CN1362886A - 净化含氧气体的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明的一个目的是要提供一种净化含氧气体的方法和设备,用这一方法和设备不仅可使所述的含氧气体即时消毒、除臭和净化,而且还可使气体中所含的难分解有机化合物分解成低分子量化合物,例如碳酸气和水;以及所述的方法包括第一步,用≥200纳米但<300纳米的短波长紫外线照射气体例如要处理的空气,以便产生臭氧;第二步,用≥200纳米但<300纳米的中波长紫外线照射在第一步中处理过的空气,以便形成活性氧;以及第三步,用≥300纳米但<380纳米的长波长紫外线照射在第二步中处理过的空气,以便使活性氧转变成基态的氧分子,至少第二步和/或第三步在含有斜方晶体的氧化钛颗粒或负载有另一金属细颗粒的斜方晶系氧化钛颗粒的光催化剂存在下进行。
Description
技术领域
本发明涉及一种净化含氧气体的方法和设备。更具体地说，本发明涉及这样一种净化含氧气体的方法和设备，通过所述的方法和设备，不仅可使空气消毒或除臭以及可使优选用于清洁房间的空气净化，而且也可使空气中所含的难分解的有机化合物和空气的无机污染物例如Nox、Sox、CO和NH3分解，从而使它们变成无害的。
背景技术
作为净化含氧气体(为了简便，下文有时称为空气)的方法，迄今(1)用臭氧发生设备在空气中产生臭氧以及然后扩散的方法，(2)用杀菌灯使空气进行消毒的方法以及(3)使用安装在清洁房间或其他地方的HEPA(高效颗粒空气)过滤器或化学过滤器的方法是已知的。
但是，存在这样一些问题，(1)的臭氧扩散法释放出对人体有害的臭氧，(2)的方法不能即时使大量空气消毒，因为这一方法在原理上使用波长为254纳米的紫外线，因此不能形成活性氧，而且(2)的方法在杀菌灯的阴影部分中没有效果；以及使用HEPA过滤器的(3)的方法仅细菌被过滤器捕获，没有消毒作用，并且它有这样一些缺点以致当使用化学过滤器时，需要长的时间来更换过滤器，尽管可产生消毒作用；而当超过适于更换过滤器的时间时，与预期的相反，细菌不断繁殖。此外，当难分解的有机化合物含在要处理的空气中时，用上述的方法不可能分解和除去这些有机化合物例如含氯的芳族化合物。
发明内容
本发明的一个目的是解决上述传统的技术中存在的问题以及提供这样一种净化空气的方法和设备，用这一方法和设备大量要处理的空气(为了简便起见，下文有时将“要处理的”一词省去)可即时消毒、除臭和净化，并可再次得到对人体和牲畜无害的空气。本发明的另一目的是要提供这样一种净化空气的方法和设备，用这一方法和设备，在难分解的有机化合物中的碳原子之间的链例如单键、双键、三键可断裂使所述化合物分解成低分子量化合物，例如碳酸气和水，甚至当难分解的有机化合物含在空气中时。
本发明净化空气的方法的特征是，在含有氧化钛的光催化剂存在下用紫外线照射空气。更具体地说，本发明净化空气的方法包括第一步，用短波长(例如≥110纳米，但＜200纳米)紫外线照射空气，使空气中产生臭氧；第二步，用中波长(≥200纳米，但＜300纳米)的紫外线照射在第一步中处理过的空气，以便形成活性氧；以及第三步，用长波长(≥300纳米，但＜380纳米)的紫外线进一步照射在第二步中处理过的空气，以便使活性氧转变成基态的氧分子，至少第二步和/或第三步在光催化剂存在下进行。在空气中产生臭氧的步骤不限于上述紫外线照射的步骤，还包括在空气中进行无声放电的步骤。
光催化剂通常包含光半导体颗粒，例如二氧化钛。当需要时，光催化剂含有这样的颗粒，其中金属例如银细颗粒作为电极负载在光半导体颗粒上。作为光半导体颗粒，可使用本专业中大家熟悉的四方晶系的氧化钛颗粒(锐钛矿型或金红石型)，但特别希望使用斜方晶系的氧化钛颗粒或其他金属细颗粒负载的斜方晶系氧化钛颗粒。作为斜方晶系的氧化钛颗粒，板钛矿颗粒是最优选的。不同晶系的氧化钛颗粒或与氧化钛不同的光半导体颗粒可一起使用。
在本发明的方法中，在上述第三步中处理过的空气优选进一步用红外线灯发出的射线(通常为或主要为红外射线)或用卤灯发生的射线(主要为近红外射线)照射空气来干燥。在这方面，虽然本发明的方法可用于净化各种含氧气体，但所述的方法最好用于净化空气。
本发明净化空气的设备包括第一处理室有提供空气的设备和在空气中产生臭氧的设备，例如用短波长(≥110纳米，但＜200纳米)紫外线照射空气的设备；与第一处理室相连的第二处理室，有用中波长(≥200纳米，但＜300纳米)紫外线照射第一处理室提供的空气的设备；与第二处理室相连的第三处理室，有用长波长(≥300纳米，但＜380纳米)紫外线照射第二处理室提供的空气的设备，以及将第三处理室内处理过的空气排放到设备外的设备，第二处理室和/或第三处理室有光催化剂。
作为在所述设备中使用的光催化剂，就本发明的方法来说，可使用与上述相同的或类似的设备。
本发明的设备在上述第三处理室中优选装有一干燥室，其中安装有两部分一部分用红外灯发出的射线照射含氧气体，而另一部分用卤灯发出的射线照射含氧气体。
虽然本发明的设备也可用于净化各种含氧气体，但所述的设备最好用于净化空气。
附图简介
图1为说明本发明净化空气的设备的一个例子的示意图。
图中所示的符号分别表示如下设备、部件、部分等。
1……净化空气的设备，2……壳体，3……空气送入口，3A……过滤器，4……空气排出口，4A……吸入式鼓风机，5……短波长紫外线的照射设备，6……第一处理室，7、8、11、12、15和16……隔墙，9……第二处理室，10……中波长紫外线的照射设备，13……长波长紫外线的照射设备，14……第三处理室，17……干燥室，18……红外灯，19……光催化剂，20……卤灯，A……空气。
实施本发明的最好实施方案
本发明是要通过紫外线照射空气来形成活性氧源的单重态氧和超氧化物，特别是要在特定的光催化剂存在下通过用中波长紫外线和长波长紫外线照射来促进产生上述的活性氧源，并通过高能(稍大于22.5千卡/摩尔)活性氧源不仅使空气消毒和除臭，而且使空气中所含的难分解有机化合物分解。
通过优选用于本发明的各种波长的紫外线照射得到的氧的性质(在干燥气氛中)说明如下
(1)用短波长(110-200纳米)紫外线照射：
(2)用中波长(200-300纳米)紫外线照射：
在潮湿气氛中，以下的反应也出现：
(3)用长波长(300-380纳米)紫外线照射：
在潮湿气氛中，以下反应也出现：
在用中波长紫外线和长波长紫外线照射中，当光催化剂存在时，在催化剂表面上的电子射出，所述电子使基态氧原子形成活性氧阴离子，而活性氧阴离子相互键联形成有强消毒能力的超氧化物。此外，通过接收长波长紫外线的照射，超氧化物转变成基态氧原子。
在潮湿气氛中，以下的反应也出现：
在本发明的方法和设备中，除了含细菌或气味的空气外，还有所有的含氧气体，例如含有难分解有机化合物或无机空气污染物的废气，都是净化的对象。
本发明使用的光催化剂包含作为光半导体颗粒的氧化钛颗粒或负载有作为电极的金属例如银细颗粒的氧化钛颗粒。当需要时，用吸附材料例如陶资粉涂覆光催化剂。作为氧化钛，虽然可使用四方晶系的锐钛矿型或金红石型氧化钛和斜方晶系的氧化钛，但在本发明中优选使用斜方晶系的氧化钛。作为斜方晶系的氧化钛颗粒，应特别提到板钛矿颗粒，所述的板钛矿可为天然产品或合成产品。当需要时，氧化钛(TiO2)颗粒可包含不同晶系的颗粒作为颗粒组分，并可使用与其他半导体颗粒的混合物，例如Cds、CdSe、WO3、Fe2O3、SrTiO3、或KNbO3。作为用作电极的金属细颗粒，除了银颗粒外，还可使用金、铂或铜的细颗粒。光半导体颗粒的直径优选为1-50微米。金属细颗粒的直径优选为0.05-0.1微米。光半导体颗粒与金属细颗粒的混合比优选为每100份重光半导体1-55份重、优选取20-30份重金属细颗粒，以便恰当地产生其消毒和除臭作用。吸附材料用来从空气中吸附细菌和病毒，并将它们保留在上面。除了陶资粉末例如磷灰石(黄绿磷灰石)、沸石或海泡石粉末外，还可以使用含活性炭和丝纤维的产品。作为磷灰石，优选能选择性吸附细菌和病毒的羟基磷灰石[Ca10(PO4)6(OH)2]。这些吸附材料的颗粒直径(在含丝纤维的产品的情况下，为粉末的颗粒直径)优选为0.001-1.0微米、更优选0.01-0.05微米，特别是当考虑保证大的表面积和良好的吸附性能时。光半导体颗粒与吸附材料的混合比优选为每100份重光半导体颗粒1-50份重、更优选10-30份重吸附材料颗粒。
在本发明中，光催化剂附着在与空气接触的基材上。作为这样的基材，可提到的是金属板、陶瓷板、无纺织物例如聚酯纤维无纺织物、纸、纺织织物和塑料板。作为粘合光催化剂的方法，可提到的是这样一种方法，其中在不使用粘合剂的条件下用低温火焰喷涂法将光催化剂直接粘合到基材上，以及溶胶-凝胶法，也就是这样一种方法，其中将含有光催化剂(光半导体颗粒、金属细颗粒和吸附材料)、作为无机粘合剂的成膜组分和溶剂的溶胶粘附到基材上，然后例如在300-400℃下使所述的溶胶凝胶。在这种情况下，当需要时，还可含有其他组分。
在低温火焰喷涂法中，将熔点低于2000℃的氧化钛颗粒(5-50微米)和上述金属细颗粒(1-10微米)与约2900-3000℃熔融的陶瓷一起通过使用氧、已炔等的气体火焰喷涂法喷涂到上述基材上。火焰喷涂以后，光催化剂颗粒变成30-40微米扁平的堆状颗粒，并通过熔融锚作用强烈地粘附在基材上。
另一方面，在使用粘合剂的方法中，在公众中已知的珠粒状滑石、碳酸钙、硫酸铋、碳酸铋或玻璃中用于成膜的树脂，例如纤维素衍生物、邻苯二甲酸酯树脂、酚醛树脂和醛醇树脂用作成膜组分。作为溶剂，可使用醇类溶剂例如乙醇和丙醇、石油类溶剂和芳烃类溶剂。当光半导体颗粒、金属细颗粒和吸附材料作为涂料涂覆时，为了产生如消毒和除臭等效果以及确保足够的涂覆能力，按涂料的总量计，它们的掺混量优选为3-55％(重量)、更优选15-35％(重量)。
当四方晶系的氧化钛用作光催化剂时，所有的晶体都为锐钛矿晶体的氧化钛有强的氧化能力，因此有时使基材损坏。因此，在这样的情况下，优选使涂料原料的氧化钛粉末中锐钛矿型晶体与金红石型晶体的重量比为20-50％∶50-80％。当锐钛矿型晶体的比值降低时，光催化剂的作用变得太弱。
另一方面，当斜方晶系的氧化钛用作催化剂时，有可能使有机化合物中难以被锐钛矿型或金红石型氧化钛分解的碳原子之间的链断裂以及使有芳环分解，从而使有机化合物转为成简单的化合物例如碳酸气、水等。但是，因为光催化剂的作用太强以及催化剂容易损坏基材，所以必需使用难氧化的基材、涂料等。
作为其他金属的细颗粒，虽然除具有良好导电性的银、金、铂和铜外，还使用其他金属例如钒和钨的粉末，但就它们不随时间变化和是稳定的而言，铂的粉末是最优选的。但是，当考虑到价格，银的粉末是优选的，因为它们是无毒的，其本身又具有消毒性能。此外，从产生促进作用方面来看，钒或钨的粉末是优选的。当考虑到与氧化钛颗粒的关系时，这些金属细颗粒的直径优选为0.001-0.1微米。为了适合地产生净化作用，上述氧化钛颗粒与上述金属细颗粒的混合比优选为每100份重氧化钛颗粒1-55份重金属细颗粒、更优选20-30份重金属细颗粒。
使用市场上购买的能产生上述预定波长紫外线的紫外灯或通过选择性透射特定波长紫外线的硅玻璃照射紫外线来进行紫外线照射。
作为本发明使用的紫外线照射设备，可使用汞灯、金属卤化物灯、紫外线灯以及用于使光催化剂激发产生预定波长紫外线的灯。作为短波长紫外线照射的紫外线灯，可使用化学灯。此外，作为短波长、中波长或长波长紫外线灯，可使用紫外线汞灯。紫外线汞灯利用封闭在硅玻璃管中的汞的发射光谱，通过发光条件下汞蒸汽的压力分成低压型(产生＜245纳米波长范围的强紫外线)和高压型(产生＞365纳米波长范围的强紫外线)，可分别用于中波长和长波长。此外，用于激发光催化剂的灯还包括分别在351和368纳米处有峰值的W型和N型荧光灯(例如在建筑设备(Kenchiku Setsubi)和管道安装(Haikan Kouji)第6期，1998，第47-50页)，以及W型和N型荧光灯可分别用于中波长和长波长紫外线。就光催化剂来说，将光催化剂粘附在室内的内壁或隔墙上是足够的，紫外线射在所述的室内，而空气通过所述的室，以及有可能在上述壁上安装类似风扇的催化剂板，以致催化剂板横过空气通道，以提高催化剂的效果。作为上述三类紫外线的照射设备，产生至少183-184纳米波长紫外线的设备作为短波长紫外线的照射设备；产生至少254纳米波长紫外线的设备作为中波长紫外线的照射设备；而产生至少310-370纳米波长紫外线的设备作为长波长紫外线的照射设备。
现在，参考附图更详细地描述本发明。
图1为说明本发明用于净化空气设备的一个例子的示意图。该设备1主要由以下组成：壳体2，要处理的空气A通过它；空气送入口3，安装在壳体2的一端并有过滤器3A；空气排出口，安装在壳体2的另一端并有吸入式鼓风机4A；三个处理室，第一处理室6有短波长紫外线照射的设备5，第二处理室9通过隔墙7和8与第一处理室6相连，并有中波长紫外线照射的设备10，以及第三处理室14通过隔墙11和12与第二处理室9相连，并有长波长紫外线照射的设备13，按从空气送入口3到空气排出口4方向流动顺序安装；以及干燥室17它通过隔墙15和16与第三处理室14相连。短波长紫外线照射设备5产生波长≥110纳米但＜200纳米(优选110-185纳米)的紫外线，中波长紫外线照射设备10产生≥200纳米但＜300纳米(优选210-260纳米)的中波长紫外线，而长波长紫外线照射设备13产生波长≥300纳米但＜380纳米(优选310-370纳米)的紫外线。此外，在隔墙8和11以及第二处理室9的壳体内壁上和隔墙12和15以及第三处理室14的内壁上还粘附或涂覆有光催化剂19。
此外，将红外线灯18安装在干燥室17中，而这样配置干燥室，以致第三处理室中净化的空气经干燥后从空气排出口4排放。例如，在紫外线照射的第一设备5和10中，两个电极安装在硅玻璃管内，并将预定压力下的金属例如汞的蒸汽封在所述的管中，以致通过在电极上施加预定的电势差得到上述特定波长的紫外线。作为长波长紫外线照射设备13，可使用上述形成长波长紫外线的设备。
在上述设备中，将要处理的空气A从空气送入口3通过过滤器3A以后送入第一处理室6，并在那里经受从短波长紫外线照射设备5产生的紫外线照射，以便如上述产生臭氧。空气中所含的细菌等被臭氧的氧化作用消毒。第一处理室6排出的空气进入第二处理室9，然后在那里经受从中波长紫外线照射设备10产生的紫外线照射，以便通过紫外线和光催化剂19的作用形成活性氧，例如上述的基态氧分子和超氧化物，从而进行空气的消毒和除臭以及有机化合物的氧化破坏。然后，含有这种活性氧的空气进入第三处理室14，在那里经受从长波长紫外线照射设备13产生的紫外线照射，以便使超氧化物转变成基态氧分子，并通过此时放出的能量进一步净化空气。将净化后的空气送入干燥室17，通过从红外线灯18产生的红外线(热射线)照射进行干燥，吸收卤灯20产生的热射线，然后从空气排出口4排放到外界。
除了经处理以防止医院传染(通过耐新青霉素的金黄色葡萄球菌(MRSA)等的传染)、提供用于医学治疗或食品加工的清洁房间或通道或烟草内空气除臭外。本发明的方法和设备还广泛用于处理含有难分解的有机化合物(例如含氯的芳族化合物，例如二氧芑)或无机化合物(例如NOx、SOx、CO、NH3等)的废气使之无毒。
实施例1
使用类似图1中所示的试验设备，分别将含有细菌(108CFU/ml)或病毒(107PFU/ml)总计5种气溶胶A从试验设备的空气送入口3鼓入设备。另一方面，将捕获有机物用的过滤器安装在空气排出口4，并捕获有机物。从过滤器上将细菌或病毒移置并在以下介质上培养，然后测定(试验进行两次)。
细菌和介质，以及病毒和细胞：
大肠埃希菌ATCC 35150(致病菌的大肠埃希杆菌0-157)
Dezoxycolate介质
金黄色葡萄球菌IFO 12732(金黄色葡萄球菌MRSA)
甘露醇盐介质
缘脓假单胞菌GNB-139(缘脓假单胞菌)
NAC琼脂介质
枯草杆菌孢子
甘露醇盐介质
柯萨奇病毒型B6施密特菌株
HEL-R66细胞(由人类胚胎肺得到的细胞)
当试验设备中的杀菌灯点亮时测定的与杀菌灯熄灭时(仅风扇(吸入式鼓风机)操作)测定的作对照测定幸存的细菌或病毒数目幸存比率和消毒比率。试验条件的组合为F(对照)、S、S+M、S+M+L、S+M+L+R和S+M+L+R+H六种。其中F表示仅风扇操作(所有的灯熄灭)；S表示风扇操作和短波长(S)紫外线照射设备4点亮；M表示长波长(M)紫外线照射设备10点亮；L表示长波长(L)紫外线照射设备13点亮；R表示红外线照射用红外线灯点亮；以及H表示卤灯20(H)点亮。如此得到的结果列入表1-5。
表1使用空气消毒设备对致病菌的大肠埃希杆菌的消毒效果
| 杀菌灯 | 试验 | 幸存的细菌数，CFU/过滤器 | 幸存比率，％ | 消毒比率，％ |
| F(对照) | 12……平均 | 1.2×1031.2×1031.2×103 | 100100100 | 000 |
| S | 12……平均 | 201015 | 1.70.81.3 | 98.399.298.7 |
| S+M | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.8＜0.8 | ＞99.2＞99.2＞99.2 |
| S+M+L | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.8＜0.8 | ＞99.2＞99.2＞99.2 |
| S+M+L+R | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.8＜0.8 | ＞99.2＞99.2＞99.2 |
| S+M+L+R+H | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.8＜0.8 | ＞99.2＞99.2＞99.2 |
F：仅风扇操作(所有的灯熄灭)，S：风扇操作和S点亮，
M：M点亮，L：L点亮，R：R点亮和H：H点亮。
表2使用空气消毒设备对金黄色葡萄球菌MRSA的消毒效果
| 杀菌灯 | 试验 | 幸存的细菌数，CFU/过滤器 | 幸存比率，％ | 消毒比率，％ |
| F(对照) | 12……平均 | 2.2×1032.1×1032.2×103 | 100100100 | 000 |
| S | 12……平均 | 201015 | 0.90.50.7 | 99.199.599.3 |
| S+M | 12……平均 | 201015 | 0.90.50.7 | 99.199.599.3 |
| S+M+L | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.5＜0.5＜0.5 | ＞99.5＞99.5＞99.5 |
| S+M+L+R | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.5＜0.5＜0.5 | ＞99.5＞99.5＞99.5 |
| S+M+L+R+H | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.5＜0.5＜0.5 | ＞99.5＞99.5＞99.5 |
F：仅风扇操作(所有的灯熄灭)，S：风扇操作和S点亮，M：M点亮，L：L点亮，R：R点亮和H：H点亮。
表3使用空气消毒设备对缘脓假单胞菌的消毒效果
| 杀菌灯 | 试验 | 幸存的细菌数，CFU/过滤器 | 幸存比率，％ | 消毒比率，％ |
| F(对照) | 12……平均 | 1.2×1031.1×1031.2×103 | 100100100 | 000 |
| S | 12……平均 | 302025 | 2.51.82.1 | 97.598.297.9 |
| S+M | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.9＜0.8 | ＞99.2＞99.1＞99.2 |
| S+M+L | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.9＜0.8 | ＞99.2＞99.1＞99.2 |
| S+M+L+R | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.9＜0.8 | ＞99.2＞99.1＞99.2 |
| S+M+L+R+H | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.8＜0.9＜0.8 | ＞99.2＞99.1＞99.2 |
F：仅风扇操作(所有的灯熄灭)，S：风扇操作和S点亮，
M：M点亮，L：L点亮，R：R点亮和H：H点亮。
表4使用空气消毒设备对枯草杆菌孢子的消毒效果
| 杀菌灯 | 试验 | 幸存的细菌数，CFU/过滤器 | 幸存比率，％ | 消毒比率，％ |
| F(对照) | 12……平均 | 1.5×1031.4×1031.5×103 | 100100100 | 000 |
| S | 12……平均 | 302025 | 2.01.41.7 | 98.098.698.3 |
| S+M | 12……平均 | 202020 | 1.31.41.3 | 98.798.698.7 |
| S+M+L | 12……平均 | 201015 | 1.30.71.0 | 98.799.399.0 |
| S+M+L+R | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.7＜0.7＜0.7 | ＞99.3＞99.3＞99.3 |
| S+M+L+R+H | 12……平均 | ＜10未测定出＜10未测定出＜10未测定出 | ＜0.7＜0.7＜0.7 | ＞99.3＞99.3＞99.3 |
F：仅风扇操作(所有的灯熄灭)，S：风扇操作和S点亮，M：M点亮，L：L点亮，R：R点亮和H：H点亮。
表5使用空气消毒设备对柯萨奇病毒的消毒效果
| 杀菌灯 | 试验 | 幸存的细菌数，CFU/过滤器 | 幸存比率，％ | 消毒比率，％ |
| F(对照) | 12……平均 | 8.8×1027.6×1028.2×102 | 100100100 | 000 |
| S | 12……平均 | 2.0×1021.2×1021.3×102 | 22.715.819.5 | 77.384.280.5 |
| S+M | 12……平均 | 1.6×1021.0×1021.3×102 | 18.213.215.9 | 81.886.884.1 |
| S+M+L | 12……平均 | 604050 | 6.85.36.1 | 93.294.793.9 |
| S+M+L+R | 12……平均 | ＜20未测定出＜20未测定出＜20未测定出 | ＜2.3＜2.6＜2.4 | ＞97.7＞97.4＞97.6 |
| S+M+L+R+H | 12……平均 | ＜20未测定出＜20未测定出＜20未测定出 | ＜2.3＜2.6＜2.4 | ＞97.7＞97.4＞97.6 |
F：仅风扇操作(所有的灯熄灭)，S：风扇操作和S点亮，M：M点亮，L：L点亮，R：R点亮和H：H点亮。
正如从表1-5了解到的，平均1.2×103CFU的大肠埃希杆菌(在仅风扇操作的情况下)通过点亮两个杀菌灯S和M变得平均小于10CFU(未油测出)(表1)。平均2.2×103CFU的金葡萄球菌(在仅风扇操作的情况下)通过点亮3个杀菌灯S、M和L变得平均小于10CFU(未测定出)(表2)。平均1.2×103CFU的缘脓假单胞菌(在仅风扇操作的情况下)通过点亮两个杀菌灯S和M变得平均小于10CFU(未测定出)(表3)。平均1.5×103CFU的枯草杆菌(在仅风扇操作的情况下)通过点亮3个杀菌灯S、M和L和灯R变得平均小于10CFU(未测定出)(表4)。平均8.2×103CFU的柯萨奇病毒(在仅风扇操作的情况下)通过点亮3个杀菌灯S、M和L以及灯R变得平均小于20CFU(未测定出)(表5)。
当仅杀菌灯S点亮时，大肠埃希杆菌的消毒比率平均为98.7％；而当杀菌灯M也点亮时，消毒比率平均大于99.2％。当两上杀菌灯S和M点亮时，金黄色葡萄球菌的消毒比率平均为99.3％；而当杀菌灯L也点亮时，消毒比率大于99.5％。当仅杀菌灯S点亮时，缘脓假单胞菌的消毒比率平均97.9％；而当杀菌灯M也点亮时，消毒比率大于99.2％。当3个杀菌灯S、M和L点亮时，枯草杆菌孢子的消毒比率平均为99.0％；而当灯R也点亮时，消毒比率大于99.3％。当3个杀菌灯S、M和L点亮时，柯萨病毒的失活比率平均为93.9％；而当灯R也点亮时，失活比率大于97.6％。
在上述试验中，在试验设备中产生的和排出的臭氧量是大的(试验设备周围臭氧的气味是明显的)，因此雾化细菌或病毒和一次试验中回收它们的时间限制最长为5分钟。
当含有108CFU/ml细菌的浓缩液或含有107PFU/ml病毒的液体在每一试验中雾化时，在仅有风扇操作下(对照)，在设备的出口侧(空气鼓出侧)测定出约103个细菌或约102个病毒，但当紫外线照射时，如上述细菌和病毒变得“未测定出”。因此，在所述的试验设备中，用杀菌灯全细菌消毒或使病毒失活的效果很高，粘附在设备内壁等上的有机物被认为通过杀菌灯点亮和催化剂的活化作用而杀死。
就细菌例如大肠埃希杆菌、金黄色葡萄球菌和缘脓假单胞菌来说，可预计通过三个杀菌灯S、M和L的点亮按消毒比率的消毒效果大于99％。虽然与上述细菌相比，枯草杆菌孢子和柯萨奇病毒耐紫外线和催化剂的活化作用的能力较高，但可预计通过除点亮杀菌灯S、M和L外还点亮灯R在大于99％消毒比率下的细菌消毒或使病毒失活的作用。
实施例2
使用类似图1所示的试验设备进行净化空气的实验，使用含有10ppm乙醛作为有机化合物的空气作为要使用的空气。在图1所示的设备中，中波长紫外线照射设备10和长波长紫外线照射设备13的内壁上，粘附斜方晶系的氧化钛颗粒(板钛矿颗粒)作为本发明的光催化剂。实验结果列入表6。当传统的锐钛矿型氧化钛颗粒粘附在壁上时得到的结果作为比较也一起列入表6，从该表可了解到，在本发明的情况下，空气中的乙醛含量显著下降。
表6
| 光催化剂 | 乙醛残留率 | |
| 实施例 | 斜方晶系TiO2(板钛矿) | 1％ |
| 对比例 | 四方晶系TiO2(锐钛矿) | 10％ |
工业应用
根据本发明，空气的净化处理例如消毒和除臭可通过在光催化剂存在下用预定波长的紫外线照射空气来有效地进行；特别是当斜方晶系的氧化钛颗粒用作催化剂时，有可能使空气所含有机化合物中碳原子之间的链(例如包括双键、三键、C-C键和芳环)断裂，从而使所述的化合物氧化和分解成低分子量化合物(碳酸气和水)；因此使含有难分解的有机化合物的废气的净化处理变得可能。
Claims (14)
1.一种净化含氧气体的方法，所述的方法包括在含氧化钛的光催化剂存在下用紫外线照射所述的含氧气体。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的方法包括第一步在所述的含氧气体中产生臭氧；第二步用≥200纳米但＜300纳米的中波长紫外线进一步照射在第一步中处理过的气体，以便形成活性氧；以及第三步，用≥300纳米但＜380纳米的长波长紫外线进一步照射在第二步中处理过的气体，以便使所述的活性氧转为成基态氧分子，至少所述的第二步和/或第三步在光催化剂存在下进行。
3.根据权利要求2的方法，其中所述的第一步为＜200纳米的短波长紫外线照射含氧气体的步骤。
4.根据权利要求1-3中任一项的方法，其中所述的光催化剂包含氧化钛颗粒，它负载有作为电极的另一金属的细颗粒。
5.根据权利要求1-4中任一项的方法，其中所述的光催化剂包含斜方晶系的氧化钛颗粒或负载有另一金属细颗粒的斜方晶系氧化钛颗粒。
6.根据权利要求5的方法，其中所述的斜方晶系氧化钛颗粒为板钛矿颗粒。
7.根据权利要求2或3的方法，其中所述的方法还包括用红外线灯发出的射线和卤灯发出的射线照射在所述的第三步中处理过的含氧气体以便使气体干燥的步骤。
8.根据权利要求1-7中任一项的方法，其中所述的含氧气体为空气。
9.一种净化含氧气体的设备，所述的设备包括第一处理室，有提供含氧气体的设备和在所提供的含氧气体中产生臭氧的设备；与第一处理室相连的第二处理室，有≥200纳米但＜300纳米的中波长紫外线照射设备；与第二处理室相连的第三处理室，有≥300纳米但＜380纳米的长波长紫外线照射设备；和将第三处理室中处理过的含氧气体排放到设备外的设备，所述的第二处理室和/或第三处理室装有含氧化钛的光催化剂。
10.根据权利要求9的设备，其中所述的产生臭氧的设备为≥110纳米但＜200纳米的短波长紫外线照射设备。
11.根据权利要求9或10的设备，其中所述的光催化剂含有作为光半导体颗粒的氧化钛颗粒，负载有作为电极的另一金属细颗粒。
12.根据权利要求9或10的设备，其中所述的光催化剂含有斜方晶系的氧化钛颗粒或负载有另一金属细颗粒的斜方晶系氧化钛颗粒。
13.根据权利要求12的设备，其中所述的斜方晶系氧化钛颗粒为板钛矿颗粒。
14.根据权利要求9的设备，其中所述的第三处理室还装有这样一干燥室，其中顺序安装两部分，一部分用于红外线灯产生的射线照射在第三处理室中处理过的含氧气体，而另一部分用于卤灯产生的射线照射在第三处理室中处理过的含氧气体。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C19 | Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |