CN111542346A - 用于光电化学空气净化的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种空气净化系统，包括：过滤器组件，所述过滤器组件包括包含纤维介质的基底和设置在基底上的光催化材料，其中所述光催化材料包括第一量的压碎的纳米结构；以及光子源，所述光子源被布置成用光学辐射照射光催化材料。

Description

用于光电化学空气净化的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年10月17日提交的美国临时申请序列号62/573,624的权益，该美国临时申请通过此引用以其整体并入本文。
政府许可权
本发明根据由美国环境保护局(United States Environmental ProtectionAgency)授予的合同号EP-D-15-027在政府支持下进行。政府在本发明中具有某些权利。
技术领域
本发明大体上涉及空气净化领域，并且更具体地，涉及在空气净化领域中用于光电化学空气净化的新的且有用的系统和方法。
背景
多种过滤系统可以用于降低空气中污染物的浓度。捕集式过滤器(trappingfilter)可以具有低成本，但仅仅将污染物保持在过滤介质上，并且可以因此通过高的污染物浓度和/或作为延长的运行时间的结果而被污染。此外，捕集式过滤器可以为生物污染物提供生长介质，并且因此可以对空气质量具有负面影响。UV消毒可以被用于生物污染物消除，但可以导致另外的污染物(例如，臭氧)的形成，并且在降解许多其他有毒化学物质诸如甲醛、苯乙烯、甲苯和在人类可以暴露于其的多种环境中经常发现的其他化学物质时是经常无效的。
因此，在空气净化领域中对于用于光电化学空气净化的新的且有用的系统存在需求。本发明提供了这样的新的且有用的系统以及其制造方法。
附图简述
图1描绘了空气净化系统的示例性实施方案的示意图；
图2A和图2B分别描绘了空气净化系统的示例性实施方案的第一示例性形状因子和第二示例性形状因子的示例性实施方案；
图3A和图3B描绘了空气净化系统的示例性实施方案的过滤器组件和光子源的示例性相对布置；
图4描绘了空气净化系统的示例性实施方案的基底的变型；
图5A和图5B描绘了空气净化系统的光催化材料的示例性实施方案的示例性表面形态；
图6A和图6B描绘了空气净化系统的示例性实施方案的支撑结构的变型；
图7描绘了空气净化系统的示例性实施方案的用户界面；
图8描绘了制造空气净化系统的方法的示例性实施方式的流程图；
图9描绘了在所述方法的示例性实施方式中用于形成压碎的纳米管的示例性分裂平面(cleavage plane)；
图10描绘了空气净化系统的示例性实施方案中光催化材料组分的示例性尺寸分布；
图11描绘了纳米结构压碎的示例性结果；
图12描绘了作为纳米结构的破裂的结果的示例性特征尺寸偏移；
图13描绘了空气净化系统的示例性实施方案的分解图；以及
图14A和图14B描绘了空气净化系统的示例性实施方案的透视图和局部放大图。
优选的实施方案的描述
本发明的优选的实施方案的以下描述不意图将本发明限制于这些优选的实施方案，而是使得任何本领域技术人员能够进行和使用本发明。
1.综述
如图1中示出的，系统100包括过滤器组件110，该过滤器组件110包括基底111和设置在基底111上的光催化材料112。系统100可以任选地包括：保持过滤器组件110的壳体120，以及照射光催化材料112的光子源130(例如，由壳体120保持、在系统100的外部等)。系统100可以任选地包括流动控制机构140、控制器150以及用于促进空气净化和/或过滤的任何其他合适的机构和/或部件。
系统100起到从流体流中消除空气传播的污染物的作用。污染物可以包括挥发性有机化合物(VOC)、生物污染物(例如，细菌、病毒、霉菌孢子等)、碳烟颗粒以及可以在室内气流和/或室外气流中发现的任何其他污染物。系统100还可以起到集成到现有的气流系统(例如，HVAC管道、交通工具通风系统等)中并且为这样的气流系统提供空气净化能力的作用。系统100还可以起到为室内空间和/或封闭空间提供独立的净化能力的作用(例如，作为用于住宅或其他室内空间的独立式(free-standing)空气净化器，用于交通工具或临时庇护所的便携式空气净化器等)。系统100还可以起到提供高表面积的光催化表面(例如，以增加污染物还原效率)的作用。系统100还可以起到提供光催化表面的作用，该光催化表面支持靠近表面的污染物的增加的定位时间段(例如，增强对VOC和/或其他污染物的化学亲和力)、在表面处的污染物的增加的吸附速率、相比不存在光催化材料的基底的活性表面积的增加以及与空气净化相关的任何其他合适的表面性质。然而，系统100可以另外地或可选择地具有任何其他合适的功能。
系统100可以以多种形状因子来构造。在图2A中示出其实例的第一变型中，系统100可以被集成到独立的空气净化模块中，该独立的空气净化模块可操作以在一段时间内处理室内空间(例如，卧室、办公室、仓库等)的空气体积。在图2B中示出其实例的第二变型中，系统100可以被集成到可插入的空气净化模块中，该可插入的空气净化模块可以被插入到先前存在的气流设备(例如，通风管道、HVAC系统、中央空调系统等)中。然而，系统100可以另外地或可选择地具有任何其他合适的形状因子，并且可以以其他方式被合适地配置为用于空气净化的自含式(self-contained)和/或模块化的系统。
在变型中，系统100可以从外部来源接收电力。在系统100的第一变型中，系统100可以通过直接电连接(例如，电力电缆)被连接到电功率源(例如，电网)。在系统100的第二变型中，系统100可以将输入功率转换成电功率(例如，来自与具有定向气流的集成通风系统串联的空气驱动发电机)，和/或可以通过直接电连接被连接到电功率源(例如，电网、建筑电源(building power)等)。在另外的或可选择的变型中，系统100可以大体上无源地操作(例如，其中光子源包括环境光、阳光等，并且光催化材料被用作外部涂层)并且可以省略电源。然而，系统100可以以其他方式被合适地供电或不供电。
所述系统优选地至少部分地根据制造方法200来制造。方法200优选地包括：形成多个纳米结构，所述多个纳米结构至少部分地由光催化化合物组成S210；压碎多个纳米结构以形成压碎的纳米结构S220；形成多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒中的至少一个包含光催化化合物S230；将压碎的纳米管和纳米颗粒组合成光催化材料S240；以及将光催化材料附接到基底S250。
制造方法200可以任选地包括：将基底组装到过滤器组件中，其中所述过滤器组件被配置成集成到空气净化系统中S260；以及与空气净化系统的制造相关的任何其他合适的块或子过程，所述空气净化系统包括作为活性元素的压碎的纳米结构。
2.益处
该技术的变体可以赋予若干种益处和/或优点。
首先，该技术的变体可以通过破坏(例如，化学还原、氧化、消除)污染物(例如，而不是捕集完全构成的污染物和保持在化学上相同形式的污染物)来实现空气消毒和净化。空气净化可以经由直接氧化来进行，其中在通过光子源照射后在光催化材料中产生的电子-空穴对产生化学反应性自由基，以将污染物转化成组成的、无害的(或危害较小的)组分。空气净化可以另外地或可选择地被间接进行，其中电子-空穴对与空气的组分(例如，水蒸气)反应以形成化学反应性自由基(例如，羟基自由基)，该化学反应性自由基又将空气中的污染物还原成组成组分。
第二，该技术的变体可以经由可集成的(例如，可集成到现有的通风系统中)或独立的(例如，独立式的、模块化的、便携式的等)空气净化器来实现室内空气净化。这样的变体能够在多种环境中的光催化工艺的实施方式中实现灵活性。
第三，该技术的变体可以通过使用压碎的光催化纳米结构来实现对光催化电化学氧化(PECO)系统的性能的改进。纳米结构可以是实心的(例如棒、纳米棒、纳米线等)和/或是中空的(例如管、纳米管等)。与其他光催化纳米结构(例如，纳米球、纳米珠、纳米颗粒、片材等)相比，压碎的光催化纳米结构可以具有增强的表面形态、物理化学和表面化学、等离子体结构和光子结构以及其他反应特性。压碎的纳米管的利用可以因此改进污染物的还原效率。将压碎的纳米管包含到光催化材料中可以改进污染物破坏效率，例如每单位体积的经处理的气流改进30％和/或任何其他合适的效率改进(例如，10％-100％、15％-200％等)。
第四，该技术的变体可以实现单程空气净化；例如，所述系统和/或方法的变体可以包括在空气流单程通过空气净化系统之后超过阈值还原百分比(threshold percentagereduction)(例如，80％、90％、99.99％等)的污染物破坏。与不采用PECO技术的系统相比，相关的变体可以在更少的循环中(例如，单程、双程、较少数目的离散程等)实现空气净化。
第五，该技术的变体可以在不使用电离辐射或不期望地高能量电磁辐射(例如UVC，具有短于或等于280nm、在100nm-280nm的范围内的波长的光学辐射等)，而是使用非电离辐射或较低能量电磁辐射(例如，近IR、近UV、UV A或具有在315nm和400nm之间的波长的光学辐射、UV B或具有在280nm和315nm之间的波长的光学辐射、可见辐射、上文提及的任何合适的组合等等)来激活光催化材料(例如，诱导光催化材料中电子-空穴对的形成，将电子从价带(valence band)激发到光催化材料的导带(conduction band)等)的情况下实现污染物还原。通过避免使用不期望地高能量电磁辐射，这样的变体增强系统的人类安全性，并且降低来自与系统相关的电磁辐射暴露的健康风险。
然而，所述系统和/或方法的变体可以赋予任何其他合适的益处和/或优点。
3.系统
3.1壳体
系统100优选地包括壳体120。壳体120起到保持系统100的部件的作用。壳体120还可以起到界定通过系统100的一个或更多个空气流动路径(例如，在一个或更多个入口和一个或更多个出口之间)的作用。在变型中，壳体120可以界定壳体腔121、一个或更多个入口122和一个或更多个出口123，如图2A-图2B中示出的。壳体120可以是单一的整体式主体(single unitary body)，但是可以另外地或可选择地包括多个互锁的壳体部分，所述互锁的壳体部分界定主体、独立式的支撑件和/或任何其他合适的壳体部分或部件。
壳体120优选地界定大体上完整的外壳，但是可以另外地或可选择地界定开放结构(例如，边缘)和/或系统部件被保持在其处的任何其他合适的结构。
壳体120优选地由塑料材料(例如，热塑性塑料、聚碳酸酯、尼龙、高密度聚乙烯和/或低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯等)制成，但是可以另外地或可选择地由铝(例如，拉丝铝、阳极化的铝(anodized aluminum)等)、其他金属材料和/或绝缘材料和/或任何其他合适的材料或其组合制成。
壳体120优选地界定壳体腔121，通过该壳体腔121，空气在入口122和出口123之间流动。壳体腔起到界定在入口和出口之间的一个或更多个流动路径的作用。壳体腔还起到保持过滤器组件110(例如，保持在使用期间被待净化的空气占据的体积内)的作用。壳体腔可以界定任何合适的保持点(例如，柱、夹子、支架等)，过滤器组件110被保持在该保持点处(例如，在过滤器保持区域处)。然而，壳体腔可以以其他方式由壳体120合适地界定。
在具体实例中，壳体的腔是开放的(例如，非封闭的)，并且壳体界定一个或更多个结构接口和/或机械接口，所述结构接口和/或机械接口被布置成接收通风系统的配合部件(例如，任何合适的横截面形状的通风管道的配合表面、适于通过柔性或大体上柔性的管件或软管联接到接口的孔口等)。
壳体120的入口用来提供空气(例如，负载污染物的空气)的进口，用于供给过滤器组件110和随后的去污。在壳体120的第一变型中，入口包括在壳体120的基部处的环形孔口，通过该环形孔口，空气被吸入到壳体腔中。在壳体120的第二变型中，入口包括宽矩形开口，该宽矩形开口被配置成与现有的通风系统配合(例如，通过配合接口)。然而，壳体120的入口可以以其他方式被合适地配置。
壳体120的出口起到将净化的和/或消毒的空气从壳体腔输出到围绕系统100的周围环境的作用。在壳体120的第一变型中，出口包括布置在壳体120的顶部表面处的一组端口。
然而，在多个实例和/或变型中，系统100可以省略壳体，和/或包括任何其他合适的壳体配置。
3.2过滤器组件
过滤器组件110起到提供可激活表面(例如，光催化表面)的作用，该可激活表面当被光子源130照射时减少与其接触(例如，由流动控制机构推动，由外部空气流诸如风、封闭或开放空间中的停滞空气推动等)的流体流(例如，空气流)中的污染物。过滤器组件110包括基底111和设置在基底111上的光催化材料112。过滤器组件110还可以包括与基底接触的支撑结构113(例如，导电支撑结构)，并且在变型中可以另外地或可选择地包括用于保持基底或其他合适的部件的任何合适的支撑部件。
过滤器组件110优选地被保持在壳体120的壳体腔内(例如，在保持区域处)。在第一变型中，过滤器组件110被同心地布置在壳体腔(例如，如通过图13中的实例所示出的圆柱形壳体腔)内。过滤器组件110优选地通过由壳体120界定的入口和出口与周围环境流体连通。然而，过滤器组件110可以以其他方式被合适地流体连接(例如，其中过滤器组件110被布置在大体上开放的腔内，并且因此向空气开放)。过滤器组件110优选地被布置在光子源130的近端，使得光子源130可以照射过滤器组件110和/或其部分(例如，光催化材料被设置在其上的基底)的表面积的至少一部分(例如，整个表面积、基底的一个侧面的整体、基底的至少一个侧面的表面积的大部分等)。
在第一实例中，过滤器组件110围绕光子源130被同心地布置(例如，在限制光子源的圆柱形棱镜中)，如图3A中示出的。在第二实例中，过滤器组件110被布置成偏离光子源130，其中光子源130被分布在过滤器组件110的近端，如图3B中示出的。然而，过滤器组件110可以被同心地布置在光子源130内，平行于光子源130布置或者以其他方式被合适地布置。
过滤器组件110的基底111起到提供材料的作用，光催化材料112可以被附接到该材料，并且流体可以与该材料接触(例如，用于净化、用于过滤、用于污染物还原等)。基底111还可以起到为光催化材料提供结构支撑的作用，并且使得光催化材料能够根据需要作为整体分布在过滤器组件110和系统100内；例如，基底可以被形成为波纹状的(例如，打褶的)圆柱形形状，以使得设置在其上的光催化材料能够形成为这样的形状。
基底111优选地被直接连接到并且永久地附接到过滤器组件110，但是可以另外地或可选择地被可移除地联接到过滤器组件110。基底111优选地通过柔性金属网被连接到过滤器组件，该柔性金属网一起协作地形成过滤器组件的一部分，其中柔性金属网(或其他合适的连接结构)可以以任何合适的方式(例如，化学粘合剂、压装、摩擦等)结合到基底111。
在第一变型中，基底111可以被配置为大体上圆柱形管，如通过图4中的实例所示出的，其中圆柱形管的纵向轴线与通过系统100的流动路径大体上对齐。在第二变型中，基底111可以被配置为具有四边形投影区域的大体上平坦的表面，该大体上平坦的表面垂直于到基底111的气流方向。在变型中，基底111可以具有宏观几何形状和微观几何形状。例如，在第一变型中，基底111可以具有对应于圆柱体的宏观几何形状，以及形成波纹状表面、粗糙表面、光滑表面、粘结纤维或松散纤维、图案化孔的微观几何形状(例如，表面形态)和/或任何其他合适的微观几何形状(例如，以比宏观几何形状更小规模的几何形状)。
宏观几何形状和/或微观几何形状可以以任何合适的方式形成。在第一变型中，基底的几何形状可以经由嵌入基底本身内的硬化剂(例如，淀粉、硬纤维等)来形成。在第二变型中，基底的几何形状可以通过联接到柔韧的基底并且因此决定基底的几何配置的外部结构构件(例如，大体上硬的金属网)来加强。
在第一具体实例中，基底111以具有波纹状外表面的大体上圆柱形形状形成，其中波纹是沿着圆柱体的方位角轴线(例如，在方位角方向上波动)。在第二具体实例中，基底111以大体上矩形形状形成，并且界定大体上光滑的宽表面；在相关的实例中，宽表面在二维上波动(例如，呈现滚花图案)。在第三具体实例中，基底111具有蜂窝状表面布置(例如，紧密堆积的六边形三维空腔图案)，并且可以被成形为任何合适的宏观几何形状(例如，圆柱体、立方体、弯曲的层状堆叠等)。然而，基底111可以具有任何其他合适的几何形状。
在变型中，基底111包括织物材料(例如，毡、基于羊毛纤维的织物材料、基于合成纤维的织物材料、混合的天然纤维和合成纤维等)。然而，基底111可以另外地或可选择地包括任何其他合适的纤维材料。在另一变型中，基底111包括金属表面，纳米结构可以被直接生长在该金属表面上(例如，经由化学气相沉积、电沉积等)。然而，基底111可以另外地或可选择地包括任何其他合适的材料，所述材料可以充当光催化材料112可以被设置在其上的介质。
基底111可以包括织物材料和支撑结构(例如，金属丝网、导电材料等)两者，该支撑结构起到机械支撑织物材料的作用，并且还可以起到给予织物材料界定的形状的作用。支撑结构的形状优选地界定如上文讨论的基底111的形状；然而，支撑结构可以另外地或可选择地具有任何合适的形状(例如，在其中织物材料可以永久地或半永久地界定刚性形状而不需要另外的刚性支撑结构的情况下)。
在另一个具体实例中，光催化材料可以被应用于固体基底(例如，箔、板、晶片等)。固体基底可以被形成为任何合适的形状。例如，固体基底可以是金属箔，该金属箔被形成为包括波纹状层和/或平坦层的结构(例如，如图14中示出的)。在变型中，层状结构可以被定向以界定在基底表面(例如，光催化材料被设置在其上)的近端的流动路径；例如，流动路径可以大体上平行于通风系统(例如，HVAC管道或通道)内的流动方向，以优化邻近光催化表面的污染物停留时间(例如，没有向通风系统增加过度的压力损失或表皮摩擦)。
过滤器组件110可以任选地包括联接到基底111的支撑结构113。支撑结构起到将基底111大体上刚性地保持在预定形状中的作用。支撑结构还可以起到增强光催化材料被设置在其上的基底的电导率和/或电子迁移率的作用(例如，在其中支撑结构是导电的并且与基底接触的情况下)，这可以起到增加电子-空穴对寿命并且因此增加自由基产生的效率(例如，以及增加所产生的污染物还原)的作用。
在变型中，支撑结构可以包括邻近基底放置的导电材料，以提供结构支撑和增强的表面电导率两者。在实例中，该导电材料可以包括布置在基底的表面处的金属网；基底的表面可以在基底和光子源之间，但是可以另外地或可选择地在被光子源照射的侧面的相对侧面处(例如，布置在基底和壳体的腔的最内表面之间)。
在第一变型中，支撑结构是与基底接触的外部结构。在该第一变型的第一实例中，支撑结构包括金属丝网，并且以圆柱形管状形状因子布置，如图6A中示出的。在该第一变型的第二实例中，支撑结构界定波纹状表面，如图6B中示出的。然而，该变型中的支撑结构可以以其他方式被合适地布置和/或配置。
在第二变型中，支撑结构在基底的内部。在该第二变型的第一实例中，支撑结构包括基底的金属丝网层并且集成到基底中，这使得基底能够被柔顺地形成为任何合适的形状，并且通过金属丝网层的刚性来保持该形状。在该第二变型的第二实例中，支撑结构包括集成到基底中的导电且可延展纤维，其中基底至少部分地包括构成纤维介质的纤维，这使得基底能够被形成为利用集成在其中的导电且可延展纤维(例如，金属纤维)的延展性和局部硬度的形状。
然而，在变型中，过滤器组件可以省略支撑结构和/或包括以任何其他合适的配置的任何其他合适的类型的支撑结构。
3.3光催化材料
光催化材料112起到为在过滤器组件110的基底的表面的近端的污染物的直接还原和/或间接还原提供催化位点的作用。光催化材料112还可以起到在被光子照射后产生电子-空穴对的作用，该电子-空穴对可以在与包含在周围空气中的水蒸气(或其他气态内容物)相互作用后产生羟基自由基(或其他自由基)(例如，作为间接污染物还原的一部分)。由此产生的羟基自由基可以与气流中的可还原污染物进行化学反应，以化学地还原污染物并且从而从气流中消除污染物。作为直接污染物还原的一部分，电子-空穴对还可以与空气中的污染物直接反应(例如，充当自由基)。然而，光催化材料112可以提供任何其他合适的催化位点或反应位点。
光催化材料112优选地至少部分地由纳米结构形成，并且纳米结构优选地至少部分地由一种或更多种光催化剂(例如锐钛矿(anatase)、金红石(rutile)和任何其他合适的相中的二氧化钛；钽酸钠；掺杂的二氧化钛、氧化锌、响应于光子照射而催化反应的任何其他合适的物质等)形成，但是可以另外地或可选择地由任何其他合适的材料(例如，碳、含碳化合物等)形成。纳米结构优选地包括压碎的纳米结构(例如，压碎的纳米管、压碎的纳米棒、压碎的纳米线等)和纳米颗粒(例如，球形纳米颗粒、准球形纳米颗粒(quasi-sphericalnanoparticle)、扁圆纳米颗粒等)的组合。然而，纳米结构可以另外地或可选择地包括未压碎的纳米管、压碎的和/或未压碎的中空纳米管、由在任何合适的相中任何上文提及的纳米结构和/或任何其他合适的纳米结构或其组合构成的均质材料或异质材料。
光催化材料112的纳米结构可以起到诱导具有一个或更多个照射光频率的等离子体共振的作用。光催化材料的纳米结构的等离子体共振频率可以基于纳米结构的几何性质；特别地，纳米结构的特征尺寸(例如，尺寸)可以对应于等离子体共振频率，在其中共振被激发的情况下，该等离子体共振频率增加光催化过程的效率(例如，量子效率)并且增强PECO性能。在变型中，纳米结构可以具有取决于纳米结构类型的尺寸分布。例如，如图10中示出的，纳米颗粒可以具有比压碎的纳米结构的第二尺寸分布窄的第一尺寸分布。由于在压碎期间纳米结构的断裂位置的随机变化(例如，如图11中示出的)，压碎纳米结构可以导致所得到的压碎的纳米结构的较宽尺寸分布(例如，与大体上球形的纳米颗粒或纳米珠相比)。在变型中，被添加到光催化材料中的压碎的纳米结构可以被选择为压碎的纳米结构的总量的子集，以便调节系统100中使用的压碎的纳米结构的尺寸分布(例如，通过基于压碎后的尺寸来过滤压碎的纳米结构)。加宽尺寸分布可以增加光催化材料中纳米结构(例如，包括压碎的纳米结构和纳米颗粒两者)的数目，这些纳米结构包括与对应的等离子体共振频率重叠的特征尺寸。纳米结构可以具有任何合适的特征尺寸和/或特征尺寸范围(例如，1nm-5nm、2nm-50nm、50nm-500nm等)，所述特征尺寸可以包括特征直径、特征长度、特征体积和任何其他合适的特征尺寸。
光催化材料112优选地被联接到基底111。在第一变型中，光催化材料112被固定到纤维基底111的纤维(例如，通过粘合剂、静电附接、共价连接、极性共价键合、离子键合、范德华力、氢键、金属键等)。在第二变型中，光催化材料112被直接沉积到基底111的表面上(例如，通过化学气相沉积、离子沉积等直接在基底上生长)。光催化材料112可以被固定到基底111的一层(例如，表面层)、基底111的多层(例如，顶层和底层)，被整体地附接到基底111(例如，大体上均匀地遍及基底的体积)，或以其他方式被合适地固定。另外地或可选择地，光催化材料112可以另外以任何合适的方式被合适地附接到基底111。
在一些变型中，设置在基底上的光催化材料界定相比于基底的未经处理的表面积增加的活性表面积(例如，在包括光催化材料不被设置在其上的基底的假设情况下、与光催化材料不被设置在其上的基底的区域相比等)。在一些实例中，压碎的纳米结构可以通过形成光催化材料的多孔的、缠结的(entangled)非结构化网(例如，如图5A和图5B中的实例所示出的)来增加活性表面积。
光催化材料112可以包括以任何合适的比和/或组合来组合的任何合适的光催化纳米结构。在其中光催化材料112包括多种类型的纳米结构的变型中，光催化材料112可以是多种类型的纳米结构的均质混合物(例如，其中每种纳米结构类型的相对密度在光催化材料被设置在其上的基底上的任何给定位置处是大体上相等的)、图案化的组合(例如，其中设置在基底111上的光催化材料112的第一组区域大体上仅包括一种或更多种第一类型的纳米结构，并且第二组区域大体上仅包括一种或更多种第二类型的纳米结构；其中第一组区域包括光催化材料，并且第二组区域没有大量光催化材料或任何光催化材料；等等)或任何其他合适的组合。在具体实例中，光催化材料112由压碎的纳米棒和纳米珠以1:9的纳米棒与纳米珠的比(例如，按重量计1:9、按体积计1:9等)的均质组合构成。在另一个实例中，光催化材料112由纯的压碎的纳米棒构成。然而，光催化材料112可以以其他方式合适地由压碎的纳米结构和/或未压碎的纳米结构的任何合适的组合构成。
光催化材料112的压碎的纳米结构(例如，纳米管、纳米棒等)可以起到提供暴露高空间浓度的光催化位点和/或光感受位点(例如，光子能量可以被吸收并引发光催化的位点)的锯齿状表面的作用。压碎的纳米结构和/或基底结构(例如，初级结构、二级结构、三级结构、四级结构或其他结构等)还可以起到产生流动不均匀性(例如，湍流、混合、湍流搅动等)的作用，所述流动不均匀性又促进未还原的污染物向活性区域(例如，在基底的光催化材料的近端)的运输和/或还原的污染物(例如，净化的空气组分)远离活性区域(例如，远离基底)的运输。压碎的纳米结构还可以起到对污染物呈现高度活性的表面化学(例如，来自先前闭合面晶体结构的悬空键(dangling bond)、未压碎的纳米结构的破坏的晶体结构等)的作用。压碎的纳米结构(例如，以聚集体)还可以起到将污染物保持在光催化位点的近端的作用(例如，通过提供纳米级表面粗糙度和/或结构孔隙率，该纳米级表面粗糙度和/或结构孔隙率起作用以将污染物分子保持为靠近表面、吸附污染物分子等)。所得到的纳米多孔表面形态(例如，在其中压碎的纳米结构包括中空纳米管并且开口管可以形成纳米孔的变体中，在其中压碎的纳米结构是实心棒并且多个棒可以基于它们的相对布置协作地形成纳米孔的变体中等)可以起到捕集和/或以其他方式保持污染物在光催化表面的近端的作用，如通过图5A和图5B中的实例所示出的。压碎的纳米管还可以起到提供光催化材料112的降低的体积密度和活性位点的增加的体积密度的作用(例如，经由增强的孔隙率、不规则形状的纳米结构的松散堆积等)。压碎的纳米结构在被压碎时还可以形成裂缝，并且裂缝可以增强光催化性能(例如，通过暴露裂缝区域处的活性位点和/或通过将压碎的纳米结构的特征尺寸调节到纳米结构的自由表面和裂缝之间，如图12中示出)。
光催化材料112优选地包括预定比的压碎的纳米管和球形纳米颗粒。在第一变型中，光催化材料112包括按体积计9:1比的纳米颗粒和压碎的纳米管。在相关的变型中，光催化材料112包括按质量计9:1比的纳米颗粒和压碎的纳米管。然而，光催化材料112可以包括按质量计和/或按体积计任何其他合适比的纳米颗粒(或其他纳米结构)和压碎的纳米管，包括不存在纳米颗粒或压碎的纳米管的情况。
在另一变型中，光催化材料112包括中空纳米管。在第一实例中，中空纳米管是压碎的中空纳米管。在第二实例中，中空纳米管是未压碎的，并且可以在基底111上生长和/或附接到基底111，而不破坏管的结构完整性(例如，压碎)。
3.4光子源
系统100优选地包括光子源130。光子源130起到照射光催化材料112，并且从而产生可以与水蒸气反应以形成羟基自由基的电子-空穴对的作用。光子源130还可以起到产生处于特定光子能量或光子能量范围的光子的作用。光子能量优选地对应于至少光催化材料112的带隙能量(band gap energy)，使得光子的吸收将光催化材料112的价带中的电子促进到导带。然而，由光子源130产生的光子可以具有任何合适的能量范围。光子源130可以包括多个光发射器(例如，发光二极管、荧光管等)，但是可以另外地或可选择地包括任何其他合适的部件。
光子源130优选地被连接到电源(例如，建筑电源、插墙式电源(wallpower)、电网电源、电池等)，所述电源起到向光子源130供电的作用。光子源130被布置在壳体120内，使得从其中发射的光子照射过滤器组件110的光催化材料112。在第一变型中，光子源130被布置在由过滤器组件110界定的空隙内(例如，插入过滤器组件内)，并且因此被过滤器组件110限定。在第二变型中，光子源130被布置在过滤器组件110的外部(例如，偏离过滤器组件110、与过滤器组件110成斜角等)。
光子源优选地发射足够低的光子能量(低光频率，高光波长)的光学辐射，使得光子不直接还原污染物(例如，通过直接电离)。光学辐射可以界定波长或频率中任何合适宽度的波长或频率范围，这可以取决于光子源特性(例如，相干光子源诸如激光器可以具有比非相干光子源诸如发光二极管更窄范围的发射波长)。光学辐射优选地界定大于至少280nm(例如，对应于UVC的上限)的最小波长，并且在变型中可以界定大于315nm(例如，对应于UVB的上限)、400nm(例如，对应于UVA的上限)的最小波长，以及任何其他合适的波长，该波长优选地在光学范围内但是另外地或可选择地在任何其他合适的电磁辐射光谱区内。
光子源130可以以多种方式照射过滤器组件。在第一变型中，光子源130照射基底的单个表面(例如，管状基底配置的内表面、管状基底配置的外表面、波纹状平面基底配置的顶部表面等)。在第二变型中，光子源130照射基底被布置在其中的体积区域(例如，经由光的散射和/或反射)，因此照射基底的所有表面。在一些变型中，光子源对基底的照射可以部分地被联接到基底的支撑结构遮挡(例如，其中光子源照射支撑结构也被联接到其上的基底的第一侧面)。然而，光子源130可以另外地或可选择地以任何其他合适的方式照射基底以及在其上的光催化材料。
光子源130可以包括一个或更多个部件(例如，多个LED)。光子源部件可以：围绕壳体内部和/或围绕光催化材料112或过滤器组件大体上均匀地分布(例如，沿着壳体内部以网格布置，沿着壳体内部以垂直带、圆周带或横向带布置，或者插入件延伸通过过滤器组件腔的全部或一部分等；其中大体分布可以在制造误差幅度内，诸如小于5％、小于10％或任何其他合适的误差度)；围绕壳体内部(例如，壳体腔)和/或围绕光催化材料112或过滤器组件不均匀地分布；沿着壳体内部的顶部和/或底部布置(例如，在帽内、在过滤器附接区域中)；和/或以任何其他合适的位置布置。光子源130可以任选地包括漫射器、分光器、透镜或布置在光子源(例如，LED)和照射目标(例如，基底、光催化材料)之间的路径内的任何其他合适的光学部件。在一个实例中，光学部件可以漫射和/或共混光，使得照射目标用来自光子点源的大体上均匀的照射分布(illumination profile)来照射。在具体实例中，光子源130包括以圆柱形阵列配置的多个发光二极管(LED)。LED的圆柱形阵列被布置在管状过滤器组件内，并且照射过滤器组件110的基底111的内表面(以及设置在其上的光催化材料)。在相关的具体实例中，光子源130可以包括以任何合适的形状(例如，矩形棱柱、六边形棱柱、圆锥形等的形状)的阵列布置的多个LED。
光子源可以被布置成以大体上均匀的照射分布来照射基底的表面(例如，其中光学照射功率在整个被照射的表面是大体上相同的，相当于在相对窄的光学功率范围内诸如在1瓦、500毫瓦等内)。光子源可以可选择地被布置成以图案化的(例如，规则图案化的)或者随机不均匀的(例如，散射的、有斑点的等)照射分布来照射基底的表面；例如，照射图案可以是方格图案(例如，与设置在基底上的光催化材料的方格图案大体上对齐)、条纹图案、万花筒图案以及任何其他合适的图案。
在变型中，光子源可以与系统100本身分离(例如，系统可以省略与其集成的光子源)。例如，光子源可以包括环境光(例如，阳光、室内人工照明、室外人工照明、来自任何自然光源的自然照明等)。在这样的变型中，系统100可以无源地操作(例如，如涂覆在建筑物内部或外部上的光催化材料上)或有源地操作(例如，在推动气流与催化的表面接触的情况下)。
3.5流动控制机构
系统100可以任选地包括流动控制机构140。流动控制机构140起到推动流体流过装置(例如，在入口和出口之间的壳体腔内)的作用。流动控制机构140还可以起到调节流过装置的流体的流动变量(例如，温度、湿度、密度、压力、能量等)的作用。流动控制机构140优选地被安装于壳体120，但是可以可选择地从相邻位置(例如，经由软管、管、管道等作为模块化附件)联接到壳体120。流动控制机构140优选地被布置成靠近壳体120的入口和出口中的至少一个。
在一个变型中，流动控制机构140包括在壳体120内、在入口的下游且在过滤器组件110的上游布置的叶轮。在另一变型中，叶轮被定位在过滤器组件110的下游。然而，叶轮可以以其他方式被合适地布置。在相关的变型中，流动控制机构140可以包括任何其他合适的有源流动促进器，诸如喷射器、螺旋桨、转子、热泵、往复泵或用于推动在入口和出口之间的流动的任何其他合适的机构。
流动控制机构140优选地被布置在沿着通过壳体120的流动路径的单个位置处，但是可以另外地或可选择地包括在沿着流动路径的多个位置处和/或邻近流动路径布置的不同模块。例如，流动控制机构140可以包括分布在沿着通过壳体120的流动路径的多个位置处的湿度控制模块，以及沿着流动路径(例如，靠近入口和靠近出口)定位的多个泵(例如，叶轮)。然而，流动控制机构140可以以其他方式被合适地布置或定位。
流动控制机构140可以包括一个或更多个无源流动引导件(passive flowguide)。无源流动引导件起到在过滤器组件110的近端引导壳体腔内的气流的作用。例如，无源流动引导件可以包括一组叶片、一个或更多个静叶片或用于引导气流的任何其他合适的结构。无源流动引导件优选地由壳体120的内表面的一部分界定，但是可以另外地或可选择地包括不同的部件，和/或由流动控制机构140的部分(例如，包括导流板条的风扇罩)界定。在具体实例中，流动控制机构140包括邻近其下游侧的出口定位的三维叶片阵列，并且被配置成在出口空气流动中产生涡旋流动作用(例如，大尺度涡度)。
3.6控制器
系统100可以任选地包括控制器150。控制器150起到在操作模式(例如，开启模式、关闭模式等)之间控制光子源130的操作的作用。控制器150还可以起到在操作模式(例如，开启模式、关闭模式、高速模式等)之间控制流动控制机构140的操作的作用。控制器150优选地被通信地联接到流动控制机构140和光子源130(例如，经由直接电连接、无线数据连接、数据连接和电力连接的组合等)，但是可以另外地或可选择地以其他方式被合适地联接到任何其他系统部件。在变型中，控制器150可以包括布置在系统100内的多个传感器，并且可以基于传感器输出在操作模式之间操作部件。例如，控制器150可以包括在壳体120的出口的近端的污染物传感器(例如，二极管激光器气体传感器、颗粒传感器等)，并且可以根据污染物传感器的输出操作光子源130(例如，基于检测到的污染物将光子源130转变成开启状态)。
控制器150可以任选地包括用户界面151，该用户界面151起到使得用户能够与系统100交互，并且向控制器150提供用户输入用于创建对多种系统部件的控制输入的作用。在具体实例中，用户界面可以包括布置在壳体120的外表面的顶部部分处的触摸屏，如通过图7中的实例所示出的。然而，用户界面可以包括任何其他合适的界面输入(例如，按钮、开关、锁存器(latches)、键盘、麦克风、无线收音机等)和/或输出(例如，灯、扬声器、无线收音机、屏幕等)。
控制器150可以在多种操作模式之间操作系统100，所述操作模式包括连续模式、闭环模式和用户控制模式。在连续操作模式中，系统100连续地操作以处理和净化空气。在闭环操作模式中，控制器150基于传感器输入在开启状态和关闭状态之间操作系统100，其中在开启状态中，系统100有源地净化空气并且促进空气流过装置，并且在关闭状态中，系统100是休眠的。在用户控制的操作模式中，系统100根据由控制器150接收的用户指令来操作。用户指令可以包括操作时间表(例如，时间范围，在该时间范围期间系统将在开启状态或关闭状态被操作)、操作条件(例如，系统将被激活并且在开启状态操作的污染物水平和/或空气质量度量阈值)和/或任何其他合适的用户指令。
3.7另外的系统实例
空气净化系统的具体实例包括壳体，所述壳体界定腔、过滤器附接区域、入口、出口以及在入口和出口之间的流动路径。该实例还包括过滤器组件，所述过滤器组件被保持在与流动路径相交的腔内并且联接到过滤器附接区域，并且过滤器组件包括基底(例如，包括纤维介质和/或由纤维介质制成，该纤维介质可以是编织的或非编织的)和设置在基底上的光催化材料。在该实例中，光催化材料包括第一量的纳米颗粒(例如，纳米珠、球状纳米颗粒等)和第二量的压碎的纳米结构(例如，纳米管、纳米棒、纳米线等)，并且光催化材料是纳米颗粒和压碎的纳米结构的均匀分布。在该实例中的光催化材料包括约一份压碎的纳米结构与九份纳米颗粒(例如，按质量计、按体积计等)；在另外的实例中，光催化材料可以包括比压碎的纳米结构更多数目的纳米颗粒(例如，大于1的比率)、比纳米颗粒更多数目的压碎的纳米结构(例如，小于1的比率)以及任何其他合适的比率的纳米颗粒与压碎的纳米结构。在该实例中的光催化材料可以至少部分地由在一个或更多个相中的二氧化钛构成，如上文所描述；然而，在该实例中，任何合适的光催化剂可以构成光催化材料的全部或部分。该实例还包括联接到壳体并且布置成用光学辐射照射光催化材料的光子源，该光学辐射界定至少部分地在可见范围内的波长范围以及大于至少对应于UVC辐射的最大波长的最小波长。该实例还包括联接到壳体并且沿着流动路径布置的流动控制机构，该流动控制机构是可操作的以沿着在壳体的入口和出口之间的流动路径推动气流。
在该实例中，压碎的纳米结构可以界定尺寸分布，其可以具有任何合适的形状(例如，正态分布或高斯分布、过滤高斯分布、指数分布等)。在该特定实例中，尺寸分布的峰值可以对应于与照射辐射的光频率范围的一部分(例如，光频率范围的峰值、光频率范围的尾部等)重叠的等离子体共振频率(例如，基于对应于与尺寸分布的峰值处的尺寸相关的尺寸的振荡频率)。在具体实例中，压碎的纳米结构可以界定在约50nm-250nm的量级的尺寸上的尺寸分布峰值，并且纳米颗粒可以界定在约25nm的量级的尺寸上具有峰值的尺寸分布，其中对于光学辐射波长范围，等离子体共振(例如，纵向或横向表面等离子体)在压碎的纳米结构中被激发，而在纳米颗粒中不被激发。然而，压碎的纳米结构和纳米颗粒可以另外地或可选择地界定具有任何合适尺寸峰值的任何合适尺寸分布。
空气净化系统的另一个具体实例包括过滤器组件和光子源。在该实例中的过滤器组件包括至少部分地由纤维介质(例如，编织布、非编织布、压制纤维织物材料、毡材料、任何其他合适的纤维介质等)构成的基底，以及设置在基底上的光催化材料。在该实例中，光催化材料由第一量的压碎的纳米结构(例如，纳米管、纳米棒、纳米线等)构成。在该实例中，系统包括布置成用光学辐射照射光催化材料的光子源，该光学辐射界定具有大于280纳米的最小波长(例如，对应于UVC辐射的最大波长)的波长范围。
在该实例中，光催化材料还可以由第二量的纳米颗粒(例如，纳米珠、纳米球等)构成；纳米颗粒和压碎的纳米结构两者可以至少部分地由在任何合适的相中的二氧化钛构成，如上文所描述的。在该实例中，第一量的压碎的纳米结构界定第一尺寸分布，第二量的纳米颗粒界定第二尺寸分布，并且第一尺寸分布比第二尺寸分布宽(例如，如通过图10中的实例所示出的)。在该实例中，第一尺寸分布和第二尺寸分布中的至少一个的峰值可以对应于等离子体共振频率，其中光学辐射的波长范围对应于与等离子体共振频率重叠的光频率范围；可选择地，等离子体共振频率可以对应于尺寸分布内的任何合适的尺寸，并且光学辐射可以与尺寸分布的该部分重叠以达到等离子体共振。
在相关的实例中，波长范围的最小波长大于315纳米(例如，对应于UVB辐射的最大波长)。在另外的相关实例中，波长范围的最小波长大于400纳米(例如，对应于UVA辐射的最大波长)。
该具体实例还可以包括壳体，所述壳体界定腔、过滤器附接区域、入口、出口，并且界定在入口和出口之间的流动路径。在该实例中，过滤器组件可以沿着流动路径被布置在腔内，并且联接到过滤器附接区域。在该实例中，腔界定圆柱形形状并且壳体是独立式的，并且入口被布置在壳体的顶上并且出口在圆柱形形状的基部处(例如，呈环形配置)。然而，在相关的实例中，腔可以是任何合适的形状，并且壳体可以是模块化的和/或被配置用于插入到更大的通风或空气净化系统中(例如，非独立式的)。
在该实例中，系统还可以包括联接到壳体并且沿着流动路径布置的流动控制机构。该实例的流动控制机构被配置成沿着在壳体的入口和出口之间的流动路径推动气流(例如，通过压力、旋转力、涡轮作用、压缩作用、真空作用等)。
在另一个具体实例中，空气净化系统可以包括由纳米颗粒和压碎的纳米结构构成的光催化材料，该光催化材料作为混合物被应用于基底(例如，涂覆在基底上、喷涂在基底上等)。在该实例中，与系统一起使用的光子源可以是自然来源或人工来源的环境光。
然而，空气净化系统可以另外地或可选择地在与上文一致的多个实例和变型中以任何合适的方式配置。
4.制造方法
如图8中示出的，制造空气净化系统的方法200可以包括：形成多个纳米结构(例如，纳米管、纳米棒、纳米线等)，所述多个纳米结构中的至少一个包含光催化化合物S210；压碎多个纳米结构以形成压碎的纳米结构S220；形成多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒中的至少一个包含光催化化合物S230；将压碎的纳米结构和纳米颗粒组合成光催化材料S240；以及将光催化材料附接到基底S250。制造方法还可以包括：将基底组装到过滤器组件中，其中所述过滤器组件被配置成集成到空气净化系统中S260。所述方法优选地被实施以制造与上文第3节中描述的系统大体上相同的系统。然而，所述方法可以被实施以制造用于污染物的光催化氧化的包括压碎的光催化纳米管的任何合适的系统。
方法200可以任选地包括块S210，其包括形成多个纳米结构，所述多个纳米结构中的至少一个包含光催化化合物。块S210起到在块S220中压碎纳米结构之前产生纳米管结构的作用。在一些变型中，纳米结构可以是中空的(例如，纳米管)，但是在可选择的或另外的变型中可以是实心的(例如，纳米棒)。块S210可以包括生长纳米结构(例如，经由沉积工艺)，碾磨纳米结构(例如，经由离子磨机)，或者以其他方式累加地或减去地由包含光催化化合物的材料形成纳米结构。光催化化合物优选地是二氧化钛(例如，在任何合适的相中)，但是可以另外地或可选择地是任何合适的光催化化合物。
块S220包括压碎多个纳米结构以形成压碎的纳米结构。块S220起到从上一代纳米结构形态(例如，具有大体上光滑的外表面的未破损的纳米管)产生压碎的纳米结构形态(例如，剪切的纳米晶体表面、纳米级表面粗糙度等)的作用。块S220还可以起到通过将纳米结构压碎成多种特征尺寸的组分来加宽纳米结构的尺寸分布的作用。压碎纳米结构可以使用任何合适的压碎工艺进行，所述压碎工艺诸如砧撞击(anvil impact)、磨损、轰击(例如，颗粒轰击、喷砂、离子撞击轰击等)，以及任何其他合适的压碎技术。纳米结构可以在任何合适的方向上被压碎，并且可以在任何合适的平面上产生分裂(cleavage)，如通过图9中的实例所示出的。
块S220可以包括在形成压碎的纳米结构的工艺中使纳米结构破裂和/或在纳米结构中产生裂缝。在一些变型中，块S220可以包括产生主要破裂的纳米结构来代替主要压碎的纳米结构，其中压碎的纳米结构是粉状的(例如，对于每个原始纳米结构被压碎成多个碎片)，而破裂的纳米结构可以保持其原始形态的方面(例如，类似于未压碎的纳米结构)，但呈现出裂缝。在这样的变型中，块S220可以起到增强纳米结构的光催化性能的作用，如上文关于纳米结构的破裂所描述的。
方法200可以任选地包括块S230，其包括形成多个纳米颗粒，所述多个纳米颗粒中的至少一个包含光催化化合物。块S230起到产生用于块S240中与压碎的纳米结构的组合的纳米颗粒的作用。纳米颗粒优选地是大体上球形的和/或块状的，并且可以通过任何合适的工艺(例如，磨损、碾磨、热解、惰性气体冷凝、溶剂热反应、溶胶-凝胶制造、结构化介质制造等)形成。然而，纳米颗粒可以具有任何其他合适的形状因子。
块S240包括将压碎的纳米结构和纳米颗粒组合成光催化材料。块S240起到产生用于在块S250中附接到基底的光催化材料的作用。压碎的纳米结构和纳米颗粒可以使用任何合适的工艺或技术(例如，蒸汽混合、机械混合、水相混合和蒸发回收等)来组合，并且可以被组合以产生均质的混合物、不均质的混合物和/或任何其他合适的组合。
块S250包括将光催化材料附接到基底。块S250起到将在块S210-S240中产生的光催化材料应用于牢固地保持光催化材料的材料的作用，使得光催化材料可以以可控的和可重复使用的方式布置在空气净化系统中。光催化材料可以以任何合适的方式(例如，粘合剂、静电吸附、共价连接、嵌入等)附接到基底。
方法200可以任选地包括块S260，其包括将基底组装到过滤器组件中，其中所述过滤器组件被配置成集成到空气净化系统中。块S260起到制备附接到基底的混合的压碎的纳米结构和纳米颗粒，以便集成到用于空气净化的系统中的作用。基底可以以任何合适的方式(例如，集成金属丝网、折叠、堆叠、压缩、化学粘合剂等)组装到过滤器组件中。
所述系统和方法的实施方案及其变型可以至少部分地通过配置成接收储存计算机可读指令的计算机可读介质的机器来体现和/或实施。指令优选地由计算机可执行部件来执行，该计算机可执行部件优选地与系统以及处理器和/或控制器150的一个或更多个部分集成。计算机可读介质可以被存储在任何合适的计算机可读媒介上，该计算机可读媒介诸如RAM、ROM、闪速存储器、EEPROM、光学装置(CD或DVD)、硬盘驱动器、软盘驱动器或任何合适的装置。计算机可执行部件优选地是通用或专用处理器，但任何合适的专用的硬件或硬件/固件组合装置可以可选择地或另外地执行指令。
所述图示出了根据优选的实施方案、示例性配置及其变型的系统、方法和计算机程序产品的可能实施方式的架构、功能和操作。关于这一点，流程图或框图中的每个块可以表示代码的模块、区段或部分，其包含用于实施指定的逻辑功能的一个或更多个可执行指令。还应当注意的是，在一些可选择的实施方式中，块中所指出的功能可以不按图中所指出的顺序出现。例如，连续示出的两个块实际上可以被大体上同时执行，或者所述块有时可以以相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。还将注意的是，框图和/或流程图说明的每个块以及框图和/或流程图说明中的块的组合可以由进行指定功能或动作或者专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实施。
如本领域技术人员将从先前的详细描述以及从附图和权利要求中认识到的，可以对本发明的优选的实施方案进行修改和改变，而不偏离在所附的权利要求中限定的本发明的范围。

Claims (20)

1.一种空气净化系统，包括：
●壳体，所述壳体界定腔、过滤器附接区域、入口、出口以及在所述入口和所述出口之间的流动路径；
●过滤器组件，所述过滤器组件被保持在与所述流动路径相交的所述腔内并且联接到所述过滤器附接区域，其中所述过滤器组件包括：
○包含纤维介质的基底，和
○设置在所述基底上的光催化材料，其中所述光催化材料包括第一量的纳米颗粒和第二量的压碎的纳米结构，其中所述光催化材料包括所述第一量的纳米颗粒和所述第二量的压碎的纳米结构的均匀分布，并且其中所述第一量与所述第二量按质量计的比率大于1；
●光子源，所述光子源联接到所述壳体并且布置成用光学辐射照射所述光催化材料，其中所述光学辐射是至少部分地可见的；以及
●流动控制机构，所述流动控制机构联接到所述壳体并且沿着所述流动路径布置，其中所述流动控制机构被配置成沿着在所述壳体的所述入口和所述出口之间的所述流动路径推动气流。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述压碎的纳米结构包括压碎的纳米棒和压碎的纳米管中的至少一种。
3.如权利要求2所述的系统，其中所述压碎的纳米结构和所述纳米颗粒包含金属氧化物光催化剂。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述压碎的纳米结构界定尺寸分布，其中所述尺寸分布的峰值对应于等离子体共振频率，其中所述光学辐射界定光频率范围，并且其中所述光学辐射的所述光频率范围与所述等离子体共振频率重叠。
5.如权利要求1所述的系统，其中所述光子源包括发光二极管(LED)阵列，所述发光二极管(LED)阵列被布置成以大体上均匀的照射分布来照射所述基底的表面。
6.如权利要求5所述的系统，其中所述LED阵列被同心地布置在所述过滤器组件内，并且其中所述基底的所述表面是所述基底的最内表面。
7.如权利要求1所述的系统，还包括邻近所述基底的导电材料。
8.如权利要求7所述的系统，其中所述导电材料包括布置在所述基底的表面处的金属网。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述表面被布置在所述基底和所述光子源之间。
10.如权利要求8所述的系统，其中所述表面被布置在所述基底和所述壳体的所述腔的最内表面之间。
11.一种空气净化系统，包括：
●过滤器组件，所述过滤器组件包括：
○包含纤维介质的基底，和
○设置在所述基底上的光催化材料，其中所述光催化材料包括第一量的压碎的纳米结构；以及
●光子源，所述光子源被布置成用光学辐射照射所述光催化材料，其中所述光学辐射界定包含大于280纳米的最小波长的波长范围。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述光催化材料还包括第二量的纳米颗粒，其中所述纳米颗粒是大体上球形的。
13.如权利要求12所述的系统，其中所述压碎的纳米结构和所述纳米颗粒包含金属氧化物光催化剂。
14.如权利要求12所述的系统，其中所述第一量的压碎的纳米结构界定第一尺寸分布，其中所述第二量的纳米颗粒界定第二尺寸分布，其中所述第一尺寸分布比所述第二尺寸分布宽。
15.如权利要求14所述的系统，其中所述第一尺寸分布和所述第二尺寸分布中的至少一个的峰值对应于等离子体共振频率，其中所述光学辐射的所述波长范围对应于与所述等离子体共振频率重叠的光频率范围。
16.如权利要求11所述的系统，其中所述波长范围的所述最小波长大于315纳米。
17.如权利要求16所述的系统，其中所述波长范围的所述最小波长大于400纳米。
18.如权利要求11所述的系统，还包括壳体，所述壳体包括腔、过滤器附接区域、入口、出口，并且界定在所述入口和所述出口之间的流动路径，其中所述过滤器组件沿着所述流动路径被布置在所述腔内并且联接到所述过滤器附接区域。
19.如权利要求18所述的系统，其中所述腔界定圆柱形形状，其中所述壳体是独立式的，其中所述入口被布置在所述壳体的顶上，并且所述出口被布置在所述圆柱形形状的基部的近端。
20.如权利要求18所述的系统，还包括流动控制机构，所述流动控制机构联接到所述壳体并且沿着所述流动路径布置，其中所述流动控制机构被配置成沿着在所述壳体的所述入口和所述出口之间的所述流动路径推动气流。
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