CN109847579A - 一种光催化净化装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种光催化净化装置，所述光催化净化装置包括管体、风扇、前光源支架、后光源支架、光源、绞龙叶片；所述前光源支架设于管体的一端，后光源支架设于管体的另一端，且前光源支架和后光源支架将光源架设固定于管体的轴线上；所述绞龙叶片螺旋绕设于光源外侧；所述管体内壁设有光催化剂层；所述风扇垂直于管体轴线的固定于后光源支架远离前光源支架的一端。本发明提供的光催化净化装置，可以充分利用光源，净化效率高，风阻小，适合处理大通量的空气，使空气净化效果得到极大提高；光催化模块结构简单，设计合理，可以单独或者组合模块应用于空气净化器或中央空调系统中，特别适用于家庭、实验室、办公室、工厂等室内环境中。
Description
技术领域
本发明涉及空气净化设备领域，特别是一种光催化净化装置。
背景技术
随着我国工业水平的提高，空气污染问题日益突出，特别是室内空气的污染已经引起人们的广泛关注。造成室内空气污染的主要成本包括甲醛、甲苯等挥发性有机化学成分。半导体光催化氧化净化技术利用催化剂在适宜光照条件下，普适地将有机物分子彻底矿化为无二次污染的二氧化碳和水，成为了最有潜力的VOCs污染物净化技术而倍受关注。
光催化氧化净化技术的核心是高活性的光催化剂材料的合成技术以及基于光催化反应动力学的气体净化模块设计。各种高活性的光催化剂已被广泛地开发和报道，然而实际应用中的各种光催化净化模块普遍存在风阻大、污染物净化效率低等问题，导致光催化技术难以产业化。由于光催化反应器的结构设计直接影响净化效率，需要考虑很多技术和工程问题，如催化剂负载方式，污染物质量传递与混合、反应物与催化剂的接触流动方式，光源照射方式，反应温度以及电路等。应该结合光催化剂的性质和光催化反应特点，合理设计光催化模块的结构，提高空气净化效果。
因鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种风阻小，光源利用率高，净化效率高的光催化净化装置。
为了实现上述目的，本发明提供的一种光催化净化装置，所述光催化净化装置包括管体、风扇、前光源支架、后光源支架、光源、绞龙叶片；
所述前光源支架设于管体的一端，后光源支架设于管体的另一端，且前光源支架和后光源支架将光源架设固定于管体的轴线上；
所述绞龙叶片螺旋绕设于光源外侧；
所述管体内壁设有光催化剂层；
所述风扇垂直于管体轴线的固定于后光源支架远离前光源支架的一端。
优选地，所述光催化净化装置还包括前滤网和后滤网，所述前滤网垂直于管体轴线的固定于前光源支架内，所述后滤网垂直于管体轴线的固定于后光源支架内。
优选地，所述前滤网和后滤网为静电纤维滤网或HEPA滤网中任意一种。
优选地，所述管体为石英管或玻璃管。
优选地，所述绞龙叶片采用不锈钢或铝材质制成，且绞龙叶片的表面进行抛光处理。
优选地，所述光催化剂层包括光催化剂和载体，所述光催化剂负载于载体上。
优选地，所述载体为玻璃纤维或碳纤维。
优选地，所述光催化剂层由光催化剂直接涂覆在管体内壁制成。
优选地，所述光催化剂为半导体光催化剂。
本发明提供的光催化净化装置，具有如下有益效果：
所述的光催化模块采用管式结构，光催化剂负载在载体上，光源在催化剂上方，可以充分利用光源，净化效率高；
光催化净化管引入绞龙导流叶片形成的螺旋风道能使空气与催化剂层充分接触，并且最大程度避免了光线的遮挡，抛光的表面使得光线在净化管内多次反射，提高了光源利用率和净化效率；。该结构风阻小，适合处理大通量的空气，使空气净化效果得到极大提高；
光催化模块结构简单，设计合理，可以单独或者组合模块应用于空气净化器或中央空调系统中，特别适用于家庭、实验室、办公室、工厂等室内环境中。
附图说明
图1为本发明提供的光催化净化装置的结构示意图。
图2为本发明例1中负载TiO2纳米线的玻璃纤维的扫描电镜图。
图3为本发明例4中舱内甲醛浓度变化图。
图中：
1.管体 2.风扇 3.前光源支架 4.后光源支架 5.光源 6.绞龙叶片 7.光催化剂层 8.前滤网 9.后滤网 10.固定丝杆
具体实施方式
请参考图1，本发明提供了一种光催化净化装置。
所述光催化净化装置包括管体1、风扇2、前光源支架3、后光源支架4、光源5和绞龙叶片6。
所述管体1的截面为圆形，内壁设有光催化剂层7。所述光催化剂层7用于在光源照射的条件下催化分解有机物。
所述管体1采用石英管或玻璃管，且其材质根据涂布光催化剂层7的工艺进行选择：如需高温退火则选择石英管，无需高温退回则选择玻璃管以降低成本。
所述光催化剂层7可以采用浸渍-提拉法将光催化剂负载于载体上的方式制成，亦或是采用化学气相沉积法(CVD)、原子层沉积法(ALD)等方式直接将光催化剂涂覆在管体内侧制成。
所述光催化剂采用半导体光催化剂，如TiO2、ZnO、BiOBr、g-C3N4、Ag3PO4等。所述载体则采用耐高温和贴膜性好的玻璃纤维或碳纤维。
下面结合具体实施方式对本发明中光催化剂层的工艺作出进一步说明：
例1
称取10g TiO2纳米颗粒粉末放入800mL浓度为10mol/的NaOH溶液中，超声30分钟，转移至容积为1000mL聚四氟乙烯反应釜中，在旋转均相反应器中180℃，16rpm下反应24小时，关闭电源，待反应釜冷却至室温后取下，离心洗涤至中性，随后浓度为0.1mol/L的HCl溶液酸交换12小时，洗涤至中性，加入100mL去离子水超声30分钟得到稳定的钛酸纳米线浆料，将玻璃纤维浸渍到浆料中，提拉上来后贴到石英管内壁(在本实施例中使用的石英管规格为直径50mm,长度1.2m)，60℃烘箱中烘干6小时，最后在马弗炉中600℃退火3小时，得到负载有TiO2纳米线催化剂的管体。负载TiO2纳米线的玻璃纤维的扫描电镜图如图2所示。
例2
称取10gP25氧化钛纳米颗粒粉末加入到300mL比例为1:1的乙醇-水溶液中，超声1小时形成稳定的浆液，将玻璃纤维浸渍到浆液中，提拉上来后贴到玻璃管内壁，60℃烘箱中烘干6小时得到负载有P25氧化钛纳米颗粒的管体。
例3
称取8g双氰胺和40g NH4Cl溶解于200ml去离子水中，超声15分钟，溶液于100℃烘箱中烘干4小时，将产物转移至带盖的石英坩埚中，置于马弗炉中550℃退火4小时，得到g-C3N4催化剂。称取8g退火产物g-C3N4催化剂加入到200mL去离子水中，超声1小时得到g-C3N4浆料，将玻璃纤维浸渍料中，提拉上来后贴到玻璃管内壁，80℃烘箱中烘干5小时得到负载有g-C3N4催化剂的管体。
例4
将例1中制备的负载有光催化剂的石英管作为的管体按照图1所示结构组装成光催化净化装置，放置于3立方米的密闭测试仓，注入0.43mg/m3浓度含甲醛空气，监视舱内甲醛浓度如图3所示。图3中曲线A为未启动光源条件下舱内甲醛浓度变化，曲线B为启动光源后舱内甲醛浓度变化。
应当注意的是，本发明对采用的催化剂的具体形式和涂布工艺不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
所述前光源支架3和后光源支架4分别设于管体1的两端，且安装有前光源支架3的一侧为进风口，安装有后光源支架4的一侧为出风口。所述前光源支架3和后光源支架4一前一后的将管状光源5固定架设于所述管体1的轴线上。
在本实施例中，所述光源5为紫外线灯管，但是应当注意的是，本发明对所述光源的类型不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要选择合适的光源类型。
在本实施例中，所述前光源支架3和后光源支架4均通过固定螺杆10与管体固定。但是应当注意的是，本发明对前光源支架3和后光源支架4与管体1的固定关系不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需求选择合适的固定方式。
在前光源支架3内设有前滤网8，所述前滤网8垂直于管体1轴线设置，并完全覆盖进风口的截面，用于去除悬浮大颗粒，保持光催化剂层清洁，以延长光催化剂层的寿命。
在后光源支架4内设有后滤网9，所述后滤网9垂直于管体1轴线设置，并完全覆盖出风口的截面，用于防止脱落的光催化剂粉末吹出，避免造成二次污染。
在本发明实施例中，所说前滤网8和后滤网9采用静电纤维滤网或HEPA滤网中的任意一种，但是应当注意的是，本发明对前滤网和后滤网的采用的具体滤网类型不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。
所述绞龙叶片6螺旋绕设于光源5外侧。
绞龙叶片6对进入管体1内的空气起导流作用，保证了空气与管体1内壁光催化剂层7的充分接触，提高了净化效率，同时，螺旋绕设的绞龙叶片6也不会对中心的光源5产生阻挡且该结构的管体1内空气流动的风阻也较低。
更进一步的，所述绞龙叶片6采用表面光亮的材料制成，使漫反射光线在叶片的表面反射，再次照射催化剂，极大提高光源利用率。在本发明实施例中，所述绞龙叶片采用表面进行抛光处理的不锈钢或铝片制成。
但是应当注意的是，本发明对所述绞龙叶片6的具体材质不做具体限定，本领域技术人员可根据实际需要选择合适的绞龙叶片材质。
所述风扇2垂直于管体轴线的固定于后光源支架4远离前光源支架3的一端，使空气在光催化净化装置内从进风口端向出风口端运动。
本发明提供的光催化净化装置，可以单独使用，也可以将多个光催化净化装置进行组合同时使用，以提高净化效果。
本发明提供的光催化净化装置：所述的光催化模块采用管式结构，光催化剂负载在载体上，光源在催化剂上方，可以充分利用光源，净化效率高，风阻小，适合处理大通量的空气，使空气净化效果得到极大提高；
光催化模块设置前后两个滤网，进风口滤网可去除悬浮大颗粒，保持光催化剂层清洁，延长光催化剂寿命；出风口滤网可防止脱落的催化剂粉末吹出，造成二次污染；
光催化净化管引入绞龙导流叶片，光线在净化管内被叶片多次反射反射，提高光源利用率，且保证了空气与催化剂层充分接触，提高净化效率；
光催化模块结构简单，设计合理，可以单独或者组合模块应用于空气净化器或中央空调系统中，特别适用于家庭、实验室、办公室、工厂等室内环境中。
本文中应用了具体个例对发明构思进行了详细阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离该发明构思的前提下，所做的任何显而易见的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种光催化净化装置，其特征在于，所述光催化净化装置包括管体、风扇、前光源支架、后光源支架、光源、绞龙叶片；
所述前光源支架设于管体的一端，后光源支架设于管体的另一端，且前光源支架和后光源支架将光源架设固定于管体的轴线上；
所述绞龙叶片螺旋绕设于光源外侧；
所述管体内壁设有光催化剂层；
所述风扇垂直于管体轴线的固定于后光源支架远离前光源支架的一端。
2.根据权利要求1所述的光催化净化装置，其特征在于，所述光催化净化装置还包括前滤网和后滤网，所述前滤网垂直于管体轴线的固定于前光源支架内，所述后滤网垂直于管体轴线的固定于后光源支架内。
3.根据权利要求2所述的光催化净化装置，其特征在于，所述前滤网和后滤网为静电纤维滤网或HEPA滤网中任意一种。
4.根据权利要求1所述的光催化净化装置，其特征在于，所述管体为石英管或玻璃管。
5.根据权利要求1所述的光催化净化装置，其特征在于，所述绞龙叶片采用不锈钢或铝材质制成，且绞龙叶片的表面进行抛光处理。
6.根据权利要求1所述的光催化净化装置，其特征在于，所述光催化剂层包括光催化剂和载体，所述光催化剂负载于载体上。
7.根据权利要求6所述的光催化净化装置，其特征在于，所述载体为玻璃纤维或碳纤维。
8.根据权利要求1所述的光催化净化装置，其特征在于，所述光催化剂层由光催化剂直接涂覆在管体内壁制成。
9.根据权利要求6-8任一所述的光催化净化装置，其特征在于，所述光催化剂为半导体光催化剂。
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