CN111050905A - 用于臭氧分解的催化剂结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于臭氧分解的催化剂结构，所述用于臭氧分解的催化剂结构包括包含多孔无机材料的支撑座以及位于该支撑座的内孔和表面的至少一部分上的α‑MnO2催化剂，还提供使用所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化方法、以及分别包含所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化装置和空气净化系统。

Description

用于臭氧分解的催化剂结构
技术领域
本发明的一个或多个实施例涉及用于臭氧分解的催化剂结构、使用所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化方法、以及分别包含所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化装置和空气净化系统。
背景技术
储存在储藏室中的诸如水果和蔬菜等农产品会分泌并释放出作为催熟激素的乙烯气体。释放的乙烯气体会导致其周围的农产品和/或植物以及收获的农产品枯萎。可通过使用铂催化剂的方法、使用高锰酸钾(KMnO4)的方法或使用光催化剂的方法消除乙烯气体。
在这些方法中，作为使用光催化剂的方法的一个示例，存在一种已知的使用光催化剂的方法和包含发射400纳米或更短波长的光的紫外光源的光催化剂反应器。
但是，光催化剂可使用具有短波长的光源来提高光催化剂的活性。这种光源不仅对人体有害，而且还具有以下问题：由于光源的能量密度非常高，它会产生臭氧，臭氧是从空气中的氧气转化而来的一种有害物质。
因此，需要开发一种用于臭氧分解的催化剂结构，该催化剂结构通过提高消除有害气体(例如乙烯气体)并同时分解产生的臭氧的光催化剂的活性来净化空气，还需要开发使用所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化方法、以及分别包含所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化装置和空气净化系统。
发明内容
技术问题
本发明的一个或多个实施例包括一种用于分解臭氧的催化剂结构，所述用于分解臭氧的催化剂结构用于通过分解在减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的过程中产生的臭氧来净化空气。
本发明的一个或多个实施例包括一种通过在减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的同时分解从有害气体产生的臭氧来净化空气的方法。
本发明的一个或多个实施例包括一种空气净化装置，该空气净化装置能够连续减少或消除不断产生的包含乙烯、有害细菌和臭氧的有害气体，而无需更换过滤器。
本发明的一个或多个实施例包括一种空气净化系统，该空气净化系统包括空气净化装置，该空气净化装置包含上述用于臭氧分解的催化剂结构。
技术方案
本发明的其它特征将在下文中部分地阐述，并且部分地通过本文的说明而变得明显，或者可通过实践所示实施例来了解。
根据一个或多个实施例，提供了一种用于臭氧分解的催化剂结构，该催化剂结构包括：
包含多孔无机材料的支撑座；和
布置在支撑座的内孔和表面的至少一部分上的α-MnO2催化剂。
所述多孔无机材料可包括多孔陶瓷材料。
所述多孔无机材料可包括含有50％以上的氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝成分的多孔陶瓷材料。
所述多孔陶瓷材料还可包括碱金属氧化物。
所述支撑座可以是整块石料。
所述支撑座还可包括选自玻璃、金属、塑料或它们的任何组合的材料。
所述α-MnO2催化剂可在无粘合剂的状态下固定到支撑座的内孔和表面上。
以100重量份的支撑座为基础，所述α-MnO2催化剂的量可在大约1重量份至大约10重量份范围内。
所述α-MnO2催化剂可包含直径为大约50纳米至大约5微米的α-MnO2颗粒。
所述用于臭氧分解的催化剂结构还可包括选自β-MnO2、γ-MnO2、无定形MnO2、活性炭或它们的任何组合的催化剂。
根据一个或多个实施例，一种净化空气的方法包括：
使用光催化剂反应器减少空气中所含的有害气体(包括乙烯和有害细菌)的第一过程；和
使用上述用于臭氧分解的催化剂结构分解在第一过程中产生的臭氧的第二过程。
所述光催化剂反应器可包括真空紫外线灯和围绕该真空紫外线灯布置的一个或多个光催化剂结构。
所述真空紫外线灯可包括按9:1的比率发出254纳米和185纳米的波长的光的C类紫外线灯。
所述光催化剂结构可包括基材和布置在该基材上的二氧化钛光催化剂。
所述有害气体可包括有机或无机有害气体，该有害气体包含乙烯、氨、乙醛或它们的任何组合。
所述有害细菌可包括巴西曲霉菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌亚种、或它们的任何组合。
所述用于臭氧分解的催化剂结构可包括至少一个催化剂结构。
根据一个或多个实施例，一种空气净化装置包括：
在壳体中，
控制区；
进气口区；
第一反应室，该第一反应室包含真空紫外灯和围绕该真空紫外灯布置的一个或多个光催化剂结构；
第二反应室，上述的用于臭氧分解的催化剂结构位于该第二反应室中；和
出气口区。
空气可沿单个方向流入或流出所述空气净化装置。
在进气口区和出气口区之中的至少一个内可安装有风扇。
所述用于臭氧分解的催化剂结构可包括至少一个催化剂结构。
所述进气口还可包括预过滤器。
根据一个或多个实施例，提供了一种空气净化系统，该空气净化系统包括空气净化装置，该空气净化装置包含上述用于臭氧分解的催化剂结构。
有益效果
根据一个实施例制备的用于臭氧分解的催化剂结构包括含有多孔无机材料的支撑座和布置在支撑座的内孔或表面的至少一部分上的α-MnO2催化剂，可通过分解在减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的过程中产生的臭氧来净化空气。另外，还提供了一种通过在减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的同时分解臭氧来净化空气的方法。此外，还提供了一种空气净化装置和空气净化系统，该空气净化装置和空气净化系统能够连续减少或消除不断产生的包含乙烯、有害细菌和臭氧的有害气体，而无需更换过滤器。
附图说明
通过下文中参照附图进行的实施例的说明，本发明的这些特征和/或其它特征将变得更明显，并更易理解，在附图中：
图1是示出根据一个实施例的用于臭氧分解的催化剂结构的示意图；
图2示出了例1的用于臭氧分解的催化剂结构的α-MnO2催化剂的XRD分析结果；
图3A是根据一个实施例的空气净化装置的示意图；
图3B是根据一个实施例的空气净化装置的示意性局部分解透视图；
图4是根据一个实施例的空气净化装置的内部示意图；
图5A是根据一个实施例的空气净化装置的第一反应室的内部示意图；
图5B是根据一个实施例的空气净化装置的第二反应室的内部示意图；
图6是一曲线图，示出了根据例2制造的空气净化装置在第二反应室内未安装根据例1制得的用于臭氧分解的催化剂结构时减少乙烯气体的能力的评价结果；
图7是一曲线图，示出了根据例1的用于臭氧分解的催化剂结构在第二反应室中分解在根据例2制造的空气净化装置的第一反应室中进行的去除乙烯气体等的过程中产生和积累的臭氧的能力的评价结果；
图8是一曲线图，示出了根据例2制造的空气净化装置在第二反应室内未安装根据例1制得的用于臭氧分解的催化剂结构时减少氨气的能力的评价结果；和
图9是一曲线图，示出了根据例2制造的空气净化装置在第二反应室内未安装根据例1制得的用于臭氧分解的催化剂结构时减少乙醛气体的能力的评价结果。
具体实施方式
现在将参照附图中所示的示例性实施例详细说明本发明，其中，在附图中，相似的附图标记指代相似的元件。就此而言，本发明的实施例可具有不同的形式，并且不应被理解为限于在此阐述的说明。因此，下面仅通过参照附图来说明这些实施例，以解释本说明书的各个方面。在本文中所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有组合。当在元素列表之前时出现时，诸如“至少一个”之类的表述修饰整体元素列表，而不是修饰列表的各个元素。
下面将参照附图详细说明根据本发明的示例性实施例的用于臭氧分解的催化剂结构、使用所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化方法、以及分别包含所述用于臭氧分解的催化剂结构的空气净化装置和空气净化系统。以下说明是出于说明特定实施例的目的，本公开不限于这些实施例。本公开仅由所附权利要求的范围限定。另外，在说明书和附图中，为具有基本相同的功能的相似部分或部件分配了相似的附图标记，并省略了重复的说明。
在本说明书中，除另有声明外，术语“包括”或“包含”旨在表明一个元件不排除其它元件，而是可以进一步增加和/或插入其它元件。
图1是根据一个示例性实施例的用于臭氧分解的催化剂结构10的示意图。
参考图1，用于臭氧分解的催化剂结构10可包括：包含多孔无机材料的支撑座1；以及布置在支撑座1的内孔2和表面的至少一部分上的α-MnO2催化剂3。
需要足够量的粘合剂来将α-MnO2催化剂3涂装在有机支撑座(例如常见的纤维聚集体)上，这会导致α-MnO2催化剂3的活性降低。另外，由于该有机支撑座(例如纤维聚集体)由于其柔软特性而会在外部环境(例如强酸、高温和强风)的作用下变形，因此需要进行单独的设计来固定支撑座1。
包含根据一个实施例的用于臭氧分解的催化剂结构的多孔无机材料的支撑座1具有比包含有机材料(例如聚苯并咪唑或聚酰胺)的支撑座宽的比表面积，并且表现出较高的α-MnO2催化剂活性。另外，包含多孔无机材料的支撑座1可在外部环境(例如强酸、高温和强风)的作用下保持其形状。
二氧化锰可在不同的晶体中存在，例如包括α-、β-、γ-、δ-和λ-型二氧化锰。在这些类型中，与具有不同的晶体结构的二氧化锰相比，α-MnO2催化剂3的结构具有与臭氧分解有关的大量氧空位，因而具有很高的臭氧分解催化活性。α-MnO2催化剂3可通过使原料(例如氯化锰(MnCl2·4H2O)、乙酸锰(Mn(CH3COO)2·4H2O)或硫酸锰(MnSO4·5H2O)的水溶液)与给定当量的KMnO4在室温下反应然后在水热反应器中沉淀MnO2来制备。
所述多孔无机材料可包括多孔陶瓷材料。
例如，所述多孔无机材料可包括含有50％以上的氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝成分的多孔陶瓷材料。所述多孔陶瓷材料可具有陶瓷蜂窝结构。所述多孔陶瓷材料每英寸可包含大约100至大约500个方孔，例如大约200至大约500个方孔，例如大约300至大约400个方孔。空气等可通过这些方孔流入所述多孔陶瓷材料中。
所述多孔陶瓷材料因具有很高强度和较大比表面积而能提高催化活性。另外，所述多孔陶瓷材料可降低因高透气性而引起的压力损失，并且可在实验环境(例如强酸、高温和强风)的作用下保持其形状。
所述多孔陶瓷材料的横截面可具有各种形状，例如圆形、椭圆形、矩形或正方形。所述多孔陶瓷材料例如可具有圆柱体、长方体或立方体形状，其高度和直径分别为数毫米至数十毫米。但是，此实施例不限于此，可使用本领域技术人员能获得的具有各种形状的任何多孔陶瓷材料。
所述多孔陶瓷材料还可包括碱金属氧化物。碱金属氧化物的例子可包括氧化锂、氧化钠和氧化钾。进一步包含碱金属氧化物的多孔陶瓷材料可使所述用于臭氧分解的催化剂结构即使在高温下也能保持形状而不会发生热变形。
所述支撑座1可以是整块石料。
所述支撑座1还可包括选自玻璃、金属、塑料或它们的任何组合的材料。
所述α-MnO2催化剂3可在无粘合剂的状态下固定到支撑座1的内孔和表面上。例如，颗粒形式的α-MnO2催化剂3可在没有粘合剂的状态下固定到支撑座1的内孔和表面上，从而提高催化活性。
以100重量份的支撑座1为基础，α-MnO2催化剂3的量可在大约1重量份至大约10重量份范围内。例如，以100重量份的支撑座1为基础，α-MnO2催化剂3的量可在大约2重量份至大约9重量份范围内，例如大约2重量份至大约8重量份、或大约2重量份至大约7重量份。
当α-MnO2催化剂3的量在上述范围内时，很容易将含有α-MnO2催化剂3的涂布溶液在包含多孔无机材料的支撑座1上涂覆到足够的催化活性量，并且包含多孔无机材料的支撑座1的内孔不会被堵塞。
α-MnO2催化剂3可包含直径为大约50纳米至大约5微米的α-MnO2颗粒。α-MnO2催化剂3包含的α-MnO2颗粒的直径例如可为大约60纳米至大约4微米、大约70纳米至大约3微米、或者大约80纳米至大约3微米。
在该直径范围内，使用含有α-MnO2催化剂3的涂布溶液很容易将α-MnO2催化剂3涂覆在包含多孔性无机材料的支撑座1上，并且α-MnO2催化剂3不会从包含多孔无机材料的支撑座1分离，并在涂布后保持高水平的催化活性。
所述用于臭氧分解的催化剂结构还可包括选自β-MnO2、γ-MnO2、无定形MnO2、活性炭或它们的任何组合的催化剂。
根据另一个实施例的净化空气的方法可包括：使用光催化剂反应器减少空气中的有害气体(包括乙烯和有害细菌)的第一过程；以及使用上述用于臭氧分解的催化剂结构分解在第一过程中产生的臭氧的第二过程。
所述空气净化方法可包括减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的过程(第一过程)和分解在第一过程中产生的臭氧的过程(第二过程)。根据一个实施例的空气净化方法可提供一种即使在引入含有包含乙烯和有害细菌的有害气体的空气时也能通过第一和第二过程减少甚至消除包含乙烯和有害细菌的有害气体而不会产生臭氧的方法。
所述光催化剂反应器可包括真空紫外线(UV)灯和围绕该真空紫外线灯布置的一个或多个光催化剂结构。
例如，所述光催化剂反应器可包括C型紫外线灯和围绕该C型紫外线灯布置的一个或多个光催化剂结构。所述C型紫外线灯可具有9:1比率的254纳米和185纳米波长。当在上述波长比内使用输出功率为16瓦的C型紫外线灯时，能进一步提高减少或消除包含难以被光催化剂分解的乙烯和有害细菌的有害气体的能力。通过适当地调整C型紫外线灯的数量、电压、电流或输出功率，能进一步提高减少或消除包含乙烯和有害细菌的有害气体的能力。
所述光催化剂结构可包括基材和布置在该基材上的二氧化钛光催化剂。所述基材的例子可包括但不限于分别涂有二氧化钛光催化剂的三维不锈钢网或透明玻璃管。就此而言，涂装方法可包括但不限于浸涂。
所述有害气体可包括有机或无机有害气体，该有害气体包含乙烯、氨、乙醛或它们的任何组合。所述有害细菌可包括巴西曲霉菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌亚种、或它们的任何组合。通过第一过程，在数十分钟到数小时或数十个小时后，可将有害气体或有害细菌减少到痕量或完全消除。
在第一过程中，空气中的氧气被转化为臭氧，从而导致产生过多臭氧，而在第二过程中，臭氧可在通过上述的用于臭氧分解的催化剂结构时被消除，因而可排出消除了臭氧的净化空气。用于臭氧分解的催化剂结构已在上文中说明，因此在此省略其详细说明。
所述用于臭氧分解的催化剂结构可包括至少一个催化剂结构，例如2个以上、3个以上、4个以上、5个以上、6个以上、7个以上、或8个以上的催化剂结构。随着用于臭氧分解的催化剂结构的数量增加，能进一步提高分解臭氧的能力。
图3A是根据一个实施例的空气净化装置100的示意图。
参考图3A，根据一个实施例的空气净化装置100在壳体中包括控制区101；进气口区102；第一反应室103，该第一反应室包含真空紫外灯和围绕该真空紫外灯布置的一个或多个光催化剂结构；第二反应室104，上述的用于臭氧分解的催化剂结构位于该第二反应室104中；以及出气口区105。
空气可沿单个方向流入或流出空气净化装置100。参考图3A，空气可通过开口(例如空隙或孔)从下部向上流入或流出空气净化装置100。
在进气口区103和出气口区105之中的至少一个内可安装有风扇106。参考图3A，风扇106安装在出气口区105的上表面上。出气口区105可用作用于存储净化空气的存储空间。
图3B是根据一个实施例的空气净化装置200的示意性局部分解透视图。
参考图3B，根据一个实施例的空气净化装置200在壳体201、202、203和204内包括控制区210，该控制区设有电路板211和断路器212；进气口区102，布置在第一支撑座240上的网格型第二支撑座242和预过滤器241位于该区域中；第一反应室230，C型紫外线灯221和围绕C型紫外线灯221布置的多个光催化剂结构222位于该第一反应室中；第二反应室220，上述的用于臭氧分解的催化剂结构位于该第二反应室中；出气口区250；以及安装在出气口区250的上表面上的风扇206。
控制区210、进气口区102、第一反应室230、第二反应室220和出气口区250由具有开口的隔壁彼此隔开。位于控制区210中的电路板211和断路器212电连接至第一反应室230的C型紫外线灯221和出气口区250的上表面上的风扇206。预过滤器240例如可由无纺布制成。但是，此实施例不限于此，也可使用本领域中可用的任何预过滤器材料。
图4是根据一个实施例的空气净化装置300的内部示意图。
参考图4，空气净化装置300包括进气口区310；第一反应室311，C型紫外线灯和围绕该C型紫外线灯布置的一个或多个光催化剂结构位于该第一反应室中；第二反应室312，该第二反应室连接至第一反应室311，并包含上述的用于臭氧分解的催化剂结构；以及出气口区313。
第一反应室311可通过连接管321连接至第二反应室312。
在进气口区310和出气口区113之中的至少一个内可安装有风扇。
进气口区310可按进气口的形式固定地位于第一反应室311的一个表面上，或者安装在与第一反应室311隔开的容器中。出气口区313可固定地位于第二反应室312的一个表面上，或者安装在与第二反应室312隔开的容器中。第一反应室311和/或第二反应室312可分别设有存储容器，该存储容器配置为存储从第一反应室311和/或第二反应室312流出的空气等，并通过连接管连接。
第一反应室111中的C型紫外线灯和安装在出气口区313上的风扇之中的每一个可连接至电源。
图5A是根据一个实施例制造的空气净化装置的第一反应室11的内部示意图。图5B是根据一个实施例制造的空气净化装置的第二反应室15的内部示意图。
参考图5A，C型紫外线灯12和随机布置在C型紫外线灯12周围的一个或多个光催化剂结构13位于第一反应室11中。参考图5B，在第二反应室15中叠置有多个用于臭氧分解的催化剂结构16。
另一个实施例的空气净化系统可包括空气净化装置，该空气净化装置包含上述的用于臭氧分解的催化剂结构。根据需要，所述空气净化系统还可包括控制器、温度控制器等。
在下文中将参照以下示例和对比例详细说明一个或多个实施例。但是，这些示例并非意图限制所述一个或多个实施例的目的和范围。
示例
用于臭氧分解的催化剂结构的制备
例1：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
将39.4克MnCl2·4H2O和31.6克KMnO4添加到250毫升的水中并搅拌，以获得混合溶液。将250毫升混合溶液在水热反应器中在2小时内加热到220℃，并在220℃进行反应3小时，然后将混合溶液过滤。将得到的沉淀物在100℃下干燥2小时，得到散状α-MnO2。通过在水中研磨该散状α-二氧化锰来将其分散，以制备含α-MnO2的溶液(大约10％固体含量)，得到含有具有2.5微米平均直径D50的α-MnO2颗粒的α-MnO2分散液。
准备圆形多孔堇青石整料，该石料包含50％以上含量的氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝成分，并具有93毫米直径和50毫米高度(93×50毫米/300cpsi，由Ceracomb Co.,Ltd.制造)。将该多孔堇青石整料浸入上述α-MnO2分散液中并烘干，以制备用于臭氧分解的催化剂结构，其中α-MnO2颗粒覆在该多孔堇青石整料的内孔和表面上，如图1所示。
在此情况下，以100重量份的多孔堇青石整料为基础，α-MnO2催化剂的量为5重量份。
对比例1：多孔堇青石整料
准备圆形多孔堇青石整料，该石料包含50％以上的氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝成分，并具有93毫米直径和50毫米高度(93×50毫米/300cpsi，由Ceracomb Co.,Ltd.制造)。
对比例2：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
将39.4克MnCl2·4H2O和31.6克KMnO4添加到250毫升的水中并搅拌，以获得混合溶液。将250毫升混合溶液在水热反应器中在2小时内加热到220℃，并在220℃进行反应3小时，然后将混合溶液过滤。将得到的沉淀物在100℃下干燥2小时，得到散状α-MnO2。用尼龙网包住50克散状α-MnO2，以制备用于臭氧分解的催化剂结构。
对比例3：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
按照与对比例2相同的方式制备用于臭氧分解的催化剂结构，不同之处在于，使用100克散状α-MnO2而不是50克散状α-MnO2。
对比例4：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
按照与对比例2相同的方式制备用于臭氧分解的催化剂结构，不同之处在于，使用200克散状α-MnO2而不是50克散状α-MnO2。
对比例5：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
按照与对比例2相同的方式制备用于臭氧分解的催化剂结构，不同之处在于，使用270克散状α-MnO2而不是50克散状α-MnO2。
对比例6：用于臭氧分解的催化剂结构的制备
按照与对比例2相同的方式制备用于臭氧分解的催化剂结构，不同之处在于，使用312克散状α-MnO2而不是50克散状α-MnO2。
空气净化装置的制造
例2：空气净化装置的制造
在1米×1米×1米的仓室空间内进行空气净化实验，并制造用于该实验的空气净化装置300，如图4所示。
在一个表面上设有进气口310(包括风扇)的第一反应室311的中央设置C型紫外线灯(具有9:1比率的254纳米和185纳米波长，输出功率为16瓦，型号为GPH357T5VH/4P，由Light Sources Inc.制造)，并在该C型紫外线灯的周围随机地布置通过在不锈钢网的表面和内部涂覆二氧化钛光催化剂而制成的光催化剂滤光器。用于光催化剂过滤器的二氧化钛是Degussa P25TiO2(75％锐钛矿/25％金红石；由Nippon Aerosil Co.,Ltd.制造)，所使用的不锈钢是连续结构，具有多层网格状不锈钢网，每层具有2毫米×2毫米尺寸和圆孔，C型紫外线灯插入在圆孔中，从而网格状不锈钢网沿纵向以规则的间隔彼此隔开，并通过弯折每个圆孔的中央部分而将网格状不锈钢网布置为锯齿状，然后通过浸涂进行涂覆。
在第二反应室312中叠置按照例1制备的8个用于臭氧分解的催化剂结构。将第一反应室311通过连接管321连接至第二反应室312，该连接管321用作在第一反应室中产生并流入第二反应室的含臭氧的空气的通道。在第二反应室312的一个表面上安装出气口313，净化空气从该出气口排出。在此，风扇安装在出气口313上。
此外，将第一反应室311中的C型紫外线灯和安装在出气口区313上的风扇分别连接至电源。
例3：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，在第一反应室311的中央设置C型紫外线灯(具有9:1比率的254纳米和185纳米波长，输出功率为25瓦)代替C型紫外线灯(具有9:1比率的254纳米和185纳米波长，输出功率为16瓦)。
例4-10：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，在第二反应室312中分别叠置按照例1制备的1至7个用于臭氧分解的催化剂结构。
对比例7：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，在第一反应室311的中央设置C型紫外线灯(具有365纳米紫外线波长，输出功率为15瓦)代替C型紫外线灯(具有9:1比率的254纳米和185纳米波长，输出功率为16瓦)。
对比例8：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，在第一反应室311的中央设置C型紫外线灯(具有254纳米紫外线波长，输出功率为8瓦)代替C型紫外线灯(具有9:1比率的254纳米和185纳米波长，输出功率为16瓦)。
对比例9：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，使用按照对比例1准备的多孔堇青石整料代替按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构。
对比例10-14：空气净化装置的制造
按照与例2相同的方式制造空气净化装置，不同之处在于，在第二反应室312中分别使用按照对比例2-6制备的用于臭氧分解的催化剂结构来代替按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构。
分析例1：X射线衍射(XRD)数据--含α-MnO2层的成分分析
对例1的用于臭氧分解的催化剂结构的α-MnO2催化剂进行了XRD测试。将通过水热合成方式合成的α-MnO2催化剂分散液过滤并烘干以得到粉末，并通过XRD对得到的粉末进行测试。结果在图2中示出。
以使用CuKα辐射
Figure BDA0002384318030000121
的Rigaku RINT2200HF+衍射仪作为XRD分析仪。
参考图2，按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构的α-MnO2催化剂在大约13°、大约18°、大约29°、大约37°和大约60°的衍射角(2θ)处显现出特征峰。因此，能确认用于臭氧分解的催化剂结构的α-MnO2催化剂是纯α-MnO2。
评价例1：减少有害气体能力的评价
(1)减少乙烯气体能力的评价
向1米×1米×1米的仓室空间中充入乙烯至给定浓度，并分别对按照例2、例3、对比例7和对比例8制造的空气净化装置的能力进行评价，评价方法是在第二反应室中不设置按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构条件下操作空气净化装置，以评价减少乙烯气体的能力。随着相应的空气净化装置的操作时间的延长测量残留在仓室空间中的乙烯的浓度，其结果分别在图5、表1和表2中示出。
表1
Figure BDA0002384318030000131
表2
Figure BDA0002384318030000132
参考图5，已证实，在乙烯气体的初始浓度为60ppm的情况下，按照例2制造的空气净化装置在6小时之后完全消除了乙烯气体。
参考上文的表1，已证实，在乙烯气体的初始浓度为54ppm的情况下，按照例3制造的空气净化装置在40分钟之后完全消除了乙烯气体。与此对比，参考表2，已证实，在使用对比例7和8的空气净化装置并且乙烯气体的初始浓度为50ppm时，即使在180分钟之后乙烯气体的浓度仍保持不变。
因此，已证实，与对比例7和8的空气净化装置相比，例2和例3的空气净化装置在更短的时间内完全消除了乙烯气体。此外，与按照例2制造的空气净化装置相比，按照例3制造的空气净化装置消除乙烯气体的能力有显著提高。
(2)减少氨气和乙醛气的能力的评价
在第二反应室中未安装按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构的条件下对按照例2制造的空气净化装置减少氨气和乙醛气体之中的每一种的能力进行评价。结果在图7和图8中示出。
参考图7，已证实，在氨气的初始浓度为50ppm的情况下，按照例2制造的空气净化装置在30分钟后完全消除了氨气。参考图8，已证实，在乙醛的初始浓度为40ppm的情况下，按照例2制造的空气净化装置在3小时后完全消除了乙醛气体。
因此，证实了按照例2制造的空气净化装置能在很短时间内完全消除氨气和乙醛气体。
评价例2：臭氧分解能力的评价
(1)臭氧分解能力的评价1
将按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构叠置在第二反应室中，对其分解在按照例2制造的空气净化装置的第一反应室中的消除乙烯气体等的过程中产生和积累的臭氧的能力进行评价。结果在图6中示出。
参考图6，安装在按照例2制造的空气净化装置的第二反应室中的按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构即使在20小时后仍维持大约0.16ppm臭氧浓度，表明其分解臭氧的能力很高。
(2)臭氧分解能力的评价2
在分别按照例4-10和对比例9-14制造的空气净化装置周围没有乙烯气体的状态下，通过测量由安装在第一反应室中央的C型紫外线灯产生并累积在第一反应室中的臭氧的浓度，分别对按照例1和对比例2-6制备并叠置在第二反应室中以分解臭氧的每种催化剂结构的臭氧分解能力进行评价。结果分别在表3和表4中示出。
表3
Figure BDA0002384318030000151
表4
Figure BDA0002384318030000152
参考表3，按照例1制备并安装在分别按照例4-10制造的空气净化装置的第二反应室中的用于臭氧分解的催化剂结构在3小时之后表现出0.20ppm以下的臭氧浓度，这表明其臭氧分解能力高于按照对比例1制备并安装在按照对比例9制造的空气净化装置的第二反应室中的用于臭氧分解的催化剂结构的臭氧分解能力。此外，已证实，随着按照例1制备的用于臭氧分解的催化剂结构的数目增加，臭氧分解能力提高。
与此对比，参考表4，分别安装在按照对比例10-14制造的空气净化装置的第二反应室中的按照对比例10-14制备的用于臭氧分解的催化剂结构甚至在4小时后也表现出1.55ppm以上的臭氧浓度。
在此基础上，证实了按照例1制备并安装在分别按照例4-10制造的空气净化装置的第二反应室中的用于臭氧分解的催化剂结构的臭氧分解能力高于按照对比例1-6制备并安装在分别按照对比例9-14制造的空气净化装置的第二反应室中的用于臭氧分解的催化剂结构的臭氧分解能力。
评价例3：减少有害细菌的能力的评价
使用韩国生活环境实验研究院的KS I 2008:2013标准规定的方法对例2的空气净化装置减少有害细菌(例如巴西曲霉菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌亚种)的能力进行评价。即，在将给定浓度的试验细菌分散在8立方米仓室内并使空气净化装置运转3小时之后，测定仓室内的细菌减少率，其结果在下表5中示出。
表5
编号 测试细菌 细菌减少率(％)
1 巴西曲霉菌，ATCC 9642 93.4
2 大肠杆菌，ATCC 25922 99.9
3 绿脓杆菌，ATCC 15442 99.9
4 金黄色葡萄球菌亚种(MRSA)，ATCC 33591 99.9
参考表5，按照例2制造的空气净化装置表现出很高的减少有害细菌(例如巴西曲霉菌、大肠杆菌、绿脓杆菌和金黄色葡萄球菌亚种)的能力，其细菌减少率为93.4％以上。
应理解，本文说明的实施例应仅视为说明性的，而不是用于限制目的。每个实施例中的特征或方面的说明通常应视为可用于其它实施例中的其它类似特征或方面。虽然在上文中参照附图说明了一个或多个实施例，但是本领域普通技术人员应理解，在不脱离如所附权利要求限定的本公开的精神和范围的前提下，可在形式和细节上做出各种变化。

Claims (22)

1.一种用于臭氧分解的催化剂结构，该催化剂结构包括：
包含多孔无机材料的支撑座；和
布置在支撑座的内孔和表面的至少一部分上的α-MnO2催化剂。
2.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述多孔无机材料包括多孔陶瓷材料。
3.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述多孔无机材料包括含有50％以上的氧化镁、二氧化硅和三氧化二铝成分的多孔陶瓷材料。
4.如权利要求3所述的催化剂结构，其中
所述多孔陶瓷材料还包括碱金属氧化物。
5.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述支撑座是整块石料。
6.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述支撑座还包括选自玻璃、金属、塑料或它们的任何组合的材料。
7.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述α-MnO2催化剂在无粘合剂的状态下固定到支撑座的内孔和表面上。
8.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
以100重量份的支撑座为基础，所述α-MnO2催化剂的量在大约1重量份至大约10重量份范围内。
9.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述α-MnO2催化剂包含直径为大约50纳米至大约5微米的α-MnO2颗粒。
10.如权利要求1所述的催化剂结构，其中
所述用于臭氧分解的催化剂结构还包括选自β-MnO2、γ-MnO2、无定形MnO2、活性炭和它们的任何组合的催化剂。
11.一种净化空气的方法，该方法包括：
使用光催化剂反应器减少空气中所含的包括乙烯和有害细菌的有害气体的第一过程；和
使用如权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂结构分解在第一过程中产生的臭氧的第二过程。
12.如权利要求11所述的方法，其中
所述光催化剂反应器包括：
真空紫外线灯；和
围绕该真空紫外线灯布置的一个或多个光催化剂结构。
13.如权利要求12所述的方法，其中
所述真空紫外线灯包括按9:1的比率发出254纳米和185纳米的波长的光的C类紫外线灯。
14.如权利要求12所述的方法，其中
所述光催化剂结构包括：
基材；和
布置在该基材上的二氧化钛光催化剂。
15.如权利要求11所述的方法，其中
所述有害气体包括有机或无机有害气体，该有害气体包含乙烯、氨、乙醛或它们的任何组合。
16.如权利要求11所述的方法，其中
所述有害细菌包括巴西曲霉菌、大肠杆菌、绿脓杆菌、金黄色葡萄球菌亚种，或它们的任何组合。
17.如权利要求11所述的方法，其中
所述用于臭氧分解的催化剂结构包括至少一个催化剂结构。
18.一种空气净化装置，包括：在壳体中，
控制区；
进气口区；
第一反应室，该第一反应室包含真空紫外灯和围绕该真空紫外灯布置的一个或多个光催化剂结构；
第二反应室，如权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂结构位于该第二反应室中；和
出气口区。
19.如权利要求18所述的空气净化装置，其中，
空气沿单个方向流入或流出所述空气净化装置。
20.如权利要求18所述的空气净化装置，其中，
在进气口区和出气口区之中的至少一个内安装有风扇。
21.如权利要求18所述的空气净化装置，其中，
所述用于臭氧分解的催化剂结构包括至少一个催化剂结构。
22.一种空气净化系统，包括空气净化装置，该空气净化装置包含如权利要求1所述的用于臭氧分解的催化剂结构。
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