CN112460729A - 一种基于紫外led的光触媒空气净化系统 - Google Patents

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倪强
郭雪梅
厉为民
徐睿
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Abstract

本发明公开了一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统，包括净化部和净化检测部；净化部包括底座、光源、光敏层、光催化网、透明壳体。光源安装在底座上，光源下方设置光敏层，光催化网位于光源上方，透明壳体罩在光催化网上方；光敏层是ZrO2涂层；光催化网的制作包如下步骤：(1)取纳米TiO2白色粉末制备5％的TiO2悬浮溶液；(2)将其涂于网状罩上风干；检测部用于检测透明壳体内净化程度；检测部包括传感器、放大器、数字万用表、直流电源，传感器位于壳体内，放大器和数字万用表位于壳体外；传感器与放大器电连接，放大器与数字万用表电连接，放大器和数字万用表分别连接直流电源。本发明基于UV‑LED灯的光触媒空气净化装置具有良好的空气净化效果。

Description

一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统
技术领域
本发明涉及空气净化装置领域，具体涉及一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统。
背景技术
如今空气污染对人类健康造成不可忽视的危害，化工厂对空气造成的污染更是影响人们的生活环境，空气中主要有甲醛、硫化氢、苯、甲苯、二甲苯、氨、TVOC等污染物。而随着社会的不断进步，人们物质文化生活水平的提高，人们对自己的生活环境的要求也越来越高，室内不但要求整洁明亮，而且要求室内空气清新，脱臭除菌，需要对室内空气进行净化。目前市面上的室内空气净化机，大多采用臭氧发生器，随着光触媒涂料的出现，有一种采用光触媒的室内空气净化机，在机内用滤网过滤空气后，用紫外线灯照射，光触媒材料涂于纳米光催化网上，对空气进行净化，但是一般的白昼光与灯泡色日光灯管或省电灯管只具有微量的紫外光，光触媒的效用将大大降低，其光触媒净化作用不能得到充分发挥。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统，可以解决上述技术问题中的一个或是多个。
为了达到上述目的，本发明提出的技术方案如下：
一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统，包括净化部和净化检测部；
所述净化部包括底座、光源、光敏层、光催化网、透明壳体；
所述光源安装在底座上，光源下方设置光敏层，光催化网位于光源上方，透明壳体罩在光催化网上方；所述光敏层是ZrO2涂层；
所述光催化网的制作包如下步骤：
(1)取纳米TiO2白色粉末溶于蒸馏水中溶解混匀,进一步用超声波粉碎、分散，得到5％的TiO2悬浮溶液。TiO2通过水解化和作用与聚酰胺胺接枝，所述TiO2在合成时接枝了聚酰胺胺，聚酰胺胺(PAMAM)是一类树状大分子,具有特殊的分子结构,其分子外表面具有大量的官能团,N元素的掺入拓展了TiO2的光响应范围，减小了TiO2的带隙，从而使得电子能够吸收能量较小的可见光即跃迁到导带发生光催化反应，因此在紫外光下比传统TiO2有更好的表现。
(2)将步骤(1)中的悬浮液一部分涂于网状罩上，待其自然风干；
所述检测部用于检测透明壳体内净化程度；
所述检测部包括传感器、放大器、数字万用表、直流电源，所述传感器位于壳体内，放大器和数字万用表位于壳体外；所述传感器与放大器电连接，放大器与数字万用表电连接，放大器和数字万用表分别连接直流电源。
进一步的：所述传感器为气体传感器，所述气体传感器的量程为0-5ppm，探测灵敏度为0.02ppm，气体传感器的输出特性2000nA/ppm，即气体传感器在0-5ppm内的输出为线性，根据放大电路的设计，经放大器放大后在线性工作区内为0.94V/ppm。
进一步的：所述光源为AlGaN紫外LED芯片。
进一步的：所述光敏层的制备过程如下：
(1)将所述LED芯片粘贴在铝基板上；
(2)将ZrO2纳米颗粒与硅胶混合，使ZrO2纳米颗粒浓度为10wt％；
(3)沿着LED芯片周边缓慢倾倒上述混合体，利用胶体流动性、使LED芯片托槽的底部和侧面均匀覆盖纳ZrO2纳米颗粒涂层；在120度的温度下加热30分钟，自然冷却；
(4)将纯净的硅胶覆盖LED芯片，直至将ZrO2纳米颗粒涂层完全覆盖；在100度的温度下加热60分钟，自然冷却。
进一步的：所述透明壳体上设置进气口和出气口，通过风机让透明壳体内外气体进行置换。
本发明的技术效果是：
本发明结构简单，对涂层的制备以及对光媒介制备都非常简单，成本低；基于UV-LED灯的光触媒空气净化装置具有良好的空气净化效果，可以用于化工、家居、装修、卫生等领域的工作环境的空气净化。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
在附图中：
图1为本发明的示意图；
图2为紫外LED封装结构图；
其中，在图2中：1、铝基板；2、UV-LED灯；3、硅胶；4、光敏层。
图3为UV-LED覆盖纳米涂层制备工艺图。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，其中的示意性实施例以及说明仅用来解释本发明，但并不作为对本发明的不当限定。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示。一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统，包括净化部和净化检测部。
所述净化部包括底座、光源、光敏层4、光催化网、透明壳体。
所述光源安装在底座上，光源下方设置光敏层4，光催化网位于光源上方，透明壳体罩在光催化网上方；所述光敏层4是ZrO2涂层；
所述光催化网的制作包如下步骤：
(1)取纳米TiO2白色粉末溶于蒸馏水中溶解混匀,进一步用超声波粉碎、分散，得到5％的TiO2悬浮溶液；所述TiO2在合成时接枝了聚酰胺胺，N元素的掺入拓展了TiO2的光响应范围，减小了TiO2的带隙，从而使得电子能够吸收能量较小的可见光即跃迁到导带发生光催化反应，因此在紫外光下比传统TiO2有更好的表现。
(2)将步骤(1)中的悬浮液一部分涂于网状罩上，待其自然风干；
如图3所示，所述光敏层的制备过程如下：
(1)将所述LED芯片粘贴在铝基板1上；
(2)将ZrO2纳米颗粒与硅胶3(环氧树脂)混合，使ZrO2纳米颗粒浓度为10wt％；
(3)沿着LED芯片周边缓慢倾倒上述混合体，利用胶体流动性、使LED芯片托槽的底部和侧面均匀覆盖纳ZrO2纳米颗粒涂层；在120度的温度下加热30分钟，自然冷却；
(4)将纯净的硅胶(环氧树脂)覆盖LED芯片，直至将ZrO2纳米颗粒涂层完全覆盖；在100度的温度下加热60分钟，自然冷却。
光能利用率：
Figure BDA0002790549920000031
其中σ为光能利用率；Φtotal为观察板上接收的总光通量；ΦUV-LED为UV-LED灯发出的总光通量。在这里由于UV-LED灯有被光敏层反射的光重新参与到反应中，因此光能利用率是有效增加的。
通过上述的光敏层制备过程，将光敏层与AlGaN紫外LED芯片集成到了铝基板上，使其成为一个整体，在实际安装使用过程中更方便。整体制备方式接单、可靠，使用更便利。
所述光源是UV-LED灯2(AlGaN紫外LED芯片，45×45mil)，接入直流稳压电源。所述UV-LED灯发出的紫外光激发光触媒(涂覆有TiO2的光催化网)，基于ZrO2纳米粒子基涂层的UV-LED灯发出的紫外光激发光触媒，光触媒通过光催化氧化反应产生具有极强氧化能力的自由基活性物质，在光电转换中进行氧化还原反应，有效净化硫化氢、甲醛、苯、氨气、二甲苯等有害污染物，并能将细菌或真菌释放出的毒素分解及无害化处理。
所述检测部用于检测透明壳体内净化程度。
所述检测部包括传感器、放大器、数字万用表、直流电源，所述传感器位于壳体内，放大器和数字万用表位于壳体外；所述传感器与放大器电连接，放大器与数字万用表电连接，放大器和数字万用表分别连接直流电源。气体传感器与一个放大器相连接，最后将探测到的污染物气体浓度转化为电压值由万用电表实时显示。
进一步的：所述传感器为气体传感器，所述气体传感器的量程为0-5ppm，探测灵敏度为0.02ppm，气体传感器的输出特性2000nA/ppm，即气体传感器在0-5ppm内的输出为线性，根据放大电路的设计，经放大器放大后在线性工作区内为0.94V/ppm。
在这里通过一个万用表就可以显示出净化程度，整体结构简单，使用方便。
进一步的：所述透明壳体上设置进气口和出气口，通过风机让透明壳体内外气体进行置换。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于紫外LED的光触媒空气净化系统，其特征在于：包括净化部和净化检测部；
所述净化部包括底座、光源、光敏层、光催化网、透明壳体；
所述光源安装在底座上，光源下方设置光敏层，光催化网位于光源上方，透明壳体罩在光催化网上方；所述光敏层是ZrO2涂层；
所述光催化网的制作包如下步骤：
(1)取纳米TiO2白色粉末溶于蒸馏水中溶解混匀,进一步用超声波粉碎、分散，得到5％的TiO2悬浮溶液；
(2)将步骤(1)中的悬浮液一部分涂于网状罩上，待其自然风干；
所述检测部用于检测透明壳体内净化程度；
所述检测部包括传感器、放大器、数字万用表、直流电源，所述传感器位于壳体内，放大器和数字万用表位于壳体外；所述传感器与放大器电连接，放大器与数字万用表电连接，放大器和数字万用表分别连接直流电源。
2.根据权利要求1所述的基于紫外LED的光触媒空气净化系统，其特征在于：所述传感器为气体传感器，所述气体传感器的量程为0-5ppm，探测灵敏度为0.02ppm，气体传感器的输出特性2000nA/ppm，即气体传感器在0-5ppm内的输出为线性，根据放大电路的设计，经放大器放大后在线性工作区内为0.94V/ppm。
3.根据权利要求1所述的基于紫外LED的光触媒空气净化系统，其特征在于：所述光源为AlGaN紫外LED芯片。
4.根据权利要求3所述的基于紫外LED的光触媒空气净化系统，其特征在于：所述光敏层的制备过程如下：
(1)将所述LED芯片粘贴在铝基板上；
(2)将ZrO2纳米颗粒与硅胶混合，使ZrO2纳米颗粒浓度为10wt％；
(3)沿着LED芯片周边缓慢倾倒上述混合体，利用胶体流动性、使LED芯片托槽的底部和侧面均匀覆盖纳ZrO2纳米颗粒涂层；在120度的温度下加热30分钟，自然冷却；
(4)将纯净的硅胶覆盖LED芯片，直至将ZrO2纳米颗粒涂层完全覆盖；在100度的温度下加热60分钟，自然冷却。
5.根据权利要求1所述的基于紫外LED的光触媒空气净化系统，其特征在于：所述透明壳体上设置进气口和出气口，通过风机让透明壳体内外气体进行置换。
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