CN110822580A - 一种密闭空间的空气质量控制系统及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种密闭空间的空气质量控制系统及应用，包括：空气净化单元，具有进风口和出风口，用于对气体进行杀菌过滤；二氧化碳去除单元，与空气净化单元连接，用于对从空气净化单元出来的气体进行二氧化碳去除等。此外，为了提高密闭空间的含氧量，还设置制氧单元以及配气单元。本发明突破了大型密闭空间空气净化、二氧化碳吸收、氧气制备等关键技术，通过集成空气净化器、二氧化碳去除单元以及制氧单元和配气单元，形成了高效、低噪、低功耗的大气环境保障系统，并且使用寿命长。

Description

一种密闭空间的空气质量控制系统及应用
技术领域
本发明涉及空气质量控制领域，具体涉及一种密闭空间的空气质量控制系统及应用。
背景技术
密闭空间的设计通常为了从事某些特定的非常规非连续性的工作或者作为求生设置而设计。典型的密闭空间体系包括：可移动式救生舱、潜艇、航天飞机、宇宙飞船和空间站等一些太空探索的载人航天器等。
密闭空间具有与外界相对隔离，进出受到限制、自然通风不良、潜在一些有害气体等问题。密闭空间中不仅因人为产生二氧化碳使得二氧化碳浓度越来越高，还存在有毒有害物质、尘埃等颗粒物。此外，密闭空间中由于与外界相对隔绝，能源的持续供给是也是一个需要解决的问题。
发明内容
为了克服以上问题，本发明旨在提供一种密闭空间的空气质量控制系统，能够有效控制密闭空间的二氧化碳浓度，还能够去除有毒有害气体，在密闭空间中创造一种可持续的高质量空气环境。
为了实现上述目的，本发明提供了一种密闭空间的空气质量控制系统，包括：
空气净化单元，具有进风口和出风口，用于对气体进行杀菌过滤；
二氧化碳去除单元，与空气净化单元连接，用于对从空气净化单元出来的气体进行二氧化碳去除。
在一些实施例中，还包括：制氧单元，配气单元；
制氧单元与配气单元连接，产生氧气输出到配气单元；
配气单元，连接二氧化碳去除单元和制氧单元，从二氧化碳去除单元出来的洁净气体进入配气单元；配气单元输入的氧气与洁净气体进行混合后输出。
在一些实施例中，还包括：进气口；进气口与空气净化单元连通，空气净化单元内具有鼓风器件，鼓风器件的运转将气体从进气口抽吸进入空气净化单元。
在一些实施例中，还包括：出气口；出气口用于向密闭空间内输出气体；出气口与进气口并排设置于一进出气设备中。
在一些实施例中，还包括：负氧离子发生单元，与配气单元的输出口连接，从配气单元输出的气体经过所述负氧离子发生单元后输出混合有负氧离子的气体。
在一些实施例中，所述负氧离子发生单元设置于所述进出气设备中。
在一些实施例中，所述空气净化单元具有一壳体，具体包括：
进气口，位于所述壳体下部，用于通入空气；
第一吸附部件，位于所述壳体内部且在所述进气口的上方；
光催化部件，位于所述壳体内部且在所述第一吸附部件的上方；并且，所述第一吸附部件与所述光催化部件之间电连接；
出气口，位于所述壳体的上部，使得净化后的空气排出。
在一些实施例中，所述光催化部件包括：至少两层灯管，以及夹设于相邻两层灯管之间的光催化净化网；所述光催化净化网与所述第一吸附部件电连接。
在一些实施例中，还包括第二吸附部件；所述第二吸附部件位于所述光催化部件和所述出气口的之间。
在一些实施例中，所述光催化部件从下往上包括：第一层灯管、第一层光催化净化网、第二层灯管、第二层光催化净化网和第三层灯管；其中，第二层光催化净化网与所述第二吸附部件电连接；第一层光催化净化网与所述第一吸附部件电连接。
在一些实施例中，所述空气净化单元采用可见光复合催化材料来进行光催化。
在一些实施例中，所述可见光复合催化材料包括：改性TiO2与石墨烯量子点、金属的复合。
在一些实施例中，所述改性TiO2为颗粒状的混晶纳米二氧化钛；所述改性TiO2包括：氮掺杂纳米二氧化钛、金属掺杂纳米二氧化钛的一种或多种。
在一些实施例中，所述二氧化碳去除单元采用高效过滤膜；高效过滤膜包括：碳纳米管阵列；以及均匀负载于碳纳米管阵列中的碳纳米管上的富氨基改性剂。在一些实施例中，所述碳纳米管阵列中相邻碳纳米管之间具有间距，且所述碳纳米管阵列的顶部或底部固定在一多孔支撑架上；多孔支撑架的孔洞与所述碳纳米管的内孔相对准连通。
在一些实施例中，所述富氨基改性剂均匀分布于所述碳纳米管的顶部以及均匀分布于碳纳米管的内壁和外壁。
在一些实施例中，所述富氨基改性剂位于所述碳纳米管的顶部且依附碳纳米管的顶部形成环形。
在一些实施例中，所述高效过滤器具体包括：
多孔支撑架，位于所述碳纳米管阵列顶部和底部；所述碳纳米管的内径对准所述多孔支撑架的第一孔洞，使得所述碳纳米管的内径和所述多孔支撑架的第一孔洞连通于外界，从而形成第一通道；所述碳纳米管的两端与所述多孔支撑架固定连接；以及，
封装外壳，连接碳纳米管阵列顶部和底部的多孔支撑架，将所述碳纳米管阵列封装于其中。
在一些实施例中，所述碳纳米管的两端分别与所述多孔支撑架利用分子键连接。
在一些实施例中，所述多孔支撑架的材料为合金；所述封装外壳为透明的；所述多孔支撑架为多孔支撑平板，所述多孔支撑平板的厚度为10～1000微米。
在一些实施例中，所述高效过滤器具有多层碳纳米管阵列，相邻碳纳米管阵列之间连接有多孔支撑架；所述多层碳纳米管阵列的碳纳米管的内孔以及多孔支撑架的第一孔洞之间均是贯通的。
在一些实施例中，所述碳纳米管阵列中相邻碳纳米管之间具有间距；所述多孔支撑架还具有第二孔洞，第二孔洞对准所述相邻碳纳米管之间的间距，从而形成第二通道。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种密闭空间的空气质量控制系统的应用，其特征在于，所述密闭空间的空气质量控制系统应用于潜艇、宇航舱。
本发明的密闭空间的空气质量控制系统，突破了大型密闭空间空气净化、二氧化碳吸收、氧气制备等关键技术，通过集成空气净化器、二氧化碳去除单元以及制氧单元和配气单元，形成了高效、低噪、低功耗的大气环境保障系统，并且使用寿命长。
附图说明
图1为本发明的一个实施例的密闭空间的空气质量控制系统的方块图
图2为本发明的一个实施例的空气净化器的三维透视结构示意图
图3为图2中的光催化净化网与吸附部件的电连接原理图
图4为图2中的空气净化器的背面的卡槽位置示意图
图5为本发明的一个较佳实施例的空气净化器的显示屏的位置示意图
图6为本发明的一个较佳实施例的可见光复合催化材料的SEM图片
图7为本发明的一个较佳实施例的空气净化器的三维透视结构示意图
图8为本发明的一个较佳实施例的空气净化器的三维透视结构示意图
图9为本发明的一个较佳实施例的过滤膜的结构示意图
图10为本发明的一个较佳实施例的碳纳米管阵列与多孔支撑架的配合关系示意图
图11为本发明的一个较佳实施例的多层碳纳米管阵列的结构示意图
图12为本发明的一个实施例的过滤膜的制备方法的流程示意图
图13为本发明的一个实施例的过滤器的制备方法的流程示意图
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚易懂，以下结合具体实施例，对本发明的内容作进一步说明。当然本发明并不局限于该具体实施例，本领域内的技术人员所熟知的一般替换也涵盖在本发明的保护范围内。
以下结合具体实施例和附图1～13对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本实施例的密闭空间的空气质量控制系统，包括：空气净化单元，具有进风口和出风口，用于对气体进行杀菌过滤；二氧化碳去除单元，与空气净化单元连接，用于对从空气净化单元出来的气体进行二氧化碳去除。此外，为了提高密闭空间的含氧量，还设置制氧单元以及配气单元。
具体的，制氧单元与配气单元连接，产生氧气输出到配气单元；配气单元，连接二氧化碳去除单元和制氧单元，从二氧化碳去除单元出来的洁净气体进入配气单元；配气单元输入的氧气与洁净气体进行混合后输出。
此外，整个密闭空间还包括进气扣和出气口，进气口与空气净化单元连通，空气净化单元内具有鼓风器件，鼓风器件的运转将气体从进气口抽吸进入空气净化单元。出气口用于向密闭空间内输出气体；出气口与进气口并排设置于一进出气设备中。
为了提高空气净化质量，提高杀菌灭菌效果，还设置了负氧离子发生单元。负氧离子发生单元与配气单元的输出口连接，从配气单元输出的气体经过所述负氧离子发生单元后输出混合有负氧离子的气体。为了提高负氧离子发生单元与上述输出气体的混合程度，较佳的，负氧离子发生单元设置于进出气设备中。
需要说明的是，进出气设备可以设置多个，针对密闭空间的排布，例如，有多个房间，进出气设备在每个房间都设置一个。
以下结合附图2～8来具体描述本实施例的控制净化单元。
请参阅图2，本实施例中，空气净化器包括一壳体00；壳体00的尺寸可以为40cm×40cm×100cm。
壳体00包括：
进气口01，位于壳体00下部，用于通入空气；具体的，壳体00内部的下方设置有鼓风机09，进气口01设置于壳体00的下部侧壁，鼓风机09与进气口01相对。考虑到本实施例中出气口08的出气方向与进气口01的进气方向垂直，鼓风机09的设置上，鼓风机09的进风方向与出风方向垂直。此外，进气口01采用多个孔洞构成，孔洞呈圆形，直径为0.2～0.6cm，较佳的，为0.5cm。这里的鼓风机09可以为220V小型风机。例如，在壳体00下部侧壁每一层都设置50～80个孔洞。
这里，在进气口01与第一吸附部件03之间还设置有过滤部件02；具体的，过滤部件02采用过滤网，例如高效空气过滤网(HEPA滤网)，过滤空气中的颗粒物，初步净化空气。
第一吸附部件03，位于壳体00内部且在进气口01的上方；具体的，第一吸附部件03为活性碳网。对空气做初步处理，吸附大部分有机物，使空气得到进一步净化。
光催化部件，位于壳体00内部且在第一吸附部件03的上方；并且，第一吸附部件03与光催化部件之间电连接；具体的，光催化部件包括：至少两层灯管05，以及夹设于相邻两层灯管05之间的光催化净化网；光催化净化网与第一吸附部件03电连接。灯管05可以每一层设置三个。光催化净化网中采用的光催化材料加入了少量的粘结剂。光催化净化网的材料为金属、光催化材料和粘结剂的复合材料。金属参与光催化作用，能够传到电子，抑制光生载流子的复合，提高光催化降解性能。较佳的，光催化净化网06为负载有光催化剂的铜网。铜网可以为紫铜网。光催化剂可以为纳米二氧化钛。这里，灯管05可以是紫外光灯管，也可以是可见光灯管，白光灯管，对应的光催化剂可以是紫外光敏感的光催化剂，也可以是对可见光或白光敏感的光催化剂。此外，光催化体由于加入金属成分还可以由复合催化材料直接制备成型，也即是，复合催化材料直接成型不需要支撑体，例如，上述的光催化剂直接成型为网状结构，而不需要铜网再做支撑。
出气口08，位于壳体00的上部，使得净化后的空气排出。具体的，出气口08设置于壳体00的顶部，还可以在出气口08设置百叶窗，有利于排气，通过摆动扇叶来调整净化气流的流动方向。
此外，这里还在出气口08和光催化部件之间设置第二吸附部件07。具体的，光催化部件从下往上包括：第一层灯管051、第一层光催化净化网061、第二层灯管052、第二层光催化净化网062和第三层灯管053。其中，第二层光催化净化网062与第二吸附部件07电连接；第一层光催化净化网061与第一吸附部件03电连接。请参阅图3并结合图2，以第一层光催化净化网061与第一吸附部件03之间的电连接为例进行说明，这里的电连接的方式为：通过一导线04将第一层光催化净化网061与第一吸附部件03进行耦合，实现电连接，并且连接一低压电源，形成回路。这里低压电源为直流电源。需要说明的是，第二层光催化净化网062与第二吸附部件07进行电连接与图3所示相同，这里不再赘述。这里，较佳的，第一层光催化净化网061与第一吸附部件03之间的间距在1～20cm。这里，采用导线耦合作用，使得第一吸附部件03和第二吸附部件07除了就有物理化学吸附能力之外，还产生电吸附作用。
在壳体00的底部还设置有支脚。支脚为可拆卸的或者为固定连接在壳体00上的。支脚可以采用滚轮，从而使得壳体00可以在滚轮的滚动下而移动。
为了提高本实施例的空气净化器的智能控制，空气净化器还设置了总电源、风速控制器、空气污染物含量检测器、以及净化模式控制器；
总电源，用于向空气净化器的各个部分供电；总电源连接灯管、鼓风机；
风速控制器，与鼓风机连接，用于控制鼓风机的风速；
空气污染物含量检测器，用于检测壳体外部的空气中污染物含量；
净化模式控制器，连接灯管，用于控制灯管的启闭，从而控制净化方式。
相配合的，请参阅图5，在壳体外侧壁设置了触摸显示屏12。触摸显示屏12中显示有电源开关选项、净化模式选项、风速控制选项以及空气污染物含量实时在线显示模块；其中，
电源开关选项连接所述总电源，通过人机交互来控制总电源的启闭；
净化模式选项连接净化模式控制器，通过人际交互选择选项后，传递指令给所述净化模式控制器，净化模式控制器根据指令来控制灯管的启闭；
风速控制选项连接风速控制器，通过人际交互发送指令给所述风速控制器，风速控制器根据指令来控制鼓风机的风速；
空气污染物含量实时在线显示模块连接空气污染物含量检测器13，空气污染物含量检测器13检测壳体外界的污染物含量，并且实时传递给空气污染物含量在线显示模块来实时显示空气污染物含量。
这里的空气污染区含量检测器13采用电化学式气体检测器。
为了清洗更换方便，请参阅图4，在壳体的后侧壁设置有可开启的暗格，打开暗格，可以将相应的部件去除。暗格对应每一层部件，例如，在过滤部件所在层对应暗格A1、第一吸附部件对应暗格A2、光催化净化部件中的第一层光催化净化网所在层对应暗格A3、第二层光催化净化网所在层对应暗格A4、以及第二吸附部件所在层对应设置有暗格A5。
在各个层部件的分布上面，为了提高每一层对空气的充分接触，各个层的分布可以采用如下设置：过滤网与鼓风机的距离大于第一吸附部件与过滤网的距离；第一吸附部件与过滤网的距离大于第二吸附部件与出风口的距离。此外，各个层之间相互平行设置。
过滤网位于鼓风机正上方10～15cm处，第一吸附部件位于过滤网正上方9～10cm处，第二吸附部件位于出风口正下方7～8cm处。铜网设置为50～60目。紫外灯管的功率采用60～70瓦。针对上述第一吸附部件、第一层紫外灯管、第一层光催化净化网、第二层紫外灯管、第二层光催化净化网和第三层紫外灯管构成的光催化部件，相邻层紫外灯管之间的距离等距，可以为20～25cm，每一层中，紫外灯管平行放置。
还需要说明的是，上述光催化净化网中采用敷在有光催化剂的铜网，光催化剂可以采用纳米光催化剂，例如纳米二氧化钛，铜网可以采用紫铜网，从而提高光催化效率。当配合紫外灯管时，光催化剂的光催化作用和紫外灯管的紫外照射均可以高效杀灭细菌和病毒，进一步提高空气净化率。
本实施例的新型空气净化器，在吸附部件和光催化部件之间设置了偏压电场，利用偏压电场来促进光催化剂的载流子分离，从而有效提高光催化净化效率。能够有效杀灭细菌、病毒、霉菌、孢子、过敏源等，还能去除室内空气中的甲醛，苯酚等有机污染气体。同时，对吸烟产生的烟雾和烟味，卫生间的不良气味，人的体味等也能够做到有效的去除。
接下来，具体描述本实施例中可见光复合催化材料。
请参阅图6，本发明的可见光复合催化材料，包括：改性TiO2与石墨烯量子点的复合。此外，为了提高可见光光催化效率，还可以包括：金属成分。该金属成分可以为过渡族金属，例如铜、锶、钽、铋等。其中，如图1所示，改性TiO2为颗粒状的混晶纳米二氧化钛。二氧化钛的晶型可以为锐钛矿、金红石、板钛矿的一种或多种的组合。混晶纳米二氧化钛可以包括：氮掺杂纳米二氧化钛、金属掺杂纳米二氧化钛等。改性TiO2的粒径在50～100nm，金属成分占整个催化材料的质量百分比大于50％。
基于上述可见光复合催化材料，能够吸收可见光或白光来进行光催化反应，提高了光催化的适用范围，光源选择更加灵活，光催化效率进一步提升。因此，将本实施例的上述可见光复合催化材料制备成光催化部件应用于空气净化方面例如空气净化器中是非常重要的选择。
此外，请参阅图7，本发明的其它实施例中的空气净化器与图2中空气净化器的区别，在于：
在第二层光催化净化网062上设置有负离子部件，负离子部件与光催化部件之间形成电连接，这里的负离子部件为负离子网或负离子板10。具体的，负离子网或负离子板10位于第三层紫外灯管053上方，负离子网或负离子板10与第二层光催化净化网062之间形成电连接，具体的，负离子网或负离子板10与第二层光催化净化网062之间采用导线11连接。负离子网或负离子板10可以产生负离子能够杀死病毒和细菌，进一步提高空气净化质量。较佳的，为了避免负离子部件与第二层光催化净化网062之间产生干扰以及提高负离子产生量，负离子部件与第二层光催化净化网062的距离为1～10cm。本实施例中的导线可以为金属材料。这里，采用导线耦合作用，使得第一吸附部件03和第二吸附部件07除了就有物理化学吸附能力之外，还产生电吸附作用。
这里，电连接的方式为：通过一导线11将负离子网或负离子板10与第二层光催化净化网062进行耦合，实现电连接，并且连接一低压电源，形成回路。这里低压电源为直流电源。
请参阅图8，本发明的其它实施例中的空气净化器与图2中空气净化器的区别，在于：
以第一层光催化净化网061与第一吸附部件03之间的电连接为例进行说明，这里的电连接的方式为：通过一导线04将第一层光催化净化网061与第一吸附部件03进行耦合，实现电连接，并且连接一低压电源，形成回路。这里低压电源为直流电源。需要说明的是，第二层光催化净化网062与第二吸附部件07进行电连接与图3所示相同，通过一导电11将第二层光催化网061与第二吸附部件07进行耦合，实现电连接，并且连接一低压电源，形成回路。这里低压电源为直流电源。这里，较佳的，第一层光催化净化网061与第一吸附部件03之间的间距在1～20cm。
这里，在第二层光催化净化网062上设置有负离子部件，负离子部件与光催化部件之间形成第二电连接，这里的负离子部件为负离子网或负离子板10，具体的，负离子网或负离子板10位于第三层紫外灯管053上方，负离子网或负离子板10与第二层光催化净化网062之间采用导线11连接。负离子网可以产生负离子能够杀死病毒和细菌，进一步提高空气净化质量。这里，第二电连接的方式为：通过一导线11将负离子网或负离子板10与第二层光催化净化网062进行耦合，实现电连接，并且连接一低压电源，形成回路。这里低压电源为直流电源。在壳体00的底部还设置有支脚。支脚为可拆卸的或者为固定连接在壳体00上的。支脚可以采用滚轮，从而使得壳体00可以在滚轮的滚动下而移动。较佳的，为了避免负离子部件与第二层光催化净化网062之间产生干扰以及提高负离子产生量，负离子部件与第二层光催化净化网062的距离为1～10cm。这里，采用导线耦合作用，使得第一吸附部件03和第二吸附部件07除了就有物理化学吸附能力之外，还产生电吸附作用。
因此，本实施例的可见光复合催化材料，基于改性TiO2与石墨烯量子点的复合材料，进一步的还可以添加金属成分，在可见光或白光光源照射下，该复合材料可以与多种有害气体发生化学反应，达到空气净化作用。由于光催化技术不存在吸附饱和现象，并且可以在白光光源下进行催化反应，可以提高净化效率，降低光源成本，避免传统紫外光照射带来的辐射伤害，使得采用该可见光复合催化材料制备的新型空气净化器的净化效率得到提高。进一步的，新型空气净化器采用第一吸附部件对空气进行初步处理，吸附拦截大部分的有机物质，采用光催化部件来快速杀灭细菌、病毒和降解TVOC，对经过第一吸附部件的空气中剩余的有机物、病毒和细菌进行处理。并且，第一吸附部件与光催化部件之间采用电连接，从而形成一回路，在第一吸附部件与光催化部件之间产生偏压电场，促进光催化过程中载流子的分离，即是空穴和电子有效分离，提升了光催化的净化效率。而且还设置负离子部件，在负离子部件与光催化部件之间电连接，不仅促进光催化过程中载流子的分离，还促进负离子部件产生负氧离子，大大提高了空气净化效率。进一步的，负离子部件采用负离子网，光催化部件中设置紫外灯管与光催化净化网；将光催化净化网与第一吸附部件电连接，例如采用一导线进行耦合，连接一低压电源，形成回路。此外，还可以设置多层灯管与多层光催化净化网，相邻两层灯管之间设置一层光催化净化网，在光催化部件上方还设置第二吸附部件，每一层光催化净化网分别于第一吸附部件和第二吸附部件相电连，从而形成多个回路形成的偏压电场，有效促进光生载流子分离，提高光催化效率。进一步的，进气口设置于壳体下部侧壁，从而增加了进气区域，出气口的出气方向与进气口的进气方向垂直，使得排出气体路径减小和阻力减小。进一步的，在进气口与第一吸附部件之间还设置了过滤部件，过滤掉空气中的颗粒物，对气体进行初步处理。同时，还对空气净化器进行了软件设计，壳体包含电源、风速控制器、空气污染物含量检测器、净化模式控制器，分别来控制电源供电、鼓风机风速、空气中污染物含量和净化模式的选择，从而使得空气净化器更加智能化，增加了应用范围。
接下来，结合附图9～13来具体描述本实施例的二氧化碳去除单元的具体结构。
请参阅图9，二氧化碳去除单元采用了高效过滤膜。高效过滤膜，包括碳纳米管阵列以及均匀负载于碳纳米管阵列中的碳纳米管上的富氨基改性剂。碳纳米管阵列为垂直碳纳米管阵列，图9所示为紧密排列的碳纳米管阵列。请参阅图10，碳纳米管阵列中相邻碳纳米管之间具有间距，且碳纳米管阵列的顶部或底部固定在一多孔支撑架00上；多孔支撑架00的孔洞K与碳纳米管的内孔相对准连通。
请参阅图9，富氨基改性剂(粗实线)均匀分布于碳纳米管的顶部、底部以及均匀分布于碳纳米管的内壁和外壁(黑点)，这里，富氨基改性剂位于碳纳米管的顶部且依附碳纳米管的顶部形成环形。需要说明的是，富氨基改性剂环形可以为虚线环形或实线环形。这里，富氨基改性剂还位于碳纳米管的底部且依附碳纳米管的底部形成环形。这里，石墨烯纳米管的内径大于富氨基改性剂形成的环形的内径。较佳的，富氨基改性剂形成的环形内径不大于2nm，石墨烯纳米管的内径为0.5～60nm。
这里的富氨基改性剂除了位于碳纳米管内壁和外壁，还可以位于碳纳米管顶部，也可以位于碳纳米管底部，也可以均位于碳纳米管顶部和底部。
此外，通过控制碳纳米管阵列的高度，来得到不同厚度的过滤膜，从而实现针对不同环境不同需求具有可调谐的过滤吸附特性。较佳的，碳纳米管阵列的高度为1～1000微米。
请参阅图12，本实施例的上述高效过滤膜的制备方法包括：
步骤01：提供碳纳米管阵列；
具体的，碳纳米管阵列的制备可以采用常规方法，需要说明的是，碳纳米管阵列是基于衬底生长的，生长出的碳纳米管阵列之间可以具有间隙，也可以不具有间隙，在生长之后还未与衬底剥离，后续生长富氨基改性剂时依然有衬底存在。
步骤02：在碳纳米管的内壁和外壁形成均匀负载的富氨基改性剂；
具体的，利用接枝工艺在碳纳米管的内壁和外壁形成均匀负载的富氨基改性剂，可以采用常规的接枝工艺来形成负载在碳纳米管的内部和外壁的富氨基改性剂。
步骤03：在碳纳米管的顶部和底部形成环形的富氨基改性剂。
具体的，将带有衬底的碳纳米管阵列正向放置，衬底在下，碳纳米管阵列在上，采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的顶部沉积富氨基改性剂。如果是只在顶部具有富氨基改性剂环形，接下来要做的是，去除衬底，衬底的去除可以采用化学腐蚀方法去除或者切割去除等。
如果是碳纳米管的顶部和底部都具有富氨基改性剂环形，则，接下来，在碳纳米管阵列的顶部沉积多孔支撑架，多孔支撑架采用合金，这里可以采用真空蒸镀的方式。然后，去除衬底，衬底的去除可以采用化学腐蚀方法去除或者切割去除等。接下来，按照多孔支撑架在下方的方式来放置碳纳米管阵列，再采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的朝上的一面沉积富氨基改性剂，此时朝上的一面为底部。从而在碳纳米管的顶部和底部都形成了富氨基改性剂。
需要说明的是，上述步骤01～03描述的过程对于具有间隙的碳纳米管阵列和不具有间隙的碳纳米管阵列均适用。然则，针对不具有间隙的碳纳米管阵列，也可以在步骤01中就去除衬底，后续形成碳纳米管顶部和底部的富氨基改性剂时，无衬底，这是因为，无间距的碳纳米管阵列具有一定的硬度，可以自支撑。
因此，高效过滤膜，采用碳纳米管阵列以及均匀负载于碳纳米管上的富氨基改性剂构成，当气体或液体从碳纳米管中穿过时，可以实现有效的过滤和吸附；再配合富氨基改性剂，进一步提高吸附和过滤效果。再者，垂直碳纳米管阵列具有良好的趋向性，对气体或液体的流向有导向作用，由于碳纳米管阵列的高度可以根据生长条件来控制，从而可以针对不同环境来设计不同高度的碳纳米管阵列，使得吸附效果和容量都可控。进一步的，碳纳米管的顶部和/或底部形成环形富氨基改性剂，在气体或液体进入碳纳米管内孔时，富氨基改性剂形成的环形可以进行充分的吸附抓取，提高吸附过滤效果。富氨基改性剂形成的环形的内径小于石墨烯碳纳米管的内径，也可以大于石墨烯碳纳米管的内径，当小于碳纳米管的内径时，能够提高环形富氨基改性剂的吸附效果，在碳纳米管孔径的基础上进一步降低碳纳米管的内孔，从而形成超细碳纳米管滤膜。由于采用接枝工艺在碳纳米管内壁和外壁形成负载的富氨基改性剂，从而提高了富氨基改性剂与碳纳米管的化学键接触，提高选择吸附性和热导率。再者，采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的两端进行原子层原位沉积，形成的富氨基改性剂能够形成单原子或多原子层的厚度，实现了富氨基改性剂与碳纳米管的化学键合以及提高了富氨基改性剂在碳纳米管上负载的数量，进一步提高吸附过滤效果。
请参阅图11，本实施例的高效过滤器具有封装外壳(未示出)，封装外壳连接碳纳米管阵列顶部和底部的多孔支撑架00，将碳纳米管阵列封装于其中。这里，碳纳米管的两端分别与多孔支撑架利用分子键连接。较佳的，多孔支撑架的材料为合金；为了便于观察过滤吸附情况，封装外壳为透明的。多孔支撑架为多孔支撑平板，为了提高吸附和过滤效率，多孔支撑平板的厚度为10～1000微米。这里，如图11所示，高效过滤器还可以具有多层碳纳米管阵列，相邻碳纳米管阵列之间连接有多孔支撑架；多层碳纳米管阵列的碳纳米管的内孔以及多孔支撑架的第一孔洞之间均是贯通的。
请参阅图13，本实施例的上述高效过滤器的制备方法包括：
步骤01：提供碳纳米管阵列；
具体的，碳纳米管阵列的制备可以采用常规方法，需要说明的是，碳纳米管阵列是基于衬底生长的，生长出的碳纳米管阵列之间可以具有间隙，也可以不具有间隙，在生长之后还未与衬底剥离，后续生长富氨基改性剂时依然有衬底存在。
步骤02：在碳纳米管的内壁和外壁形成均匀负载的富氨基改性剂；在碳纳米管的顶部和/或底部形成环形的富氨基改性剂；
具体的，利用接枝工艺在碳纳米管的内壁和外壁形成均匀负载的富氨基改性剂，可以采用常规的接枝工艺来形成负载在碳纳米管的内部和外壁的富氨基改性剂。
然后，将带有衬底的碳纳米管阵列正向放置，衬底在下，碳纳米管阵列在上，采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的顶部沉积富氨基改性剂。如果是只在顶部具有富氨基改性剂环形，接下来要做的是，去除衬底，衬底的去除可以采用化学腐蚀方法去除或者切割去除等。
如果是碳纳米管的顶部和底部都具有富氨基改性剂环形，则，接下来，在碳纳米管阵列的顶部沉积多孔支撑架，多孔支撑架采用合金，这里可以采用真空蒸镀的方式。然后，去除衬底，衬底的去除可以采用化学腐蚀方法去除或者切割去除等。接下来，按照多孔支撑架在下方的方式来放置碳纳米管阵列，再采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的朝上的一面沉积富氨基改性剂，此时朝上的一面为底部。从而在碳纳米管的顶部和底部都形成了富氨基改性剂。
步骤03：在碳纳米管阵列的顶部和底部形成多孔支撑架；碳纳米管的内径对准多孔支撑架的孔洞，使得碳纳米管的内径和多孔支撑架的孔洞连通于外界；
具体的，采用真空蒸镀的方式在碳纳米管阵列的顶部和底部形成多孔支撑架。可以先沉积一面再沉积另一面，只要能实现在碳纳米管阵列的两端都沉积形成多孔支撑架即可。
步骤04：在碳纳米管阵列外形成封装外壳，封装外壳连接碳纳米管阵列顶部和底部的多孔支撑架。
具体的，封装外壳用于将碳纳米管阵列密封，这样多孔支撑架的孔洞就构成进出碳纳米管的内孔的通道。封装外壳可以采用焊接的方式与多孔支撑架密封，这里，多孔支撑架的材料为合金，焊接方式让多孔支撑架与封装外壳更加牢固，封装外壳可以为金属或非金属。
需要说明的是，上述步骤02描述的过程对于具有间隙的碳纳米管阵列和不具有间隙的碳纳米管阵列均适用。然则，针对不具有间隙的碳纳米管阵列，也可以在步骤01中就去除衬底，后续形成碳纳米管顶部和底部的富氨基改性剂时，无衬底，这是因为，无间距的碳纳米管阵列具有一定的硬度，可以自支撑。
因此，本实施例的上述高效过滤器采用碳纳米管阵列以及均匀负载于碳纳米管上的富氨基改性剂构成，当气体或液体从碳纳米管中穿过时，可以实现有效的过滤和吸附；再配合富氨基改性剂，进一步提高吸附和过滤效果。再者，垂直碳纳米管阵列具有良好的趋向性，对气体或液体的流向有导向作用，由于碳纳米管阵列的高度可以根据生长条件来控制，从而可以针对不同环境来设计不同高度的碳纳米管阵列，使得吸附效果和容量都可控。进一步的，碳纳米管的顶部和/或底部形成环形富氨基改性剂，在气体或液体进入碳纳米管内孔时，富氨基改性剂形成的环形可以进行充分的吸附抓取，提高吸附过滤效果。富氨基改性剂形成的环形的内径小于石墨烯碳纳米管的内径，也可以大于石墨烯碳纳米管的内径，当小于碳纳米管的内径时，能够提高环形富氨基改性剂的吸附效果，在碳纳米管孔径的基础上进一步降低碳纳米管的内孔，从而形成超细碳纳米管滤膜。由于采用接枝工艺在碳纳米管内壁和外壁形成负载的富氨基改性剂，从而提高了富氨基改性剂与碳纳米管的化学键接触，提高选择吸附性和热导率。再者，采用单原子层沉积工艺在碳纳米管的两端进行原子层原位沉积，形成的富氨基改性剂能够形成单原子或多原子层的厚度，实现了富氨基改性剂与碳纳米管的化学键合以及提高了富氨基改性剂在碳纳米管上负载的数量，进一步提高吸附过滤效果。进一步的，针对相邻碳纳米管之间具有间距的情况，相对应的多孔支撑架具有与碳纳米管的内孔对应的第一孔洞以及与碳纳米管之间的间隙对应的第二孔洞，使得气体或液体从固态改性碳纳米管间隙中和内孔中均可以穿过，从而进一步提高过滤效果和吸附效果。再者，多孔支撑架采用真空蒸镀的方式形成在碳纳米管的两端，减小了对碳纳米管端部的破坏度，同时使得多孔支撑架与碳纳米管端部紧密结合，真正对碳纳米管起到支撑作用。
综上所述，本发明的密闭空间的空气质量控制系统，突破了大型密闭空间空气净化、二氧化碳吸收、氧气制备等关键技术，集成空气净化器、二氧化碳去除单元以及制氧单元和配气单元，形成了高效、低噪、低功耗的大气环境保障系统，并且使用寿命长。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然所述实施例仅为了便于说明而举例而已，并非用以限定本发明，本领域的技术人员在不脱离本发明精神和范围的前提下可作若干的更动与润饰，本发明所主张的保护范围应以权利要求书所述为准。

Claims (23)

1.一种密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，包括：
空气净化单元，具有进风口和出风口，用于对气体进行杀菌过滤；
二氧化碳去除单元，与空气净化单元连接，用于对从空气净化单元出来的气体进行二氧化碳去除。
2.根据权利要求1所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，还包括：制氧单元，配气单元；
制氧单元与配气单元连接，产生氧气输出到配气单元；
配气单元，连接二氧化碳去除单元和制氧单元，从二氧化碳去除单元出来的洁净气体进入配气单元；配气单元输入的氧气与洁净气体进行混合后输出。
3.根据权利要求1所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，还包括：进气口；进气口与空气净化单元连通，空气净化单元内具有鼓风器件，鼓风器件的运转将气体从进气口抽吸进入空气净化单元。
4.根据权利要求3所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，还包括：出气口；出气口用于向密闭空间内输出气体；出气口与进气口并排设置于一进出气设备中。
5.根据权利要求4所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，还包括：负氧离子发生单元，与配气单元的输出口连接，从配气单元输出的气体经过所述负氧离子发生单元后输出混合有负氧离子的气体。
6.根据权利要求5所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述负氧离子发生单元设置于所述进出气设备中。
7.根据权利要求1所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述空气净化单元具有一壳体，具体包括：
进气口，位于所述壳体下部，用于通入空气；
第一吸附部件，位于所述壳体内部且在所述进气口的上方；
光催化部件，位于所述壳体内部且在所述第一吸附部件的上方；并且，所述第一吸附部件与所述光催化部件之间电连接；
出气口，位于所述壳体的上部，使得净化后的空气排出。
8.根据权利要求7所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述光催化部件包括：至少两层灯管，以及夹设于相邻两层灯管之间的光催化净化网；所述光催化净化网与所述第一吸附部件电连接。
9.根据权利要求8所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，还包括第二吸附部件；所述第二吸附部件位于所述光催化部件和所述出气口的之间。
10.根据权利要求9所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述光催化部件从下往上包括：第一层灯管、第一层光催化净化网、第二层灯管、第二层光催化净化网和第三层灯管；其中，第二层光催化净化网与所述第二吸附部件电连接；第一层光催化净化网与所述第一吸附部件电连接。
11.根据权利要求1所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述空气净化单元采用可见光复合催化材料来进行光催化。
12.根据权利要求11所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述可见光复合催化材料包括：改性TiO2与石墨烯量子点、金属的复合。
13.根据权利要求12所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述改性TiO2为颗粒状的混晶纳米二氧化钛；所述改性TiO2包括：氮掺杂纳米二氧化钛、金属掺杂纳米二氧化钛的一种或多种。
14.根据权利要求1所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述二氧化碳去除单元采用高效过滤膜；高效过滤膜包括：碳纳米管阵列；以及均匀负载于碳纳米管阵列中的碳纳米管上的富氨基改性剂。
15.根据权利要求14所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述碳纳米管阵列中相邻碳纳米管之间具有间距，且所述碳纳米管阵列的顶部或底部固定在一多孔支撑架上；多孔支撑架的孔洞与所述碳纳米管的内孔相对准连通。
16.根据权利要求14所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述富氨基改性剂均匀分布于所述碳纳米管的顶部以及均匀分布于碳纳米管的内壁和外壁。
17.根据权利要求16所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述富氨基改性剂位于所述碳纳米管的顶部且依附碳纳米管的顶部形成环形。
18.根据权利要求14所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述高效过滤器具体包括：
多孔支撑架，位于所述碳纳米管阵列顶部和底部；所述碳纳米管的内径对准所述多孔支撑架的第一孔洞，使得所述碳纳米管的内径和所述多孔支撑架的第一孔洞连通于外界，从而形成第一通道；所述碳纳米管的两端与所述多孔支撑架固定连接；以及，
封装外壳，连接碳纳米管阵列顶部和底部的多孔支撑架，将所述碳纳米管阵列封装于其中。
19.根据权利要求18所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述碳纳米管的两端分别与所述多孔支撑架利用分子键连接。
20.根据权利要求18所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述多孔支撑架的材料为合金；所述封装外壳为透明的；所述多孔支撑架为多孔支撑平板，所述多孔支撑平板的厚度为10～1000微米。
21.根据权利要求18所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述高效过滤器具有多层碳纳米管阵列，相邻碳纳米管阵列之间连接有多孔支撑架；所述多层碳纳米管阵列的碳纳米管的内孔以及多孔支撑架的第一孔洞之间均是贯通的。
22.根据权利要求18所述的密闭空间的空气质量控制系统，其特征在于，所述碳纳米管阵列中相邻碳纳米管之间具有间距；所述多孔支撑架还具有第二孔洞，第二孔洞对准所述相邻碳纳米管之间的间距，从而形成第二通道。
23.一种密闭空间的空气质量控制系统的应用，其特征在于，所述密闭空间的空气质量控制系统应用于潜艇、宇航舱。
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