CN111013384A - 双波段光催化净化紫外灯管及空气净化装置 - Google Patents
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Abstract
一种双波段光催化净化紫外灯管及空气净化装置，其特征是所述的灯管由分别发出253.7nm单纯紫外线光波和185.nm+253.7nm混合紫外线光波的两段石英玻璃管热融而成。所述的空气净化装置包括双波段光催化净化紫外灯管（5）、内支架（4）、外支架（3）、内陶瓷柱（7）、外陶瓷柱（2）和外壳（6），本发明利用光解氧化技术产生的特殊波段的光线，将灯管分成不同波段的两种光波，按照产生的氨气，硫化氢，甲醛等还原性气体氧化分解成二氧化碳，二氧化氮，水。有效净化效率达到95%以上，能够彻底的分解空气中的异味怪味，细菌病毒等，具有强力的净化空气的作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保技术，尤其是一种紫外光空气净化技术，具体地说是一种双波段光催化净化紫外灯管及空气净化装置。
背景技术
在废气，臭气污染越来越严重的今天，气体处理成为越来越重要的话题，对于气体进行消毒杀菌，分解氧化处理的方法也是不断更新。现阶段气体净化主要有物理吸附，化学氧化两种方式。物理吸附(主要以活性炭为主，无杀菌消毒能力)化学处理(氧化)因成本较高，因此不适合长期使用，而且对环保而言，吸附材料氧化材料的制造及产物的后期处理都一定程度上对环境产生或多或少的影响。
对于目前市场上紫外线消毒而言，他们都存在不同的缺点，容易出现产生臭氧，臭氧量不好控制，气体接触光的时间在小空间内时间过短容易出现氧化能力不足，分解不充分等，产生多余的臭氧排放在外产生不必要的二次污染。对设备而言，容易出现消毒杀菌不够彻底，清洗较为困难，长期运行设备造成的能源浪费等等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的紫外线气体消毒分解氧化处理不彻底的问题，发明一种消毒杀菌彻底、结构简单、清洗容易、节能环保的双波段光催化净化紫外灯管，同时设计一种相配套的空气净化装置。
本发明的技术方案之一是：
一种双波段光催化净化紫外灯管，其特征是它由分别发出253.7nm单纯紫外线光波和185.nm+253.7nm混合紫外线光波的两段石英玻璃管热融而成。
所述的双波段光催化净化紫外灯管由以下方法制备而成：首先，以二氧化硅为原料，按照日光灯的制造工艺造出含硼石英和无羟基石英两种石英管，其次，将两种石英管的两端利用热融合技术粘合起来，制造得到石英玻璃管；第三，将石英玻璃管抽真空并注入高纯度水银；第四，对注有水银的热融灯管进行封头并进行电气连接；第五，用整流器控制灯管的启动电压为100-230V,输入动率25-90瓦，功率因素不小于0.98,即可实现一根石英玻璃灯管能产生紫外线光波为253.7nm单纯波和185.nm+253.7nm混合波。
所述的高纯度水银的注入量为8-10毫克。
所述的启动电压为220V,输入动率35瓦。
本发明的技术方案之二是：
一种安装有双波段光催化净化紫外灯管的空气净化装置，其特征是它包括双波段光催化净化紫外灯管5、内支架4、外支架3、内陶瓷柱7、外陶瓷柱2和外壳6，双波段光催化净化紫外灯管5的两端安装有遮光板1，内陶瓷柱7和内支架4间隔套装在双波段光催化净化紫外灯管5并将紫外光发光工作段罩住，外陶瓷柱2套装在内陶瓷柱7和内支架4上，外支架3将外陶瓷柱2支撑固定在外壳6中，且外支架3的位置与内支架4间隔相对以便形成走气通道；所述的内陶瓷柱7设有供被净化气体流经的径向通孔和轴向通孔，所述的外陶瓷柱2上设有与内陶瓷柱7上的径向通孔相配的径向通孔，同时还设有供被处理气体轴各流动的通孔；所述的外陶瓷柱2的两端名安装有堵头8，靠近双波段光催化净化紫外灯管5的双波段紫外光发生端的堵头8的内孔为进气孔，靠近双波段光催化净化紫外灯管5的单波段紫外光发生端的堵头8的内孔为出气孔；被处理气体从进气孔沿轴各进入内陶瓷柱7中进行光解，遇到内支呆4的阻挡，然后沿内陶瓷柱7的径向孔进入外陶瓷柱2的径向通孔进行光解反应中，进入由外壳6、外支架3和外陶瓷柱7形成的空间中，在气压作用下再次进入外陶瓷柱2的径向通孔中并再次进入内陶瓷柱7中进行光解，然后再进入外陶瓷柱2上的径向孔中进行光解反应后进入另一个由外壳6、外支架3和外陶瓷柱7形成的空间中，以此类推，直至从出气口中流出。
所述的外陶瓷柱2的径向通孔表面涂有TiO2涂层，所述的内陶瓷柱7的径向通孔和轴向通孔中均涂有TiO2涂层。
所述的外陶瓷柱2的径向通孔的孔径为1-2毫米。
所述的内支架4的数量为3个，外支架3的数量为四个。
所述的内支架4将光解区分为四个光解分区，以增加被处理气体流经紫外灯管的时间，延长分解时间，增加分解效果。
本发明的有益效果：
本发明利用光解氧化技术产生的特殊波段的光线，将灯管分成不同波段的两种光波，按照产生的氨气，硫化氢，甲醛等还原性气体氧化分解成二氧化碳，二氧化氮，水。有效净化效率达到95％以上，能够彻底的分解空气中的异味怪味，细菌病毒等，具有强力的净化空气的作用。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。图中箭头走向表示气体流向。
图2是本发明的外陶瓷柱的截面示意图。图中径赂孔径为1-2毫米，径向通孔内镀纳米TiO2光催化剂，内径为内径φ30mm外径φ58mm。
图3是本发明的双波段紫外灯结构示意图。(I)区用含硼石英，(II)区用无羟基石英；内充Hg,，(I)区发射253.7nm紫外线，(II)区发射185nm+.253.7nm紫外线，灯管外径φ20nm。
图4是本发明的内支架的横截面示意图。材料为四氟或陶瓷，内/外径为φ20nm/30nm。
图5是本发明的外支架的横截面示意图。材料为四氟或陶瓷，内/外径为φ58nm/70nm。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图3所示。
一种双波段光催化净化紫外灯管，它由分别发出253.7nm单纯紫外线光波(I)和185.nm+253.7nm混合紫外线光波(II)的两段石英玻璃管热融而成。制备方法是：首先，以二氧化硅为原料，按照日光灯的制造工艺造出含硼石英和无羟基石英两种石英管，其次，将两种石英管的两端利用热融合技术粘合起来，制造得到石英玻璃管；第三，将石英玻璃管抽真空并注入8-10毫克高纯度水银；第四，对注有水银的热融灯管进行封头并进行电气连接；第五，用整流器控制灯管的启动电压为100-230V(最佳为220V),输入动率25-90瓦(最佳为35W)，功率因素不小于0.98,即可实现一根石英玻璃灯管能产生紫外线光波为253.7nm单纯波和185.nm+253.7nm混合波。灯管外径φ20mm。
实施例二。
如图1-5所示。
一种空气净化装置，它包括双波段光催化净化紫外灯管5(如图3)、内支架4(如图4)、外支架3(如图5)、内陶瓷柱7、外陶瓷柱2(如图2)和外壳6(筒体结构，材料可为金属.合金.或者塑料，内涂纳米TiO2光催化剂)，双波段光催化净化紫外灯管5的两端安装有遮光板1，如图1所示，内陶瓷柱7和内支架4间隔套装在双波段光催化净化紫外灯管5并将紫外光发光工作段罩住，外陶瓷柱2套装在内陶瓷柱7和内支架4上，外陶瓷柱2的径向通孔表面涂有TiO2涂层，径向通孔的孔径为1-2毫米。外支架3将外陶瓷柱2支撑固定在外壳6中，且外支架3的位置与内支架4间隔相对以便形成走气通道；所述的内陶瓷柱7设有供被净化气体流经的径向通孔和轴向通孔，所述的内陶瓷柱7的径向通孔和轴向通孔中均涂有TiO2涂层。所述的外陶瓷柱2上设有与内陶瓷柱7上的径向通孔相配的径向通孔，同时还设有供被处理气体轴各流动的通孔；所述的外陶瓷柱2的两端名安装有堵头8，靠近双波段光催化净化紫外灯管5的双波段紫外光发生端的堵头8的内孔为进气孔，靠近双波段光催化净化紫外灯管5的单波段紫外光发生端的堵头8的内孔为出气孔；所述的内支架4的数量为3个，外支架3的数量为四个。所述的内支架4将光解区分为四个光解分区，以增加被处理气体流经紫外灯管的时间，延长分解时间，增加分解效果。被处理气体从进气孔沿轴各进入内陶瓷柱7中进行光解，遇到内支呆4的阻挡，然后沿内陶瓷柱7的径向孔进入外陶瓷柱2的径向通孔进行光解反应中，进入由外壳6、外支架3和外陶瓷柱7形成的空间中，在气压作用下再次进入外陶瓷柱2的径向通孔中并再次进入内陶瓷柱7中进行光解，然后再进入外陶瓷柱2上的径向孔中进行光解反应后进入另一个由外壳6、外支架3和外陶瓷柱7形成的空间中，以此类推，直至从出气口中流出，如图1中箭头所示。
本发明的工作原理是：
被净化的空气气体流向如图1所示，由风机驱动。双波段紫外灯5的(I)区发射253.7nm紫外光，(II)区发射185nm和253.7nm混合紫外光。紫外光可以射入如图2中，涂有纳米TiO2光催化剂的外陶瓷柱2的径向通孔中，并有少量紫外光照射到涂有纳米TiO2的外壳6的筒体内壁上。
含有有机污染物的空气(以甲醛为例)进入(II)区，则在185nm和253.7nm照射下有如下反应：
α)主反应：
纳米TiO2在185nm和253.7nm照射下：
空气中H2O蒸汽与空气(n+)作用产生OH·
h++H2O→OH·+H·+h
OH·与H2CO(甲醛)反应生成CO2和H2O
4OH·+H2CO→CO2+3H2O
由于
也具有强氧化性，继续与H2CO(甲醛)反应生成CO2和H2O
b)二次反应：
①甲醛(H2CO)直接吸收185nm紫外光发生光解产生HCO·
4HCO·+3O2→2H2O+4CO2
②185nm紫外光作用于O2产生O·
O·与H2CO(甲醛)反应生成CO2和H2O
2O·+H2CO→H2O+CO2
③O·与O2反应生成O3.。
从(II)区流入的空气中部分甲醛被降解为CO2和水，并有少量的O3，O3这股气体进入(I)区后被进一步净化。
主反应：
h++H2O→OH·+H+
4OH·+H2CO→CO2+H2O
次反应：
O·+O3→2O2
这样含有甲醛(H2CO)的空气净化并不产生O3。
其他的有机污染物，如苯系物，醇，酯等，都有类似的光催化降解作用，但其降解过程更复杂，但是只要有足够的作用时间，这些污染物也能在185nm和253.7nm光射下被纳米TiO2降解为CO2和水。
紫外光照射到小孔(φ1～2mm)的内壁上(涂有TiO2光催化剂)，而气体也流过小孔，有效地增加了作用时间，使甲醛充分地光催化降解。
由185nm光子能量到达6.7ev,因此如苯，甲苯，醇，酯等有机物能被激发或者光解。提高了有机污染物的光催化降解效果。
双波段光催化净化技术测试性能测试。
| 序号 | 测试环境 | 进风口 | 净化器排放口 | 净化效率 |
| 1 | 温度 | 27℃ | 27℃ | |
| 2 | 湿度 | 5.6％ | 5.6％ | |
| 3 | 风量 | 60m<sup>3</sup>/h | 60m<sup>3</sup>/h | |
| 4 | 甲醛含量 | 1.6mg/m3 | 0.021mg/m3 | 98.6％ |
| 5 | 挥发性有机物含量 | 3mg/m3 | 0.012mg/m3 | 99.6％ |
| 6 | 细菌微生物 | 6000cfu/m3 | 31cfu/m3 | 99.4％ |
| 7 | 臭氧浓度 | 62ug/m3 | 63cfu/m3 | 臭氧含量上升1.6％ |
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种双波段光催化净化紫外灯管，其特征是它由分别发出253.7nm 单纯紫外线光波和185.nm+253.7nm混合紫外线光波的两段石英玻璃管热融而成。
2.根据权利要求1所述的双波段光催化净化紫外灯管，其特征是它由以下方法制备而成：首先，以二氧化硅为原料，按照日光灯的制造工艺造出含硼石英和无羟基石英两种石英管，其次，将两种石英管的两端利用热融合技术粘合起来，制造得到石英玻璃管；第三，将石英玻璃管抽真空并注入高纯度水银；第四，对注有水银的热融灯管进行封头并进行电气连接；第五，用整流器控制灯管的启动电压为100-230V,输入动率25-90瓦，功率因素不小于0.98,即可实现一根石英玻璃灯管能产生紫外线光波为253.7nm 单纯波和185.nm+253.7nm混合波。
3.根据权利要求2所述的双波段光催化净化紫外灯管，其特征是所述的高纯度水银的注入量为8-10毫克。
4.根据权利要求2所述的双波段光催化净化紫外灯管，其特征是所述的启动电压为220V,输入动率35瓦。
5.一种安装有权利要求1所述的双波段光催化净化紫外灯管的空气净化装置，其特征是它包括双波段光催化净化紫外灯管（5）、内支架（4）、外支架（3）、内陶瓷柱（7）、外陶瓷柱（2）和外壳（6），双波段光催化净化紫外灯管（5）的两端安装有遮光板（1），内陶瓷柱（7）和内支架（4）间隔套装在双波段光催化净化紫外灯管（5）并将紫外光发光工作段罩住，外陶瓷柱（2）套装在内陶瓷柱（7）和内支架（4）上，外支架（3）将外陶瓷柱（2）支撑固定在外壳（6）中，且外支架（3）的位置与内支架（4）间隔相对以便形成走气通道；所述的内陶瓷柱（7）设有供被净化气体流经的径向通孔，所述的外陶瓷柱（2）上设有与内陶瓷柱（7）上的径向通孔相配的径向通孔和轴向通孔，同时还设有供被处理气体轴各流动的通孔；所述的外陶瓷柱（2）的两端名安装有堵头（8），靠近双波段光催化净化紫外灯管（5）的双波段紫外光发生端的堵头（8）的内孔为进气孔，靠近双波段光催化净化紫外灯管（5）的单波段紫外光发生端的堵头（8）的内孔为出气孔；被处理气体从进气孔沿轴各进入内陶瓷柱（7）中进行光解，遇到内支呆（4）的阻挡，然后沿内陶瓷柱（7）的径向孔进入外陶瓷柱（2）的径向通孔进行光解反应中，进入由外壳（6）、外支架（3）和外陶瓷柱（7）形成的空间中，在气压作用下再次进入外陶瓷柱（2）的径向通孔中并再次进入内陶瓷柱（7）中进行光解，然后再进入外陶瓷柱（2）上的径向孔中进行光解反应后进入另一个由外壳（6）、外支架（3）和外陶瓷柱（7）形成的空间中，以此类推，直至从出气口中流出。
6.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征是所述的外陶瓷柱（2）的径向通孔表面涂有TiO2涂层，所述的内陶瓷柱（7）的径向通孔和轴向通孔中均涂有TiO2涂层。
7.根据权利要求5或6所述的空气净化装置，其特征是所述的外陶瓷柱（2）的径向通孔的孔径为1-2毫米。
8.根据权利要求5所述的空气净化装置，其特征是所述的内支架（4）的数量为3个，外支架（3）的数量为四个。
9.根据权利要求8所述的空气净化装置，其特征是所述的内支架（4）将光解区分为四个光解分区，以增加被处理气体流经紫外灯管的时间，延长分解时间，增加分解效果。
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