CN115717749A

CN115717749A - 光催化空气净化装置

Info

Publication number: CN115717749A
Application number: CN202211423452.1A
Authority: CN
Inventors: 刘子煊
Original assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Current assignee: Gree Electric Appliances Inc of Zhuhai
Priority date: 2022-11-15
Filing date: 2022-11-15
Publication date: 2023-02-28

Abstract

本发明提供了一种光催化空气净化装置，该光催化空气净化装置包括：腔体，腔体内盛装有光催化剂纳米流体；紫外灯，设于腔体内；进风组件，与腔体相连通，进风组件用于将待净化的空气通入光催化剂纳米流体中；出风组件，与腔体相连通。本发明的光催化空气净化装置能够有效地去除空气中的细菌以及甲醛等污染气体，杀菌、净化效果较好，且使用安全性较高。

Description

光催化空气净化装置

技术领域

本发明涉及空气净化设备技术领域，特别是涉及一种光催化空气净化装置。

背景技术

目前，常见的紫外光空气净化装置主要分为两类。其中，第一类为：紫外光直接照射空气进行杀菌的净化装置；第二类为：紫外光照射光催化剂产生强氧化物质进行杀菌的净化装置。

第一类净化装置是通过UVC(短波紫外线，Ultraviolet C)级别的紫外线直接照射空气中的细菌，破坏细菌结构，进而杀死细菌。这种净化装置若存在使用不当，会对人体产生重大危害，且杀菌净化过程中会产生大量的臭氧，同样会危害人体健康。

第二类净化装置是通过UVA(长波紫外线，Ultraviolet A)级别的紫外线照射二氧化钛等光催化剂，从而催化产生羟基等强氧化物质，从而氧化细菌，达到杀菌净化的效果。但这种净化装置的杀菌净化范围有限，净化效果较差，且非常依赖UVA的照射角度和能量。

因此，如何提供一种不会对人体造成危害、安全性更好、净化效果更好的空气净化装置，已成为本领域的研究热点之一。

发明内容

基于此，有必要提供一种安全性较好、净化效果较好的光催化空气净化装置。

本发明提出的技术方案如下：

一种光催化空气净化装置，包括：

腔体，所述腔体内盛装有光催化剂纳米流体；

紫外灯，设于所述腔体内；

进风组件，与所述腔体相连通，所述进风组件用于将待净化的空气通入所述光催化剂纳米流体中；及

出风组件，与所述腔体相连通。

在其中一些实施例中，所述光催化剂纳米流体中的光催化剂为经过表面活性剂表面改性的光催化剂颗粒。

在其中一些实施例中，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮K30、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇1000、司盘80、吐温80和吐温85中的一种或多种。

在其中一些实施例中，所述光催化剂纳米流体中的光催化剂为纳米二氧化钛颗粒。

在其中一些实施例中，所述二氧化钛纳米流体中所述纳米二氧化钛颗粒的体积分数为0.001％～0.01％。

在其中一些实施例中，所述紫外灯安装于所述光催化剂纳米流体的液面以下。

在其中一些实施例中，所述紫外灯安装于所述腔体的内腔中心位置。

在其中一些实施例中，所述进风组件包括：

进风管路，与所述腔体相连通；

风机，设于所述进风管路上；及

鼓泡机，设于所述进风管路上，且位于所述风机的出风口后端。

在其中一些实施例中，所述出风组件包括：

出风管路，与所述腔体相连通，且连接于所述腔体的上部；及

活性炭过滤网，设于所述出风管路上。

在其中一些实施例中，还包括流体补充组件，所述流体补充组件包括：

光催化剂纳米流体储罐；

流体补充管路，所述流体补充管路的一端与所述光催化剂纳米流体储罐相连通，所述流体补充管路的另一端与所述腔体相连通；及

流体补充泵，设于所述流体补充管路上。

在其中一些实施例中，还包括流体循环组件，所述流体循环组件包括：

流体循环管路，所述流体循环管路的两端分别与所述腔体的不同位置相连通，且所述流体循环管路的至少一端与所述腔体的连接处位于所述光催化剂纳米流体的液面以下；及

流体循环泵，设于所述流体循环管路上。

在其中一些实施例中，所述腔体为不透光腔体。

在其中一些实施例中，所述光催化剂纳米流体中含有纳米银。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明的光催化空气净化装置，通过在腔体内盛装光催化剂纳米流体，在腔体内设置紫外灯，并设置进风组件和出风组件与腔体的内腔相连通；使用时通过进风组件将待净化的空气通入光催化剂纳米流体中，开启紫外灯，光催化剂纳米流体中的光催化剂在紫外光的作用下产生大量的活性羟基，这些羟基可以直接将空气中的细菌进行氧化，或者与水结合产生氧化性更强的双氧水，实现对空气的全面杀菌；同时，通过光催化剂纳米流体紫外光处理后可以除去空气中的甲醛。光催化剂纳米流体中的光催化剂能够均匀、稳定的悬浮在基础流体中，可以与紫外光充分作用，大大提高光催化效果。该光催化空气净化装置具有良好的杀菌、净化效果，且具有较好的使用安全性。

附图说明

图1为本发明一实施例的光催化空气净化装置的结构示意简图。

附图标记说明：

10、腔体；20、光催化剂纳米流体；30、紫外灯；40、进风组件；41、进风管路；42、风机；43、鼓泡机；50、出风组件；51、出风管路；52、活性炭过滤网；60、流体补充组件；61、光催化剂纳米流体储罐；62、流体补充管路；63、流体补充泵；100、光催化空气净化装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

传统的紫外光直接照射空气进行杀菌的净化装置，使用不当时容易对人体产生危害，且杀菌净化过程中产生的大量臭氧也会危害人体健康，其使用安全性较差；传统的紫外光照射光催化剂产生强氧化物质进行杀菌的净化装置净化效果较差。

为了解决上述问题，本发明一实施方式提供了一种光催化空气净化装置100。请参阅图1，该光催化空气净化装置100包括腔体10、紫外灯30、进风组件40和出风组件50。

其中，腔体10内盛装有光催化剂纳米流体20；紫外灯30设置在腔体10内；进风组件40连接于腔体10上且与腔体10的内腔相连通，该进风组件40用于将待净化的空气通入光催化剂纳米流体20中；出风组件50连接于腔体10上且与腔体10的内腔相连通。

上述的光催化空气净化装置100，通过在腔体10内盛装光催化剂纳米流体20，在腔体10内设置紫外灯30，并设置进风组件40和出风组件50与腔体10的内腔相连通；使用时通过进风组件40将待净化的空气通入光催化剂纳米流体20中，开启紫外灯30，光催化剂纳米流体20中的光催化剂在紫外光的作用下产生大量的活性羟基，这些羟基可以直接将空气中的细菌进行氧化，或者与水结合产生氧化性更强的双氧水，实现对空气的全面杀菌；同时，空气中的甲醛也可以被羟基氧化成水和二氧化碳，通过光催化剂纳米流体20紫外光处理后可以除去空气中的甲醛，从而达到对空气的良好净化效果；经净化后的空气从出风组件50排出腔体10，即完成空气的净化处理。

由于采用光催化剂纳米流体20对空气进行杀菌和净化，光催化剂纳米流体20中的光催化剂以纳米尺寸均匀、稳定的悬浮在基础流体中，光催化剂纳米颗粒不会在重力的作用下而发生沉降；当紫外光照射到光催化剂纳米流体20时，紫外光可以充分地与光催化剂纳米颗粒作用，有利于形成更多的活性羟基，提高光催化净化空气的效果。相比于传统的净化装置，本发明上述的光催化空气净化装置100不仅安全性较好，而且具有良好的杀菌、净化效果。

需要说明的是，光催化剂纳米流体20中的基础流体即用于分散光催化剂纳米颗粒的液体。该基础流体可以为但不限于水、甲醇、乙二醇、煤油和机油中的一种或多种的混合物，优选为水。光催化剂纳米颗粒的尺寸一般为1nm～100nm。光催化剂纳米颗粒可以采用二氧化钛等常用的紫外光催化剂材料。

在其中一些实施例中，光催化剂纳米流体20中的光催化剂为二氧化钛纳米颗粒。二氧化钛纳米颗粒在光催化剂纳米流体20中的体积分数为0.001％～0.01％。可理解，光催化剂纳米流体20中二氧化钛纳米颗粒的体积分数可以为但不限于0.001％、0.002％、0.003％、0.004％、0.005％、0.006％、0.007％、0.008％、0.009％、0.01％。

进一步地，在其中一些实施例中，光催化剂纳米流体20中的二氧化钛纳米颗粒为经过表面活性剂表面改性的二氧化钛纳米颗粒。采用表面活性剂对二氧化钛纳米颗粒进行表面改性，可以通过表面活性剂的极性端吸附在二氧化钛纳米颗粒周围而形成膜层结构，提高二氧化钛纳米颗粒之间的空间位阻，有效防止二氧化钛纳米颗粒因范德华力而发生团聚的情况。

通过对二氧化钛纳米颗粒进行表面活性剂表面改性，可以避免二氧化钛纳米颗粒在基础流体中发生沉降，大量的光催化剂纳米颗粒沉积在腔体底部互相遮挡，而使光催化净化效果显著降低的现象。

所用的表面活性剂可以为现有常用的阳离子型、阴离子型和非离子型的表面活性剂。

在其中一些实施例中，表面活性剂为聚乙烯吡咯烷酮K30(PVP K30)、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)、十二烷基硫酸钠(SDS)、十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、聚乙二醇1000(PEG1000)、司盘80(Span 80)、吐温80(tween-80)和吐温85(tween-85)中的一种或多种。

可以理解，表面活性剂可以为PVP K30、SDBS、SDS、CTAB、PEG1000、Span 80、tween-80和tween-85中的任意一种，也可以是将上述的表面活性剂中的两种或三种以上混合使用。

在其中一些实施例中，表面活性剂采用Span 80。通过对比测试，在二氧化钛纳米颗粒与表面活性剂质量比相同的情况下，采用Span 80作为表面活性剂的光催化效果更好。

该光催化剂纳米流体20具体可以通过以下两种方法制备得到：

在其中一些实施例中，采用一步法制备光催化剂纳米流体20。其具体步骤为：称取一定量的表面活性剂Span 80，加入去离子水，机械搅拌使两者充分混合；再加入一定量的纳米二氧化钛颗粒，充分搅拌混合后，超声分散15min，得到二氧化钛光催化剂纳米流体20。表面活性剂Span 80与纳米二氧化钛的质量比优选为0.05：1。

上述方法制备的光催化剂纳米流体20中，表面活性剂Span 80吸附在二氧化钛纳米颗粒的液固界面上，改变二氧化钛纳米颗粒的表面性质，降低其表面自由能，形成一层溶剂化膜，利用空间位组效应阻碍二氧化钛纳米颗粒的互相接近，从而形成二氧化钛纳米颗粒均匀、稳定地分散在基础流体中的光催化剂纳米流体20。

在另外一些实施例中，采用两步法制备光催化剂纳米流体20。其具体步骤为：将一定量的纳米二氧化钛与去离子水混合，超声分散30min，以减少二氧化钛纳米颗粒之间的聚集；然后将表面活性剂Span 80倒入去离子水中混合后，再倒入上述的纳米二氧化钛水溶液中，继续超声分散10min，磁力搅拌3h，抽滤分离并洗涤3次以去除残余的表面活性剂；将洗涤后的固体物在60℃下烘干以去除残余溶剂，得到表面改性后的纳米二氧化钛颗粒；再将其与去离子水混合并搅拌，得到二氧化钛光催化剂纳米流体20。

上述方法制备的光催化剂纳米流体20中，同样是让表面活性剂通过极性端吸附在二氧化钛纳米颗粒周围形成膜层结构，从而提高二氧化钛纳米颗粒之间的空间位阻，有效防止二氧化钛纳米颗粒因范德华力而团聚。从成本和效率方面综合考虑，优选采用一步法制备光催化剂纳米流体20。

在其中一些实施例中，在光催化剂纳米流体20中还加入一定量的纳米银，以进一步增强光催化空气净化装置100的杀菌效果。纳米银的具体添加量可以根据实际的杀菌情况进行确定，在本发明中对此不做具体限定。

在其中一些实施例中，紫外灯30安装于光催化剂纳米流体20的液面以下。通过将紫外灯30安装在光催化剂纳米流体20的液面之下，可以使紫外灯30发出的紫外光能够更好地照射到光催化剂纳米流体20中的光催化剂颗粒上，从而可以提高光催化空气净化装置100对空气的杀菌、净化效果。

在其中一些实施例中，紫外灯30安装于腔体10的内腔中心位置。如此设置，相比于将紫外灯30安装在靠近腔体10的某一侧的安装方式，可以使紫外灯30发出的紫外光线能够更加均匀地照射到光催化剂纳米流体20中的各个方向的光催化剂颗粒上，充分利用紫外光，并产生更多的活性羟基，从而进一步提高光催化空气净化装置100对空气的杀菌、净化效果。

在其中一个具体示例中，紫外灯30采用UVA灯珠。

在其中一些实施例中，进风组件40包括进风管路41和风机42。其中，进风管路41连接在腔体10上且与腔体10的内腔相连通；风机42安装在进风管路41上，用于将待净化的空气经进风管路41输送至腔体10内。在该光催化空气净化装置100使用时，通过风机42将待净化空气抽进进风管路41中并送入腔体10内，使空气与光催化剂纳米流体20进行混合，对空气进行杀菌、净化处理。

在其中一些实施例中，该进风组件40还包括鼓泡机43。该鼓泡机43安装于进风管路41上，并且位于风机42的出风口后端。如此设置，待净化的空气经风机42送入鼓泡机43，空气经鼓泡机43后被打入腔体10内，以鼓泡的方式进入光催化剂纳米流体20中。这样，可以使待净化空气与光催化剂纳米流体20更加充分地接触，进一步提高光催化剂对于空气的杀菌、净化效果。

在其中一些实施例中，进风管路41连接在腔体10上的光催化剂纳米流体20液面以下的位置。这样，可以使空气能够与光催化剂纳米流体20充分混合。作为优选，进风管路41连接于腔体10的底部，这样可以使待净化空气从腔体10的底部通入光催化剂纳米流体20中，更加有利于空气与光催化剂纳米流体20的充分混合。

在其中一些实施例中，在进风管路41上还设置有一个阀门(图中未示出)，以避免腔体10内的光催化剂纳米流体20流入进风管路41内。

在其中一些实施例中，出风组件50包括出风管路51和活性炭过滤网52。其中，出风管路51连接于腔体10的上部，且与腔体10的内腔相连通；活性炭过滤网52安装在出风管路51上。如此设置，在腔体10内经过紫外光催化杀菌、净化处理后的空气进入出风管路51，并经活性炭过滤网52过滤消除异味后排出光催化空气净化装置100。

在其中一些实施例中，光催化空气净化装置100还包括流体补充组件60，该流体补充组件60用于向腔体10内补充光催化剂纳米流体20。

在其中一些实施例中，流体补充组件60包括光催化剂纳米流体储罐61、流体补充管路62和流体补充泵63。其中，光催化剂纳米流体储罐61用于储存备用的光催化剂纳米流体20；流体补充管路62的一端与光催化剂纳米流体储罐61相连通，流体补充管路62的另一端与腔体10相连通；流体补充泵63安装在流体补充管路62上。当腔体10内需要补充光催化剂纳米流体20，可以开启流体补充泵63将光催化剂纳米流体储罐61内的光催化剂纳米流体20输送到腔体10内。

在其中一些实施例中，在流体补充管路62上还安装有一个阀门(图中未示出)，用于避免腔体10内的光催化剂纳米流体20返流到流体补充管路62内。

在其中一些实施例中，光催化空气净化装置100还包括流体循环组件(图中未示出)，该流体循环组件用于使腔体10内的光催化剂纳米流体20形成循环流动，增加空气中的污染物、细菌等与光催化产生的强氧化物质的接触面积，从而提高空气杀菌、净化效果。

在其中一个具体示例中，流体循环组件包括流体循环管路和流体循环泵。其中，流体循环管路的两端分别与腔体10的不同位置相连通，且该流体循环管路的至少一端与腔体10的连接处位于光催化剂纳米流体20的液面以下；流体循环泵安装在流体循环管路上。如此，通过开启流体循环泵即可使腔体10内的光催化剂纳米流体20产生循环流动。

在其中一些实施例中，该光催化空气净化装置100中的腔体10采用不透光腔体10。避免紫外线照射到腔体10以外，进一步提高光催化空气净化装置100的安全性。

本发明一实施例的光催化空气净化装置100的工作流程如下：

待净化的空气在风机42的作用下被抽入进风管路41，经鼓泡机43后进入腔体10内的光催化剂纳米流体20中与光催化剂纳米流体20混合；紫外灯30发出的紫外线与光催化剂纳米流体20中的光催化剂作用，使光催化剂表面形成高活性的光生电子空穴对，使光催化剂催化产生大量的活性羟基，或者进一步与水结合产生氧化性更强的双氧水；通过这些强氧化物质对空气中的细菌、污染物质等进行净化处理；经净化处理后的空气通过活性炭过滤网52过滤去除异味后通过出风管路51排出；在净化过程中，可开启流体循环组件中的流体循环泵使光催化剂纳米流体20循环流动；当腔体10内的光催化剂纳米流体20不足时，可开启流体补充组件60中的流体补充泵63向腔体10内补充光催化剂纳米流体20。

本发明的光催化空气净化装置100可以应用于新风系统中。例如，可在新风系统的管道的最后端输出口处设置本发明的光催化空气净化装置100，使新风经过该光催化空气净化装置100杀菌、净化处理后，再通过管道输送出去。

对本发明的光催化空气净化装置100的杀菌效果进行测试，测试方法如下：在培养皿中培养大肠杆菌细菌，将大肠杆菌细菌喷洒到房间内，将本发明的光催化空气净化装置100置于房间内并运行，经过一个小时的运行之后测量房间内空气的杀菌效果。测试结果显示杀菌率约为97％。

而在同样的试验条件下，在喷洒大肠杆菌细菌的房间内采用外置UVA灯直接照射二氧化钛的杀菌方式，其杀菌率约为71％。可见，本发明的光催化空气净化装置100能够达到更强的杀菌效果。

对本发明的光催化空气净化装置100的除甲醛效果进行测试，测试方法如下：向房间中输入230μg/m³浓度的甲醛，将本发明的光催化空气净化装置100置于该房间内(二氧化钛光催化剂纳米流体20中纳米二氧化钛的体积分数为0.005％)，开启该光催化空气净化装置100运行1小时，测量房间中甲醛浓度为32.8μg/m³。可见，本发明的光催化空气净化装置100对空气中的甲醛具有良好的净化效果。

在同样的试验条件下，将二氧化钛光催化剂纳米流体20中纳米二氧化钛的体积分数提高到0.01％，运行1小时后测得房间中的甲醛浓度为34.6μg/m³。在同样的试验条件下，将二氧化钛光催化剂纳米流体20中纳米二氧化钛的体积分数降低到0.001％，运行1小时后测得房间中的甲醛浓度为25.3μg/m³。可见，光催化剂纳米流体20中光催化剂的体积分数并不是越高越好，在一定范围内光催化剂的体积分数增高反而会使除甲醛的效果下降。其可能的原因在于，紫外灯30是直接浸泡在光催化剂纳米流体20中的，光催化剂纳米流体20中的纳米颗粒的增多，会阻挡紫外线照射到光催化剂上，使得只有靠近紫外灯30的光催化剂才能发生催化反应。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准，说明书及附图可以用于解释权利要求的内容。

Claims

1.一种光催化空气净化装置，其特征在于，包括：

腔体，所述腔体内盛装有光催化剂纳米流体；

紫外灯，设于所述腔体内；

出风组件，与所述腔体相连通。

2.根据权利要求1所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述光催化剂纳米流体中的光催化剂为经过表面活性剂表面改性的光催化剂颗粒。

3.根据权利要求2所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述表面活性剂包括聚乙烯吡咯烷酮K30、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇1000、司盘80、吐温80和吐温85中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述光催化剂纳米流体中的光催化剂为纳米二氧化钛颗粒。

5.根据权利要求4所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述二氧化钛纳米流体中所述纳米二氧化钛颗粒的体积分数为0.001％～0.01％。

6.根据权利1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述紫外灯安装于所述光催化剂纳米流体的液面以下。

7.根据权利1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述紫外灯安装于所述腔体的内腔中心位置。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述进风组件包括：

进风管路，与所述腔体相连通；

风机，设于所述进风管路上；及

9.根据权利要求1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述出风组件包括：

活性炭过滤网，设于所述出风管路上。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，还包括流体补充组件，所述流体补充组件包括：

光催化剂纳米流体储罐；

流体补充泵，设于所述流体补充管路上。

11.根据权利要求1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，还包括流体循环组件，所述流体循环组件包括：

流体循环泵，设于所述流体循环管路上。

12.根据权利要求1至5中任一项所述的光催化空气净化装置，其特征在于，所述腔体为不透光腔体；和/或

所述光催化剂纳米流体中含有纳米银。