CN118217799A - 光催化氧化分解物质设备 - Google Patents
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Abstract
提供一种光催化氧化分解物质设备,包括光催化剂、加热体和光源,加热体向光催化剂施加不同的热,使光催化剂表面产生温差;光源照射光催化剂,以发生光催化反应,从而使氧化还原物随温差驱动而加速流动。解决了光催化氧化分解能力微弱的问题。
Description
技术领域
本发明涉及光催化氧化分解物质领域,具体涉及光催化剂加热领域。
背景技术
光催化技术已为人们所熟知,尤其是1972年在Nature上的“本多-藤岛效应”的报道。根据日本国土交通大臣认定书(BCJ基评-AV0002-01,P.31页)的资料,在0.02m3的空间内,采用纳米二氧化钛纳米铂金的光催化技术,对空气中甲醛12小时的氧化分解,或减低率能够达到67.7%,这是非常非常了不起的技术进步。但该数据仅公开了在0.02m3空间内的数据,没有进一步给出更大空间条件下光催化氧化分解甲醛能力的数据。
目前,光催化氧化分解能力较为微弱的这一问题仍未被解决。中国专利CN201520978281.8公开了一种空气净化装置,通过光源用于热催化剂的加热,提高能源利用率,其包含活性炭吸附材料,这种混合方式,并不能说明其中的光催化性能是多少。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种光催化氧化分解物质设备,通过光催化剂表面产生温差来提高光催化氧化分解能力,解决光催化氧化分解能力微弱的问题。
为实现上述目的的一种光催化氧化分解物质设备,包括光催化剂、加热体和光源,加热体向所述光催化剂施加不同的热,使所述光催化剂表面产生温差;光源照射所述光催化剂。
在一个或多个实施例中,所述加热体包括第一部分相对高温部和第二部分相对低温部,用于加热光催化剂。
在一个或多个实施例中,所述加热体通过与光催化剂具有距离的设置,以加热光催化剂。
在一个或多个实施例中,所述加热体仅向光催化剂的一部分位置加热,另一部分位置不另外加热。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显,其中:
图1A是加热体向光催化剂进行高低温加热的示意图;
图1B是加热体向光催化剂具有距离的加热的示意图;
图2是光催化氧化分解物质设备一个实施例的结构示意图;
图3是光催化氧化分解空气中甲醛设备一个实施例的结构示意图。
符号标记说明
1敞开式空间
2开关
3光催化剂
4光源
5加热体
6.载体
7箱体
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明,在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明,但是本发明显然能够以多种不同于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根据实际应用情况作类似推广、演绎,因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
需要注意的是,这些以及后续其他的附图均仅作为示例,其并非是按照等比例的条件绘制的,并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
参照图2、图3理解,一种光催化氧化分解物质设备,包括加热体5、光催化剂3和光源4。
光催化剂3优选纳米二氧化钛,但本领域技术人员可以理解,光催化剂并不限于二氧化钛类物质,还可以是在光源的作用下对化学反应起催化剂作用的材料,如半导体、金属、贵金属、超分子有机框架等,或为氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、钛酸锶、钨酸铋、钒酸铋、钼酸铋、立方砷化硼、铂金、银、苝酰亚胺、卟啉、氢键有机框架HOFs、共价有机框架COFs、金属有机框架MOFs等等。
在一些实施例中,光催化剂3可以粘附于载体6上。载体6是承载光催化剂3的基材,在一些实施例中,载体6为玻璃、陶瓷、无纺布等高分子材料,此外载体还可以为铝等金属材料,而并不限于玻璃类等物质。
光催化剂3所依附的载体6数量可以单片,也可以多片。多片载体6可以设置成上下间隔叠放,也可以设置成前后左右堆放。此外,在一些实施例中,光催化剂3可以单一使用或多种组合使用。
在一些实施例中,加热体5为电阻、电路、碳纤维等电加热热源,如PTC热敏电阻,通过电能等方式转化为热能,进而向载体6和/或光催化剂3施加不同的热。加热体5并不限于电加热热源,还可以是电磁波热源,将电磁波转化为热源,如微波、红外线等。加热体5可以设置为包括第一部分相对高温部和第二部分相对低温部。加热体5可以与光催化剂3和/或载体6接触设置加热,如图1A所示,在背面或侧面加热;也可以对光催化剂3和/或载体6进行非接触的、存在距离的加热,如图1B所示。此外,加热体5也可以仅向光催化剂3和/或载体6的一部分位置加热而另一部分位置不另外加热,如图2、图3所示。
结合上述对光催化剂3、加热体5的介绍,可以理解到一种光催化氧化分解物质设备,该设备能够使光催化剂表面产生温差。设备包括光催化剂3、加热体5和光源4。加热体5向光催化剂3和/或载体6施加不同的热,使所述光催化剂3表面产生温差。
在一个实施列中,如图1A,加热体5设置为第一部分相对高温部和第二部分相对低温部,向光催化剂3和/或载体6加热,A位置施加高的温度,B位置施加低的温度,使光催化剂3表面所对应的a、b位置,得到高低不一的温度,进而在a、b位置之间产生温差。
在一些实施例中,如图1B所示,加热体5可以与光催化剂3和/或载体6以非接触距离设置加热。一种方式是将载体6倾斜设置以产生不同加热距离:A位置距离加热体5近,相应的a位置温度高;B位置距离加热体5相对远,相应的b位置温度低。通过距离大小,使光催化剂3表面的a、b位置,得到高低不一的温度,进而使光催化剂3表面也产生温差。
在一些实施例中,加热体5还可以仅向光催化剂3和/或载体6的一部分位置加热,而另一部分位置不另外加热,如图2、图3,加热体5仅向光催化剂3和/或载体6一部分接触的位置加热,使接触的位置所对应的光催化剂3表面位置受热升高温度。另一部分不接触的位置不另外加热,使另一部分不接触的位置温度相对较低,光催化剂3表面的两部分位置得到高低不一的温度,进而使光催化剂3表面也产生温差。
本领域技术人员可以理解的是,使光催化剂表面产生温差的加热体设置方式均可应用于本公开,而不限于上述实施例。
参照图2和图3理解,光催化氧化分解物质设备包括光催化剂3、加热体5和光源4,加热体5向光催化剂3施加不同的热,使所述光催化剂3的表面产生温差,光源4照射光催化剂3。
在一个实施例中,光催化剂3为纳米二氧化钛,载体6为透明平板玻璃片,纳米二氧化钛粘附于玻璃片上;加热体5为PTC热敏电阻,水平面设置于载体6背面,对纳米二氧化钛和/或玻璃片的一部分位置加热,而对另一部分位置不另外加热,进而使纳米二氧化钛表面在二个部分位置之间得到高低不一的温度,产生温差。
光源4为紫外线灯,光源4也可以为能发射一定波长范围的电磁波光源,包括可见光的LED灯,或荧光灯、汞灯、氙灯、全光谱灯、黑灯等,此外,在室外使用时,太阳光可以作为光源使用。
进一步的,如光源4为紫外线灯,在一个实施例中,主峰波长优选为222nm。此外,也可以选择主峰波长为350nm、365nm的等等紫外线灯。
需要说明的是,由于测试光谱仪的扫描间隔原因,主峰波长在不同设备中显示数值略有不同。如主峰波长为352nm的灯源,测试光谱仪的扫描间隔为5nm时,显示主峰波长数值为350nm,以此类推。
在一些实施例中,光源4兼作加热体5。光源4既发射电磁波照射光催化剂3,又作为加热体5,为光催化剂3和/或载体6加热。
下面通过具体实施例来对本公开所述的光催化氧化分解物质设备进行说明。
在第一实施例中,图2示出一种光催化氧化分解物质的设备。
光催化剂3为纳米二氧化钛,载体6为透明平板玻璃片,纳米二氧化钛粘附于玻璃片上。
加热体5为PTC热敏电阻,水平面设置于玻璃片背面,对纳米二氧化钛和/或玻璃片的一部分位置加热,而对另一部分位置不另外加热,进而使纳米二氧化钛表面在两个部分位置之间得到高低不一的温度,产生温差,纳米二氧化钛表面的温差驱动氧化还原物加速其流动。
光源4为紫外线黑灯,紫外线主峰波长350nm。光源4发射紫外线照射纳米二氧化钛,发生光催化反应。纳米二氧化钛表面的物质被光催化氧化分解得氧化还原物,并且被纳米二氧化钛表面温差驱动氧化还原物而加速其流动,从而加快光催化反应速度。
在第二实施例中,图3示出一种光催化氧化分解空气中甲醛的设备。该设备无过滤网、无活性炭、无负离子等等额外净化材料,仅使用光催化剂。
箱体7为敞开式自然通风结构箱体,有别于封闭式结构箱体以风机动力使空气流动的机械通风,敞开式自然通风结构箱体通过诸如热压动力等自然方式造成空气流动的自然通风,光源4、加热体5和光催化剂3设置在箱体7内。箱体7上还包括控制光源4以及加热体5的一个或多个开关2。
光催化剂3为纳米二氧化钛,载体6为透明平板玻璃片,纳米二氧化钛粘附于玻璃片上。
加热体5为60℃的PTC热敏电阻,水平面设置于玻璃片背面,对纳米二氧化钛和/或玻璃片的一部分位置加热,而对另一部分位置不另外加热,进而使纳米二氧化钛表面在二个部分位置之间得到高低不一的温度,产生温差。
光源4为紫外线黑灯,紫外线主峰波长350nm。光源4发射紫外线照射纳米二氧化钛,发生光催化反应,甲醛被光催化氧化分解,并且随着纳米二氧化钛表面的温差驱动氧化还原物而加速其流动,从而加快光催化反应速度。
按下开关02,紫外线黑灯通电发射紫外线照射纳米二氧化钛,发生光催化反应,纳米二氧化钛表面的甲醛被氧化分解;60℃的PTC热敏电阻通电升温,对纳米二氧化钛和/或玻璃片的一部分位置加热,而另一部分不另外加热的位置,其温度为环境温度的25℃,在不考虑热量损耗等因素情况下,纳米二氧化钛表面的两个部分位置之间产生35℃的温差,纳米二氧化钛表面的温差驱动氧化还原物而加速其流动,从而加快光催化反应速度。
光催化氧化分解空气中甲醛的设备的一组测试数据为:测试空间体积为3m3,甲醛初始浓度1.28mg/m3,环境温度25℃。第一小时后甲醛被氧化分解至0.91mg/m3,减低率29%,接着,第二小时甲醛氧化分解至0.65mg/m3,减低率49%。相比日本国土交通省的资料,在空间体积由0.02m3扩大到3m3,扩大150倍的条件下,甲醛的减低率仍然达到49%,光催化氧化分解能力显著提高。
需要说明的是,上述介绍中使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件,仅仅是为了便于对相应零部件进行区别,如没有另行声明,上述词语并没有特殊含义,不代表主次,因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
同时,本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此,应强调并注意的是,本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外,本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
本发明虽然以较佳实施例公开如上,但其并不是用来限定本发明,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以做出可能的变动和修改。因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰,均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。
本发明应用于空气净化消毒、分解水制氢等等的环境、能源、化学、医疗设备等各方面。
Claims (4)
1.光催化氧化分解物质设备,其特征在于,包括:
光催化剂;
加热体,用于向所述光催化剂施加不同的热,以使所述光催化剂的表面产生温差;以及
光源,照射所述光催化剂。
2.如权利要求1所述的光催化氧化分解物质设备,其特征在于,所述加热体包括第一部分相对高温部和第二部分相对低温部,用于加热光催化剂。
3.如权利要求1所述的光催化氧化分解物质设备,其特征在于,所述加热体通过与所述光催化剂具有距离的设置,以加热光催化剂。
4.如权利要求1所述的光催化氧化分解物质设备,其特征在于,所述加热体向光催化剂的一部分位置加热,另一部分位置不另外加热。
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