光触媒；所述的气体检测模块和吸风单元安装在空气出口，抽取空气由空气入口向空气出口流动，并由气体检测模块检测空气出口的甲醛浓度。
2.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述高通过滤网的孔径分布在0.1～0.5μm，厚度为20～50mm，采用纳米纤维、高空隙纤维陶瓷过滤器、电子微纤维空气过滤器或PM2.5过滤器，高通过滤网的孔径在厚度方向上沿风向逐渐变小，从0.5μm均匀变化到0.1μm。
3.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述的硅胶、分子筛或金属有机骨架材料通过气相层积、浸渍涂抹、化学腐蚀或嫁接的方式生长在活性炭棉或高通纤维上。
4.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述的除水蒸气层中，活性炭棉或高通纤维的厚度为50～100mm，孔径为0.6～2mm，孔隙率在0.85以上，孔密度为50-90PPI。
5.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述的除二氧化碳层中，金属有机骨架材料采用Mg/DOBDC，Mg/DOBDC在活性炭棉或高通纤维内孔生长的厚度为0.2～0.4mm。
6.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述的钢丝网厚度为0.1～0.5mm，孔径为4～8mm；纳米银离子的厚度为0.0001～0.0008μm，并且钢丝网上的紫外灯管与除甲醛层的间距为10～30mm。
7.根据权利要求1所述的带杀菌的多级去除室内甲醛装置，其特征在于：所述的除甲醛层中，金属有机骨架材料采用MIL-101，活性炭棉或高通纤维的厚度在50～200mm，孔径在0.4～0.8mm，孔密度为40～100PPI，活性炭棉或高通纤维的孔隙率在厚度方向上沿风向逐渐变小，从0.95均匀地变化到0.60；所述的光触媒与金属有机骨架材料按照0.1:99.9～2:98的质量比通过物理掺杂的方式均匀混合，所述的光触媒采用二氧化钛。
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