CN112524734A

CN112524734A - 一种电磁波辅助材料进行空气清洁杀菌的方法

Info

Publication number: CN112524734A
Application number: CN202011311269.3A
Authority: CN
Inventors: 张雪峰; 李逸兴; 胡海华; 郑芸; 闫思语; 秦高梧
Original assignee: Northeastern University China
Current assignee: Northeastern University China
Priority date: 2020-11-20
Filing date: 2020-11-20
Publication date: 2021-03-19

Abstract

本发明属于空气净化清洁领域，具体涉及一种电磁波辅助材料进行空气清洁杀菌的方法。其过程为：1)使用具有微波吸收材料制备空气过滤结构的相关滤芯；2)通过空气抽滤装置使空气经过滤芯流动，同时使用电磁波发生装置向滤芯上发射电磁波能量；3)借由电磁波能量的热效应以及非热效应对空气中的微生物、细菌以及病毒进行灭杀。同时，通过滤芯材料自身的多孔特性对空气中的可吸入颗粒物进行了过滤吸附，同步实现空气的颗粒过滤与消毒灭菌。利用本发明所提出的方法，可以在同一装置内同时实现空气的颗粒过滤以及消毒灭菌，同时，相关滤芯结构易于制备，性能好，不需要复杂的工艺过程。

Description

一种电磁波辅助材料进行空气清洁杀菌的方法

技术领域

本发明属于空气净化清洁领域，具体涉及一种使用外部电磁波能量辅助材料进行空气净化杀菌的方法。

背景技术

伴随着当前社会生活水平与经济水平的提升，人们对于生活、工作环境中的空气质量要求也越来越高。同时，伴随着现代工业的发展与城市中央经济区的人口稠密度的增加，工业制造过程中产生的可吸入颗粒物与人口聚集区人类活动导致的空气质量下降也对现代人类的身体健康产生了巨大的威胁。由此，各类空气净化以及过滤设备在近几年得到了普及应用。

当前广泛应用的空气净化设备多以物理吸附过滤作为主要手段，其对于PM 2.5、PM 10等可吸入颗粒物有着比较好的吸附作用。但是，在空气中广泛分布的各类微生物、细菌以及病毒等却很难被物理性吸附过滤手段处理。其主要原因是由于上述各类微生物、细菌以及病毒等虽然被滤芯所捕获吸附，但在滤芯上将会大量繁殖，尤其在湿度较大的环境中，并由此产生更加严重的健康问题。此外，在家庭环境中，病毒很容易导致交叉感染，危害家庭的整体健康状况。

因此，开发具有消毒灭菌功能的空气过滤方法，有助于改善人口聚集区以及家庭、办公环境中的微生物、细菌以及病毒等浓度，提升国民健康水平。

由于电磁波在介质中通过时被介质吸收，在介质分子内部激烈运动而产生热效应，可以产生高热使微生物死亡；同时，微波的非热效应通过振荡改变了微生物内部的电动势，其中的蛋白质将会选择性地吸收微波的能量，破坏生物酶的活性，起到杀菌效果。同时，电磁波杀菌具有节能、作用温度低、时间短、无选择性、无残留、污染小等特性。因此，使用电磁波对空气过滤系统进行杀毒灭菌成为了较为理想的选择。CN200910202155.2中公布了一种循环式电磁波杀菌消毒装置及其实现方法，使用循环的电磁波能量对空气进行杀菌，但是其不具有空气中可吸入颗粒物的过滤性能，同时其装置所需体积更大也很难处理末端电磁波能量。CN201580032821.6中展示了内置有风力发电功能的杀菌、除臭型氧化氮、量子能量发生装置，该装置主要使用高压放电对空气进行净化处理，其在运行时需要产生高压对空气进行杀菌操作，其整个系统所需空间较大同时其高压电部分的防护比较难以处理。

发明内容

本发明目的在于提供一种电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，含有具有电磁波吸收材料制备的空气过滤滤芯、电磁场系统、控制系统，可以在同一装置内同时实现空气的颗粒过滤以及消毒灭菌，所使用电磁波频段为微波波段，频率范围为1-26.5GHz，可根据材料的不同匹配不同频段。

一种电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，包括步骤如下：

1)使用空气抽滤系统使空气流动并经过空气过滤装置，该空气过滤装置包括含有电磁波吸收材料制备的空气过滤滤芯；

2)使用电磁场发生装置向空气过滤装置上发射电磁波能量；

3)利用电磁波吸收材料的电磁波吸收特性吸收电磁波能量；

4)利用电磁波吸收材料所吸收的电磁波能量的热效应和非热效应对微生物、细菌、病毒进行灭杀处理；

5)利用电磁波吸收材料所构建的微纳米多孔结构对空气中的可吸入颗粒物进行过滤；

利用上述材料所制备的空气过滤装置，在电磁场的辅助下，实现空气的同步颗粒过滤和消毒灭菌，得到清洁干净的空气。

进一步地，其相关操作方式为：

首先进行101接通电源，查看系统送风102和空气流动方向103是否正常，若不正常则进行检查；若正常则进行电磁场启动步骤104；

若不启动电磁场系统，则进入普通空气过滤路径1051，进行空气过滤；

若启动电磁场系统，进入电磁场灭菌与空气过滤路径1061，进行空气过滤以及灭菌消毒，此时，将对过滤模块进行温度检测，若温度正常，则正常运行；若不正常，则对系统的电磁场功率进行调整，直至温度恢复正常。

进一步地，所述的空气过滤滤芯由电磁波吸收材料制备，微波吸收材料为Fe@C、Co@C、Ni@C、Nb@C、Fe@CNT、Co@CNT、Ni@CNT以及生物质基材料中的一种或两种以上。

进一步地，所述生物质基材料为木质基材料，包含原始木质基材料、具有异质元素掺杂的木质基材料、使用物理化学手段处理后的木质基材料中的一种或两种以上。

进一步地，微波吸收材料为原始材料或具有异质元素S、N、P、O、B、Fe、Co、Ni、Nb中的一种或两种以上进行掺杂的材料。

具有异质元素掺杂的木质基材料中的异质元素为S、N、P、B、O、Fe、Co、Ni、Cu、Au、Pt、Ag、Nb、W、Al中的一种或两种以上。

进一步地，空气流动的方向总是由生物质过滤结构流向送风装置。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种可以同时对空气进行过滤和灭菌消毒的方法，该方法操作简单，实施简便。同时，电磁波杀菌方式具有节能、作用温度低、时间短、无选择性、无残留、污染小等优点。此外，材料的来源广泛，制备简便，具有优良的电磁波响应特性，可以实现电磁场在相关过滤设备中的传输与吸收，提升了方法的杀菌效率。

附图说明

图1为本发明空气过滤灭菌方法的相关操作示意图。

图2为实际操作结构示意图，201外部结构，202过滤结构，203送风装置，204控制装置，205电磁场产生装置。

图3为202过滤结构的组成结构示意图，包括实际操作结构示意图，包括301芯体、302电磁波屏蔽网、303温度探测位点。

图4为芯体301的组成结构示意图，包括微波吸收材料与外部固定结构所组成的401芯体、402外部固定框架。

图5为木质基材料扫描电子显微镜照片，展示了相关材料的多孔结构。

图6为木质基材料电磁波响应性能；

图7为具有异质元素掺杂的木质基材料扫描电子显微镜照片，展示了相关材料的多孔结构。

图8为具有异质元素掺杂的木质基材料电磁波响应性能。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，详述本发明技术方案。需说明，此处所描述的具体实例仅用于解释本发明，其中图示为示意性质，并不用于限定本发明的范围。

本发明的相关操作方式流程图如图1所示：

实施例

如图2所示，按照所示结构搭建空气过滤结构，包括外部结构201，生物质过滤结构202，送风装置203，控制装置204，电磁场产生装置205，生物质过滤结构202，送风装置203，控制装置204，电磁场产生装置205均布局在201外壳内部。其中，生物质过滤结构202如图3和图4所示，所用材料使用如图5或图7所示的生物质材料进行制作，相关材料的电磁响应特性如图6和图8所示。

同时，在外壳201上设置有电磁场装置固定位点、空气滤芯固定位点、控制装置固定位点、内部风道结构；202空气滤芯由芯体301、电磁波屏蔽网302、温度探测位点303组成，电磁波产生装置205固定在外壳201上，分布在202空气滤芯四周且与之紧密接触；送风结构203由可以抽取空气的风扇、外部壳层提供的风道、风扇盖板组成。

其中，过滤结构202的大小由所搭建的外部结构201的大小所决定，生物质过滤结构202的尺寸标准为可以填充满整个外部结构201内的全部空气流通通道，其结构由微波吸收材料与外部固定结构所组成的芯体301和外部固定框架302组成，同时具有良好的微波吸收性能和可吸入颗粒过滤性能。

其中，空气流动的方向由生物质过滤结构202和送风装置203的位置所决定，空气流动的方向总是由生物质过滤结构202流向送风装置203。

在实际应用该方法时，按照以下路径进行实施：

1)使用控制装置204启动，此时送风系统203将开始进行工作，可以使用控制装置204对送风系统203的运行速率进行调整；

2)选择是否开启电磁场灭菌消毒模式，如果不开启电磁波产生装置205，则设备将按照一般空气过滤模式进行运行；

3)选择开启电磁波产生装置205，电磁波将会进入空气滤芯202中，并被空气滤芯202中的微波吸收材料所吸收，对其上吸附的微生物、细菌、病毒等进行灭杀消毒，同时由于电磁波屏蔽装置302的存在，电磁波只会在空气滤芯202中传播，不会进入环境中对人造成影响；

4)在电磁波产生装置205开启时，温度检测位点303也将开始工作，检测空气滤芯202的温度是否正常，若发生异常，装置将会报警同时自动调整电磁波输出功率，使温恢复到正常值，防止发生危险。

5)在使用完毕后，使用控制装置204关闭所有系统部件，工作结束。

Claims

1.一种电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，包括步骤如下：

2)使用电磁场发生装置向空气过滤装置上发射电磁波能量；

3)利用电磁波吸收材料的电磁波吸收特性吸收电磁波能量；

2.如权利要求1所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，所述的空气过滤滤芯由电磁波吸收材料制备，微波吸收材料为Fe@C、Co@C、Ni@C、Nb@C、Fe@CNT、Co@CNT、Ni@CNT以及生物质基材料中的一种或两种以上。

3.如权利要求1所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，步骤2)所使用电磁波频段为微波波段，频率在1-26.5GHz频率范围内。

4.如权利要求2所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，所述生物质基材料为木质基材料，包含原始木质基材料、具有异质元素掺杂的木质基材料、使用物理化学手段处理后的木质基材料中的一种或两种以上。

5.如权利要求2所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，微波吸收材料为原始材料或具有异质元素S、N、P、O、B、Fe、Co、Ni、Nb中的一种或两种以上进行掺杂的材料。

6.如权利要求4所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，具有异质元素掺杂的木质基材料中的异质元素为S、N、P、B、O、Fe、Co、Ni、Cu、Au、Pt、Ag、Nb、W、Al中的一种或两种以上。

7.如权利要求1所述电磁波辅助进行空气清洁杀菌的方法，其特征在于，若不启动电磁场发生装置，则进入普通空气过滤路径，进行空气过滤；

若启动电磁场发生装置，进入电磁场灭菌与空气过滤路径，进行空气过滤以及灭菌消毒，此时，将对过滤模块进行温度检测，若温度正常，则正常运行；若不正常，则对系统的电磁场功率进行调整，直至温度恢复正常。