CN109595708A - 一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统 - Google Patents

一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统 Download PDF

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Abstract

一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，涉及一种空气调节系统。本发明解决目前光催化氧化技术反应速率不高，空气净化质量和效率偏低，空调制冷效能受阻的问题。一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统包括进气段、微电场吸附净化装置、微波增强光催化空气净化装置、微臭氧发生装置、深度空气净化装置、预加热装置、空气冷却器装置、喷蒸汽加湿装置、再热装置、送风机装置及壳体。本发明用于一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统。

Description

一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧 化空气调节系统
技术领域
本发明涉及一种空气调节系统。
背景技术
随着人们的生活水平大幅度提高，人们对居住及办公场所进行了大量的内部装修，但因装修材料、家具、办公设备及生产生活过程等释放的甲醛、苯、悬浮颗粒、新型与持久性有机污染物等有害气体、粉尘及日益严重的雾霾污染，加剧了室内空气污染程度，严重损害了人们的身体健康。因此，提高建筑室内空气品质已经逐渐成为关注的焦点。目前，载有空气净化单元的集中式及分散式空调设备是控制室内污染物、提高空气洁净度的可行方法。在诸多的空气净化技术中，基于光催化氧化技术的空气净化技术具有强氧化性，能在常温常压下将有机物污染物氧化分解，并因其所展现出能耗低、二次污染少等技术优势而逐渐受到重视，已成为制冷空调及环保节能治理新工艺中十分活跃的研究方向。但随着空气污染及雾霾加剧，空气中的颗粒污染物及有机污染物的种类变得更加的复杂，现有的光催化氧化系统在应对复杂度不断提高的空气污染状况时，往往存在着有效反应速率不高(目前室内空气仅达为80％～90％的净化度)、作为光催化氧化载体的材料对有机污染物的富集程度有限、催化剂易失活以及易产生中间有害副产物等问题，使得空气净化质量和效率偏低；同时常规空气净化单元对空气中微生物菌群的杀灭及抑制效能尚需要进一步提升，以进一步减缓后续空调表冷器铜管及翘片表面的生物膜厚度，达到提高空调制冷效能的目的。因此，提高中央空调中空气净化单元对各类有机污染物的光催化氧化效能、PM2.5等颗粒物的吸附及氧化效能、以及微生物菌群的灭杀及抑制效果，是实现室内空气质量提升，保障人们身心健康及提高空调制冷效能，降低空气调节能耗的关键所在。
发明内容
本发明是要解决目前光催化氧化技术反应速率不高，空气净化质量和效率偏低，空调制冷效能受阻的问题，而提供了一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统。
一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，它包括进气段、微电场吸附净化装置、微波增强光催化空气净化装置、微臭氧发生装置、深度空气净化装置、预加热装置、空气冷却器装置、喷蒸汽加湿装置、再热装置、送风机装置及壳体；
沿风流动方向，壳体内依次设置进气段、微电场吸附净化装置、微波增强光催化空气净化装置、预加热装置、空气冷却器装置、喷蒸汽加湿装置、再热装置、送风机装置、微臭氧发生装置及深度空气净化装置；进气段水平方向与新风管道相连通，进气段上方与垂直设置的回风管道相连通，深度空气净化装置水平方向与送风管道相连通；
所述的微电场吸附净化装置包括过滤网、立体框架、金属丝、电极板及蜂窝状吸附材料；所述的金属丝包括进风侧金属丝及出风侧金属丝；所述的电极板包括进风侧正极电极板及出风侧负极电极板；过滤网固定于立体框架上，且立体框架与过滤网围成空腔，进风侧金属丝及出风侧金属丝分别覆盖于过滤网内表面的进风侧及出风侧，进风侧正极电极板及出风侧负极电极板分别设置于立体框架两侧，且进风侧金属丝与进风侧正极电极板相连，出风侧金属丝与出风侧负极电极板相连；立体框架与过滤网围成的空腔内填充蜂窝状吸附材料，所述的蜂窝状吸附材料的比表面积>1200m2/g，孔径＜2nm的微孔容积>0.65cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积>0.25cm3/g；
所述的微波增强光催化空气净化装置包括I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置，且沿风流动方向依次设置I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置；
所述的I区活性炭纤维净化装置为1层活性炭纤维毡过滤装置，活性炭纤维毡过滤装置为活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上；
所述的活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的II区微波增强光催化空气净化装置包括2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置、微波发生器及紫外光源；原位调控活性炭纤维毡过滤装置并列设置，所述的原位调控活性炭纤维毡过滤装置为原位调控活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上，所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层，微波发生器设置于原位调控活性炭纤维毡过滤装置与预加热装置之间，紫外光源设置于2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置之间且处于弯曲段；
所述的TiO2涂层与原位调控活性炭纤维毡的质量比为(0.03～0.05):1；所述的原位调控活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的原位调控活性炭纤维毡具体是按以下步骤制备的：将纳米级银粉、纳米级铜粉、纳米级三氧化二锰、纳米级四氧化三铁、纳米级炭黑、纳米级二氧化钛与黏胶基前驱体物质充分混合，得到混合物，将混合物置于管式炉中，在温度为200℃～350℃及混合气氛的条件下，将混合物预氧化20min～30min，再在氮气气氛及温度为600℃～800℃的条件下，炭化40min～60min，得到活化料，然后以氯化钠水蒸气为活化剂，1g活化料按0.6mL/h～1.0mL/h的速度通入活化剂，在温度为850℃～890℃的条件下，进行活化160min～200min，最后将活化温度由850℃～890℃升高到900℃～950℃，以纯水蒸气为活化剂，在温度为900℃～950℃的条件下，继续活化20min～30min，得到原位调控活性炭纤维，将原位调控活性炭纤维压制成波浪型，得到原位调控活性炭纤维毡；
所述的混合气氛为CO2与氮气的混合气体，所述的混合气氛中CO2的质量百分数为50％～70％；所述的氯化钠水蒸气中氯化钠的质量百分数为1.0％～2.0％；
所述的黏胶基前驱体物质与纳米级银粉的质量比为1:(0.015～0.025)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级铜粉的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级三氧化二锰的质量比为1:(0.02～0.035)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级四氧化三铁的质量比为1:(0.03～0.04)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级炭黑的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级二氧化钛的质量比为1:(0.035～0.05)；
所述的原位调控活性炭纤维的比表面积为1400m2/g～1800m2/g，孔径＜2nm的微孔容积为0.905cm3/g～0.925cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积为0.225cm3/g～0.335cm3/g，总孔容积为1.13cm3/g～1.26cm3/g；
所述的深度空气净化装置为2层活性炭纤维毡过滤装置并列设置。
本发明的有益效果：1、本发明提出的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过光催化氧化使吸附于原位同步调控活性炭纤维孔道结构表面的有机污染物氧化，达到减少室内有机污染物，抑菌、除臭的目的；与此同时，光催化过程可以同步实现对碳纤维表面原本已经吸附饱和的点位重新释放，这实际上实现了原位同步调控活性炭纤维的表面吸附点位再生，可以有效延长碳纤维的使用时长20％～30％以上；同时通过应用原位同步调控活性炭纤维为载体能够提高光催化氧化反应速率，提高吸附效能，使室内空气达到96％～99％以上的净化度；
2、本发明提供一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，首次提出将活性炭纤维与其他物质混合进行原位制备，提出了对室内挥发性有机物及悬浮颗粒物具有高效吸附效能和同步发达中微孔结构的新型活性炭纤维定向裁制方法。为空调净化深度处理相关机理及工艺效能的研究提供了新型材料的试验研究装置及方法。
3、本发明提出的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过光催化氧化将原位调控活性炭纤维毡中吸附的细菌催化氧化，并同时抑制表冷器因除湿过程中产生的菌膜厚度的增加，减少表冷器表面粗糙度，增强表冷器的换热系数，提高空调制冷及净化效能。
4、本发明提供一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过在原位调控活性炭表面涂有TiO2薄膜及在原位活性炭制备过程中添加TiO2，避免催化剂在使用过程中存在脱落的问题，增强催化剂的活性；本发明并通过微波热效应及灭菌作用，使过程中产生的有害副产物通过微波效应有效去除。因此，本发明有效解决了催化剂易失活及易产生有害副产物的问题，增强空气净化质量及效能。
附图说明
图1为本发明一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统的结构示意图；
图2为本发明微电场吸附净化装置的结构示意图；
图3为本发明微电场吸附净化装置的左视图；
图4为本发明微电场吸附净化装置的右视图；
图5为本发明原位调控活性炭纤维毡过滤装置的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至5具体说明本实施方式，本实施方式一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，它包括进气段13、微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2、微臭氧发生装置3、深度空气净化装置4、预加热装置5、空气冷却器装置6、喷蒸汽加湿装置7、再热装置8、送风机装置9及壳体10；
沿风流动方向，壳体10内依次设置进气段13、微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2、预加热装置5、空气冷却器装置6、喷蒸汽加湿装置7、再热装置8、送风机装置9、微臭氧发生装置3及深度空气净化装置4；进气段13水平方向与新风管道11相连通，进气段13上方与垂直设置的回风管道12相连通，深度空气净化装置4水平方向与送风管道14相连通；
所述的微电场吸附净化装置1包括过滤网1-1、立体框架1-2、金属丝、电极板及蜂窝状吸附材料1-5；所述的金属丝包括进风侧金属丝1-3-1及出风侧金属丝1-3-2；所述的电极板包括进风侧正极电极板1-4-1及出风侧负极电极板1-4-2；过滤网1-1固定于立体框架1-2上，且立体框架1-2与过滤网1-1围成空腔，进风侧金属丝1-3-1及出风侧金属丝1-3-2分别覆盖于过滤网1-1内表面的进风侧及出风侧，进风侧正极电极板1-4-1及出风侧负极电极板1-4-2分别设置于立体框架1-2两侧，且进风侧金属丝1-3-1与进风侧正极电极板1-4-1相连，出风侧金属丝1-3-2与出风侧负极电极板1-4-2相连；立体框架1-2与过滤网1-1围成的空腔内填充蜂窝状吸附材料1-5，所述的蜂窝状吸附材料1-5的比表面积>1200m2/g，孔径＜2nm的微孔容积>0.65cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积>0.25cm3/g；
所述的微波增强光催化空气净化装置2包括I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置，且沿风流动方向依次设置I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置；
所述的I区活性炭纤维净化装置为1层活性炭纤维毡过滤装置2-1，活性炭纤维毡过滤装置2-1为活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上；
所述的活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的II区微波增强光催化空气净化装置包括2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2、微波发生器2-3及紫外光源2-4；原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2并列设置，所述的原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2为原位调控活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上，所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层，微波发生器2-3设置于原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2与预加热装置5之间，紫外光源2-4设置于2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2之间且处于弯曲段；
所述的TiO2涂层与原位调控活性炭纤维毡的质量比为(0.03～0.05):1；所述的原位调控活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的原位调控活性炭纤维毡具体是按以下步骤制备的：将纳米级银粉、纳米级铜粉、纳米级三氧化二锰、纳米级四氧化三铁、纳米级炭黑、纳米级二氧化钛与黏胶基前驱体物质充分混合，得到混合物，将混合物置于管式炉中，在温度为200℃～350℃及混合气氛的条件下，将混合物预氧化20min～30min，再在氮气气氛及温度为600℃～800℃的条件下，炭化40min～60min，得到活化料，然后以氯化钠水蒸气为活化剂，1g活化料按0.6mL/h～1.0mL/h的速度通入活化剂，在温度为850℃～890℃的条件下，进行活化160min～200min，最后将活化温度由850℃～890℃升高到900℃～950℃，以纯水蒸气为活化剂，在温度为900℃～950℃的条件下，继续活化20min～30min，得到原位调控活性炭纤维，将原位调控活性炭纤维压制成波浪型，得到原位调控活性炭纤维毡；
所述的混合气氛为CO2与氮气的混合气体，所述的混合气氛中CO2的质量百分数为50％～70％；所述的氯化钠水蒸气中氯化钠的质量百分数为1.0％～2.0％；
所述的黏胶基前驱体物质与纳米级银粉的质量比为1:(0.015～0.025)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级铜粉的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级三氧化二锰的质量比为1:(0.02～0.035)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级四氧化三铁的质量比为1:(0.03～0.04)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级炭黑的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级二氧化钛的质量比为1:(0.035～0.05)；
所述的原位调控活性炭纤维的比表面积为1400m2/g～1800m2/g，孔径＜2nm的微孔容积为0.905cm3/g～0.925cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积为0.225cm3/g～0.335cm3/g，总孔容积为1.13cm3/g～1.26cm3/g；
所述的深度空气净化装置4为2层活性炭纤维毡过滤装置2-1并列设置。
本实施方式新风管道11从室外引进与微波增强光催化氧化空气调节系统水平相连，回风管道12从室内引进与微波增强光催化氧化空气调节系统上端垂直连接。
本具体实施方将物理吸附剂与光催化氧化技术耦合，通过物理吸附剂的吸附作用对空气中的有机污染物及微细颗粒物质进行富集，可以提高光催化氧化的反应底物浓度和催化反应速率，并实现对催化反应中间产物的吸附去除；以吸附剂为催化剂载体，还可以提高催化剂的利用效率和活性；吸附与光催化的联用，还可以实现吸附剂表面吸附点位的原位同步再生。因此，基于物理吸附剂为载体的光催化氧化技术既可以充分发挥单一净化技术的特点，同时实现了吸附与光催化氧化的协同效能的发挥。因此，裁制新型高效的物理吸附剂，改进催化剂配制方法并优化光催化氧化装置，是实现建筑环境内部空气净化质量及效率的关键途径，更好的满足人们生产生活过程中对优质空气质量环境的需求。基于此，本具体实施方式提出一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统。
本具体实施方式进风侧金属丝1-3-1与进风侧正极电极板1-4-1相连，出风侧金属丝1-3-2与出风侧负极电极板1-4-2相连，通过外接电源在正负极内形成微电场；
由于空气中粉尘物质及有机污染物运动时大多为不规则运动并且多具有负电极性，因此附加微电场，通过金属丝导电使得负电有机污染物及粉尘向电极板正极有规则运动，归集于吸附剂表面；由于微电场作用，可加速吸附剂对颗粒粉尘及有机污染物的吸附速率，减少了空调净化的时间；同时由于粉尘通常为病菌的载体，附加微电场的微电流刺激会使蛋白质和核酸变异，产生抑菌灭菌作用。此外，由于负性粉尘及有机污染物移向正极板，使得负极板负电电流过剩，负电电流在运动过程中传递给空气，可以产生少量负氧离子，增加空气新鲜度。
本具体实施方式中微波增强光催化空气净化装置2主要利用原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2的吸附及作为催化剂载体作用、微波作用及负载的TiO2涂层光催化剂来增强光催化氧化过程，增强空气净化能力。
其中所述微波的作用主要有以下三点：
1、可利用微波的加热作用，将空气加热，冬季可取消预加热装置5及再热装置8，减少能耗。
2、微波能够诱导TiO2光催化剂，使其产生较强的羟基自由基·OH，因此可将室内有机污染物降解为二氧化碳、水等无机小分子物质，使得室内空气得以净化。
3、利用微波作用可辅助除尘，同时利用微波作用亦可使原位调控活性炭纤维毡的吸附点位再生，增强吸附能力。
本具体实施方式活性炭纤维毡为普通活性炭纤维，用于吸附1μm～10μm的粉尘及有机污染物，使新风及回风中的有害污染物在I区活性炭纤维净化装置中预先处理。
本具体实施方式通过微波发生器2-3和紫外光源2-4发射微波及紫外光激发光催化氧化过程，实现有机污染物质的吸附和催化氧化过程。
本具体实施方式所述的原位调控活性炭纤维毡为通过特殊制备方法而定向裁制的，提高了待处理空气中有机污染物的吸附效能及促进光催化氧化作用，通过分析不同黏胶基前驱体物质(炭素前体物)复配对原位调控活性炭纤维毡的孔径结构分布特性及主要性能指标的影响，选用多种类型的黏胶基前驱体物质(炭素前体物)进行复配，通过制备工艺的优化，调控原位调控活性炭纤维的孔径结构分布和主要性能指标。同时添加一些金属物质提高原位调控活性炭纤维毡的抑菌除臭作用，从而制备出可以用于空调净化装置中吸附特定有害污染物的原位调控活性炭纤维毡，达到室内空气洁净度的要求，本具体实施方式选用含有丰富的含氧活性基团的黏胶基前驱体物质为炭素前体物，从而制得含有多种金属氧化物质，并具有中微孔同步发达特性的原位调控活性炭纤维毡。
本具体实施方式在黏胶基前驱体物质中负载纳米级银粉的主要目的为使原位调控活性炭纤维毡具有抗菌抑菌的功能，当金属银与细菌等接触时，微量的银渗入到细菌体内，与细菌体内的蛋白质发生作用，使新陈代谢受阻达到抗菌抑菌的目的。在黏胶基前驱体物质中负载纳米级铜粉的主要目的为使原位调控活性炭纤维毡具有除臭功能，脱硫化氢的能力大大增加。在黏胶基前驱体物质中负载纳米级三氧化二锰和纳米级四氧化三铁的主要目的是在原位调控活性炭纤维毡中负载过渡纳米级金属锰，过渡纳米级金属锰在催化还原反应中显示出极大的优越性，使得室内有害物质的转化率得以提高，并在活化剂深度活化过程及扩孔过程中起到催化作用，纳米级四氧化三铁材料的添加，还会使得原位调控活性炭纤维毡具有微磁性，微磁场的形式可促进污染物向吸附剂表面的迁移。
本具体实施方式在黏胶基前驱体物质中负载纳米级炭黑及TiO2的主要目的是增加原位调控活性炭纤维毡中的中孔比例，使得原位调控活性炭纤维毡中微孔同步发达，中孔不但提高了分子在微孔中的扩散能力同时也提高了微孔表面的平衡覆盖率。在原位调控活性炭纤维毡制备过程中原位同步添加纳米级TiO2可以实现碳纤维材料内TiO2催化材料在炭表面的均匀分布，可增大碳纤维内部表面的催化点位数量，提高催化反应速率，同时可以减少后续TiO2涂层的负载量，降低成本。在原位调控活性炭纤维毡制备过程中，通过调节所添加混合物质的比例以及调节炭化及活化温度、时间，制得对于室内有害污染物的特定的活性炭纤维的孔径结构和吸附性能，有效改善室内空气品质。
本具体实施方式所述的TiO2涂层中TiO2是一种性能优越、稳定无毒的半导体光催化剂，在微波发生器2-3和紫外光源2-4照射下，表面激发产生电子-空穴对，电子-空穴对在电子-空穴对的作用下形成具有高氧化活性的氧自由基及羟基自由基，可以高效氧化表面的吸附物质，从而将挥发性有机物分子降解为二氧化碳和水等无机小分子物质。
本具体实施方式所述的微波发生器2-3和紫外光源2-4的作用为激发光催化氧化过程中的氧化还原反应。微波发生器2-3和紫外光源2-4同时对空气中菌群的蛋白酶产生破坏作用，起到充分抑菌灭菌的作用。其中微波发生器2-3的微波辐射作用在促进催化氧化作用的同时，还可以对空气进行加热。因此，在冬季，微波发生器2-3可以取代空调系统装置中的预加热装置5及再热装置8，由微波发生器2-3加热空气，使之温度升高，达到室内温度要求。相对于普通空调系统装置，可以减少耗能，节约资源。
本具体实施方式将微波发生器2-3和紫外光源2-4同时设置于II区微波增强光催化空气净化装置中，在冬/夏季，由微波发生器2-3提供微波及紫外光源2-4发射紫外光激发光催化氧化反应的进行；在冬季，微波亦可同时加热空气，因此可取消预加热装置5及再热装置8，减少能耗。
本具体实施方式中微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2及深度空气净化装置4选用波浪板型，相对于平板型及折板型，波浪板型有效的增加了活性炭纤维及光催化氧化部分的接触面积，使得吸附及催化氧化效率提高，减小空调系统净化时间。紫外光源2-4设置于2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2之间且处于弯曲段，使紫外光源照射到原位调控活性炭纤维毡的各个部分，使得各个吸附及光催化氧化位置点同时进行反应，加快反应速率，减少反应时间。
本具体实施方式中所述的深度空气净化装置4与I区活性炭纤维净化装置2-1设置一致，防止在微波增强光催化空气净化装置2后其他段位混入其他有害污染物及菌类物质，因此需再进一步吸附过滤，实现室内的污染物质含量几乎为零状态。同时若微臭氧发生装置段产生过量臭氧，可通过深度空气净化装置消耗一部分负氧离子，防止过量负氧离子进入室内。
本具体实施方式的优点：1、本具体实施方式提出的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过光催化氧化使吸附于原位同步调控活性炭纤维孔道结构表面的有机污染物氧化，达到减少室内有机污染物，抑菌、除臭的目的；与此同时，光催化过程可以同步实现对碳纤维表面原本已经吸附饱和的点位重新释放，这实际上实现了原位同步调控活性炭纤维的表面吸附点位再生，可以有效延长碳纤维的使用时长20％～30％以上；同时通过应用原位同步调控活性炭纤维为载体能够提高光催化氧化反应速率，提高吸附效能，使室内空气达到96％～99％以上的净化度；
2、本具体实施方式提供一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，首次提出将活性炭纤维与其他物质混合进行原位制备，提出了对室内挥发性有机物及悬浮颗粒物具有高效吸附效能和同步发达中微孔结构的新型活性炭纤维定向裁制方法。为空调净化深度处理相关机理及工艺效能的研究提供了新型材料的试验研究装置及方法。
3、本具体实施方式提出的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过光催化氧化将原位调控活性炭纤维毡中吸附的细菌催化氧化，并同时抑制表冷器因除湿过程中产生的菌膜厚度的增加，减少表冷器表面粗糙度，增强表冷器的换热系数，提高空调制冷及净化效能。
4、本具体实施方式提供一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，通过在原位调控活性炭表面涂有TiO2薄膜及在原位活性炭制备过程中添加TiO2，避免催化剂在使用过程中存在脱落的问题，增强催化剂的活性；本具体实施方式并通过微波热效应及灭菌作用，使过程中产生的有害副产物通过微波效应有效去除。因此，本具体实施方式有效解决了催化剂易失活及易产生有害副产物的问题，增强空气净化质量及效能。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一的不同点在于：所述的蜂窝状吸附材料1-5为滤料预处理后得到；所述的滤料为活性炭、沸石和竹炭颗粒中的一种或其中几种的混合物；所述的滤料粒径为4目～10目。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一的不同点在于：所述的滤料预处理是按以下步骤进行的：将滤料浸渍于质量百分数为2％～5％的盐酸中浸泡，浸泡2h～3h后冲洗，再将用盐酸浸泡后的滤料浸渍于水中，煮沸20min～30min，最后进行烘干处理。其它与具体实施方式一或二相同。
本具体实施方式滤料预处理可除去滤料本身的杂质，而且更易于吸附空气中10μm～100μm大颗粒粉尘物质及有机物。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一的不同点在于：所述的过滤网1-1为平板型或波浪型。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一的不同点在于：所述的电极板外接电源电压不高于36V。其它与具体实施方式一至四相同。
本具体实施方式中外接电源电压不高于36V，微电场电压可由外置太阳能蓄电池供电，减少能源消耗。本具体实施方式中微电场的供电方式设置为间歇式，减少电量消耗。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一的不同点在于：所述的微臭氧发生装置3内设有微臭氧发生器3-1。其它与具体实施方式一至五相同。
本具体实施方式利用微臭氧发生器产生臭氧，增加空气清新度。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一的不同点在于：所述的预加热装置5内设有气体导板。其它与具体实施方式一至六相同。
本具体实施方式中所述的预加热装置5内设有气体导板，使加热后的气体均匀有规则的进入后续段装置。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一的不同点在于：所述的微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2及预加热装置5倾斜设置于壳体10内部。其它与具体实施方式一至七相同。
本具体实施方式中所述的微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2及预加热装置5倾斜设置于壳体10内部，使得通过混合段的空气与吸附材料充分接触，增大其接触面积，加快吸附速率，减少空调净化时间。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式一至八之一的不同点在于：所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层的方法是通过溶胶-凝胶法或以环氧树脂为偶联剂将TiO2涂层负载于原位调控活性炭纤维毡上的方法。其它与具体实施方式一至八相同。
具体实施方式十：本实施方式与具体实施方式一至九之一的不同点在于：所述的黏胶基前驱体物质为黏胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、沥青基碳纤维和PAN基碳纤维中的一种或其中几种的混合物。其它与具体实施方式一至九相同。
实施例一：
结合图1至5具体说明，一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统包括进气段13、微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2、微臭氧发生装置3、深度空气净化装置4、预加热装置5、空气冷却器装置6、喷蒸汽加湿装置7、再热装置8、送风机装置9及壳体10；
沿风流动方向，壳体10内依次设置进气段13、微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2、预加热装置5、空气冷却器装置6、喷蒸汽加湿装置7、再热装置8、送风机装置9、微臭氧发生装置3及深度空气净化装置4；进气段13水平方向与新风管道11相连通，进气段13上方与垂直设置的回风管道12相连通，深度空气净化装置4水平方向与送风管道14相连通；
所述的微电场吸附净化装置1包括过滤网1-1、立体框架1-2、金属丝、电极板及蜂窝状吸附材料1-5；所述的金属丝包括进风侧金属丝1-3-1及出风侧金属丝1-3-2；所述的电极板包括进风侧正极电极板1-4-1及出风侧负极电极板1-4-2；过滤网1-1固定于立体框架1-2上，且立体框架1-2与过滤网1-1围成空腔，进风侧金属丝1-3-1及出风侧金属丝1-3-2分别覆盖于过滤网1-1内表面的进风侧及出风侧，进风侧正极电极板1-4-1及出风侧负极电极板1-4-2分别设置于立体框架1-2两侧，且进风侧金属丝1-3-1与进风侧正极电极板1-4-1相连，出风侧金属丝1-3-2与出风侧负极电极板1-4-2相连；立体框架1-2与过滤网1-1围成的空腔内填充蜂窝状吸附材料1-5，所述的蜂窝状吸附材料1-5的比表面积>1200m2/g，孔径＜2nm的微孔容积>0.65cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积>0.25cm3/g；
所述的微波增强光催化空气净化装置2包括I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置，且沿风流动方向依次设置I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置；
所述的I区活性炭纤维净化装置为1层活性炭纤维毡过滤装置2-1，活性炭纤维毡过滤装置2-1为活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上；
所述的活性炭纤维毡的厚度为3cm；
所述的II区微波增强光催化空气净化装置包括2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2、微波发生器2-3及紫外光源2-4；原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2并列设置，所述的原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2为原位调控活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上，所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层，微波发生器2-3设置于原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2与预加热装置5之间，紫外光源2-4设置于2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置2-2之间且处于弯曲段；
所述的TiO2涂层与原位调控活性炭纤维毡的质量比为0.04:1；所述的原位调控活性炭纤维毡的厚度为3cm；
所述的原位调控活性炭纤维毡具体是按以下步骤制备的：将纳米级银粉、纳米级铜粉、纳米级三氧化二锰、纳米级四氧化三铁、纳米级炭黑、纳米级二氧化钛与黏胶基前驱体物质充分混合，得到混合物，将混合物置于管式炉中，在温度为300℃及混合气氛的条件下，将混合物预氧化25min，再在氮气气氛及温度为800℃的条件下，炭化60min，得到活化料，然后以氯化钠水蒸气为活化剂，1g活化料按0.85mL/h的速度通入活化剂，在温度为850℃的条件下，进行活化180min，最后将活化温度由850℃升高到950℃，以纯水蒸气为活化剂，在温度为950℃的条件下，继续活化20min，得到原位调控活性炭纤维，将原位调控活性炭纤维压制成波浪型，得到原位调控活性炭纤维毡；
所述的混合气氛为CO2与氮气的混合气体，所述的混合气氛中CO2的质量百分数为60％；所述的氯化钠水蒸气中氯化钠的质量百分数为1.5％；
所述的黏胶基前驱体物质与纳米级银粉的质量比为1:0.02；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级铜粉的质量比为1:0.015；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级三氧化二锰的质量比为1:0.03；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级四氧化三铁的质量比为1:0.035；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级炭黑的质量比为1:0.015；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级二氧化钛的质量比为1:0.04；
所述的原位调控活性炭纤维的比表面积为1500m2/g，孔径＜2nm的微孔容积为0.905cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积为0.225cm3/g，总孔容积为1.13cm3/g；
所述的深度空气净化装置4为2层活性炭纤维毡过滤装置2-1并列设置。
所述的蜂窝状吸附材料1-5为滤料预处理后得到；所述的滤料为活性炭、沸石和竹炭颗粒的混合物；所述的滤料粒径为6目。
所述的滤料预处理是按以下步骤进行的：将滤料浸渍于质量百分数为3％的盐酸中浸泡，浸泡2h后冲洗，再将用盐酸浸泡后的滤料浸渍于水中，煮沸20min，最后进行烘干处理。
所述的过滤网1-1为平板型。
所述的电极板外接电源电压为12V。
所述的微臭氧发生装置3内设有微臭氧发生器3-1。
所述的预加热装置5内设有气体导板。
所述的微电场吸附净化装置1、微波增强光催化空气净化装置2及预加热装置5倾斜设置于壳体10内部。
所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层是通过溶胶-凝胶法将TiO2涂层负载于原位调控活性炭纤维毡上。
所述的黏胶基前驱体物质为黏胶基碳纤维。
本实施例所述的活性炭纤维毡为江苏科净炭纤维公司生产的常规活性炭纤维毡。
壳体10呈长方体形状并水平放置，新风管道11从室外引进与微波增强光催化氧化空气调节系统水平相连，回风管道12从室内引进与微波增强光催化氧化空气调节系统上端垂直连接；
进气段13为新风及回风的混合段，使新风与回风充分混合。
使用过程中首先启动待测环境温度、湿度设定系统，并开启显示室内空气质量显示器以及开启微波发生器2-3及紫外光源2-4。
在空调系统中通入室外新风及部分室内回风，新风及回风首先经过进气段13，充分混合；再经过微电场吸附净化装置1粗过滤，通过活性炭颗粒、沸石、竹炭颗粒混合吸附，并通过外加电场使10μm～100μm的大颗粒物质有规则运动，吸附于活性炭颗粒、沸石、竹炭颗粒混合吸附剂表面于电极板正极一侧，电极板负极一侧释放少量的负离子，使得室内空气中产生少量的负氧离子，提高室内清新度；再通过I区活性炭纤维净化装置，通过普通活性炭纤维毡进一步吸附，吸附其中1μm～10μm的粉尘及污染性有机物；再通过II区微波增强光催化空气净化装置，通过原位调控活性炭纤维毡与负载的TiO2涂层组成的新型复合剂对空气中的有害物质进一步吸附，并催化氧化成二氧化碳及水，同时对空气进行除臭抑菌处理。此过滤段极大程度提高空气品质。在冬季，还可通过光催化氧化过程中的微波发生器2-3对空气进行加热，因此可关闭预加热装置5及再热装置8。此方法可减少能耗，节约能源。在夏季，取消对空气的加热过程，开启空气冷却器装置6，对空气进行降温处理，然后再通过喷蒸汽加湿；此过程为对空气进行加热/冷却加湿处理，再通过送风机装置9将空气通过送风管道送入室内，在送风机后段添加微臭氧发生装置3，提高空气清新度。同时为防止在粗效过滤段及微波增强光催化空气净化装置后通过的段位再混入其他物质，因此在送风机装置9及送风管道14之间设置深度空气净化装置4，再次提高空气品质，使室内空气达到99％以上的净化度。室内几乎不含有任何危害人体的污染物。满足人们对高精度、高品质空调净化能力的要求，有益于人类身心健康的发展。

Claims (10)

1.一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于它包括进气段(13)、微电场吸附净化装置(1)、微波增强光催化空气净化装置(2)、微臭氧发生装置(3)、深度空气净化装置(4)、预加热装置(5)、空气冷却器装置(6)、喷蒸汽加湿装置(7)、再热装置(8)、送风机装置(9)及壳体(10)；
沿风流动方向，壳体(10)内依次设置进气段(13)、微电场吸附净化装置(1)、微波增强光催化空气净化装置(2)、预加热装置(5)、空气冷却器装置(6)、喷蒸汽加湿装置(7)、再热装置(8)、送风机装置(9)、微臭氧发生装置(3)及深度空气净化装置(4)；进气段(13)水平方向与新风管道(11)相连通，进气段(13)上方与垂直设置的回风管道(12)相连通，深度空气净化装置(4)水平方向与送风管道(14)相连通；
所述的微电场吸附净化装置(1)包括过滤网(1-1)、立体框架(1-2)、金属丝、电极板及蜂窝状吸附材料(1-5)；所述的金属丝包括进风侧金属丝(1-3-1)及出风侧金属丝(1-3-2)；所述的电极板包括进风侧正极电极板(1-4-1)及出风侧负极电极板(1-4-2)；过滤网(1-1)固定于立体框架(1-2)上，且立体框架(1-2)与过滤网(1-1)围成空腔，进风侧金属丝(1-3-1)及出风侧金属丝(1-3-2)分别覆盖于过滤网(1-1)内表面的进风侧及出风侧，进风侧正极电极板(1-4-1)及出风侧负极电极板(1-4-2)分别设置于立体框架(1-2)两侧，且进风侧金属丝(1-3-1)与进风侧正极电极板(1-4-1)相连，出风侧金属丝(1-3-2)与出风侧负极电极板(1-4-2)相连；立体框架(1-2)与过滤网(1-1)围成的空腔内填充蜂窝状吸附材料(1-5)，所述的蜂窝状吸附材料(1-5)的比表面积>1200m2/g，孔径＜2nm的微孔容积>0.65cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积>0.25cm3/g；
所述的微波增强光催化空气净化装置(2)包括I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置，且沿风流动方向依次设置I区活性炭纤维净化装置及II区微波增强光催化空气净化装置；
所述的I区活性炭纤维净化装置为1层活性炭纤维毡过滤装置(2-1)，活性炭纤维毡过滤装置(2-1)为活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上；
所述的活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的II区微波增强光催化空气净化装置包括2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置(2-2)、微波发生器(2-3)及紫外光源(2-4)；原位调控活性炭纤维毡过滤装置(2-2)并列设置，所述的原位调控活性炭纤维毡过滤装置(2-2)为原位调控活性炭纤维毡成波浪型并固定于波浪板型结构框架上，所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层，微波发生器(2-3)设置于原位调控活性炭纤维毡过滤装置(2-2)与预加热装置(5)之间，紫外光源(2-4)设置于2层原位调控活性炭纤维毡过滤装置(2-2)之间且处于弯曲段；
所述的TiO2涂层与原位调控活性炭纤维毡的质量比为(0.03～0.05):1；所述的原位调控活性炭纤维毡的厚度为1cm～3cm；
所述的原位调控活性炭纤维毡具体是按以下步骤制备的：将纳米级银粉、纳米级铜粉、纳米级三氧化二锰、纳米级四氧化三铁、纳米级炭黑、纳米级二氧化钛与黏胶基前驱体物质充分混合，得到混合物，将混合物置于管式炉中，在温度为200℃～350℃及混合气氛的条件下，将混合物预氧化20min～30min，再在氮气气氛及温度为600℃～800℃的条件下，炭化40min～60min，得到活化料，然后以氯化钠水蒸气为活化剂，1g活化料按0.6mL/h～1.0mL/h的速度通入活化剂，在温度为850℃～890℃的条件下，进行活化160min～200min，最后将活化温度由850℃～890℃升高到900℃～950℃，以纯水蒸气为活化剂，在温度为900℃～950℃的条件下，继续活化20min～30min，得到原位调控活性炭纤维，将原位调控活性炭纤维压制成波浪型，得到原位调控活性炭纤维毡；
所述的混合气氛为CO2与氮气的混合气体，所述的混合气氛中CO2的质量百分数为50％～70％；所述的氯化钠水蒸气中氯化钠的质量百分数为1.0％～2.0％；
所述的黏胶基前驱体物质与纳米级银粉的质量比为1:(0.015～0.025)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级铜粉的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级三氧化二锰的质量比为1:(0.02～0.035)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级四氧化三铁的质量比为1:(0.03～0.04)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级炭黑的质量比为1:(0.015～0.02)；所述的黏胶基前驱体物质与纳米级二氧化钛的质量比为1:(0.035～0.05)；
所述的原位调控活性炭纤维的比表面积为1400m2/g～1800m2/g，孔径＜2nm的微孔容积为0.905cm3/g～0.925cm3/g，孔径为2nm～50nm的中孔容积为0.225cm3/g～0.335cm3/g，总孔容积为1.13cm3/g～1.26cm3/g；
所述的深度空气净化装置(4)为2层活性炭纤维毡过滤装置(2-1)并列设置。
2.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的蜂窝状吸附材料(1-5)为滤料预处理后得到；所述的滤料为活性炭、沸石和竹炭颗粒中的一种或其中几种的混合物；所述的滤料粒径为4目～10目。
3.根据权利要求2所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的滤料预处理是按以下步骤进行的：将滤料浸渍于质量百分数为2％～5％的盐酸中浸泡，浸泡2h～3h后冲洗，再将用盐酸浸泡后的滤料浸渍于水中，煮沸20min～30min，最后进行烘干处理。
4.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的过滤网(1-1)为平板型或波浪型。
5.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的电极板外接电源电压不高于36V。
6.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的微臭氧发生装置(3)内设有微臭氧发生器(3-1)。
7.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的预加热装置(5)内设有气体导板。
8.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的微电场吸附净化装置(1)、微波增强光催化空气净化装置(2)及预加热装置(5)倾斜设置于壳体(10)内部。
9.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的原位调控活性炭纤维毡上负载有TiO2涂层的方法是通过溶胶-凝胶法或以环氧树脂为偶联剂将TiO2涂层负载于原位调控活性炭纤维毡上的方法。
10.根据权利要求1所述的一种以原位同步调控活性炭纤维为载体的微波增强光催化氧化空气调节系统，其特征在于所述的黏胶基前驱体物质为黏胶基碳纤维、酚醛基碳纤维、沥青基碳纤维和PAN基碳纤维中的一种或其中几种的混合物。
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