CN1533830A

CN1533830A - 光催化净化空气的装置及其方法

Info

Publication number: CN1533830A
Application number: CNA031090389A
Authority: CN
Inventors: 杨青林; 江雷
Original assignee: Institute of Chemistry CAS
Current assignee: Institute of Chemistry CAS
Priority date: 2003-04-02
Filing date: 2003-04-02
Publication date: 2004-10-06

Abstract

本发明属于空气净化领域，特别涉及光催化净化空气的装置及其方法。该装置，包括光催化反应腔2、附载有光催化剂的过流材料3、光照射装置4，其特征是：在所述的光催化反应腔2中设有附载有光催化剂层的过流材料3，在过流材料3之间设有光照射装置4，在光催化反应腔2的前后或下上分别设有进气口1和出气口6。在光的照射下，欲处理的空气在风机5或自身热气流的动力下，经过反应腔2内的过流材料3后，便使空气中的有机物得到彻底分解。本空气净化方法及其装置简单，具有氧化分解空气中的有机污染物，除臭，防腐，杀菌等多方面功能，可广泛用于室内空气净化，车房内空气净化，以及冰箱保鲜等方面。

Description

光催化净化空气的装置及其方法

技术领域

本发明属于空气净化领域，特别涉及光催化净化空气的装置及其方法。

背景技术

大量的研究结果表明，部分纳米半导体催化剂及其复合物在一定光的照射下具有较高的光催化活性。以半导体为催化剂的光催化降解技术在常温、常压下就可进行，能够彻底破坏有机污染物和无机污染物，并使之完全氧化为CO₂、H₂O等无害物质，净化了环境，避免了再次污染，是一种理想的环境友好型治理技术。光催化技术以其难以比拟的优越性为解决环境污染问题提供了新的良好途径。

随着生活水平的日益提高，人们越来越重视自身健康。人的一生大部分时间是在室内度过的，被污染的室内空气可导致人们精神萎靡不振、工作效率低，甚至肺癌等恶性肿瘤的发病率也与室内空气污染有关。科学家们经研究发现，空调机和地毯中滋生着多种细菌、霉菌和螨虫，附在灰尘颗粒上随空气传播疾病；内装饰用的油漆、涂料、胶合板材、有害化纤物不断散发出甲醛、苯等有毒有害有机气体和致癌物质；人体自身所产生的有害物质以及浴厕的氨味使室内的空气受到污染。多年来，人们为找到上述问题的解决方法不懈努力，先后研制机械过滤式、电子集尘式、负离子中和式等品种的空气净化方法及其装置。然而这些机型仅对室内空气污染的某些有害物质产生作用，并不能完全解决问题，且易产生二次污染。将纳米TiO₂光催化技术应用于空气净化器，完全可以消除室内空气隐患，确保人体健康。

随着生活水平的日益提高，人们越来越重视自身健康和良好的生活环境。污染的室内空气可导致人们精神萎靡不振、工作效率低，甚至肺癌等恶性肿瘤的发病率也与室内空气污染有关，室内空气污染的危害已日益受到人们关注。建筑装饰材料、家用化学品、人体和宠物和卫生间等都会释放出许多挥发性有机化合物，已成为主要的室内空气污染源。为了改善空气质量，多年来，人们采取了各种办法，先后研制机械过滤式、电子集尘式、负离子中和式等品种的空气净化器。但目前国内市场上的空气净化方法及其装置大多数只是除尘和除细菌的效果较好，去除有机化合物的效果欠佳。传统的负离子空气净化器只能达到清新空气的效果，大部分污染物无法消除，而活性炭空气净化器则受吸附饱和的制约，使用寿命较短。光催化技术的引入，突破了传统空气净化器的技术局限性，光催化技术应用于空气净化方法及其装置，完全可以消除室内空气隐患，确保人体健康，是一种环境友好型空气净化技术。

光催化净化方法及其装置不仅具有一般净化器去烟、除尘、杀菌、消毒、制氧、负离子清新空气等功能，而且还能去除空气中甲醛、苯、氨、二氧化硫等有害气体。

光催化技术在空气净化方面的应用，主要是受光催化剂的活性及效率和光催化剂涂层技术的束缚，难以工业化。

发明内容

本发明的目的之一是提供光催化净化空气的装置，利用简单的装置达到氧化分解空气中的有机污染物，除臭，去味，杀菌；并使该装置能广泛应用于家庭、医院、火车、汽车、飞机、轮船、办公场所、宾馆酒店等场所，实现空气净化、消毒杀菌、去除甲醛、苯等有害有机物。

本发明的另一目的是提供利用光催化净化空气的装置净化空气的方法。

本发明是利用高催化活性的半导体催化剂，在优选后的基材上制备了良好的催化剂涂层(其涂层具有一定的牢固性和保持较高的催化活性)基础上，开展了光催化技术在室内空气净化方面的应用研究，结果得到了较好的应用效果。

本发明的光催化净化空气的装置是使用一种简单的光催化反应腔，腔内设有附载光催化剂层的过流材料，该光催化剂如氧化钛或氧化锌及其复合物等，同时设有光照射装置，利用该装置净化空气时，是在光的照射下，欲处理的空气在风机的引入下流经腔内的过流材料使空气中的有机物得到彻底分解。

本发明的光催化净化空气的装置，包括光催化反应腔2、附载有光催化剂的过流材料3、光照射装置4，其特征是：在所述的光催化反应腔2中设有附载有光催化剂层的过流材料3，在过流材料3之间设有光照射装置4，在光催化反应腔2的前后或下上分别设有进气口1和出气口6。

本发明所述装置净化空气的方法是在光的照射下，欲处理的空气在风机5或自身热气流的动力下，经过反应腔2内的过流材料3后，便使空气中的有机物得到彻底分解。

本发明的装置及其方法可以结合其它空气净化或处理技术共同进行空气处理，一般结合其它空气净化技术和方法后，所处理的空气更富人性化，空气更清新。如结合过滤网滤除空气中的大颗粒灰尘；结合高压静电除尘，去除花粉、油烟、烟雾等污染物；结合负离子空气清新装置，消除弥漫在空气中带正电的颗粒，并向空气中释放负离子，让您置身室内也能呼吸到森林般清新怡人的空气。

本发明的光催化净化空气的装置的核心为反应腔，该腔是由腔体部分、附载有光催化剂的过流材料、光照射装置组成。

利用风机使空气流动时，风机的气流量以2-30m³/min为佳。

腔体是由薄钢板焊接而成或注塑成型而成。

过流材料包括多孔陶瓷，金属网(如钢丝网)，玻璃纤维束或布等。该过流材料形状可以是规则形状和非规则形状，如长方体，园柱体等，蜂窝状或瓦楞状光催化空气净化网。

光催化剂包括氧化钛，或掺杂有贵重金属离子如铁离子或掺杂有阴离子如氮元素的氧化钛及其氧化钛的复合物，或氧化锌及其复合物，或硫化物如硫化锌、硫化镉等。

光照射装置包括灯架，灯管和其控制器件。所使用的光源为可见光的短波段和紫外光波段，较好的光源波长范围为320～400nm。其光照强度为20-180μW/cm²。光照射装置的光源与反应腔内过流材料的距离为1.5-8.0cm，直接照射。

本发明的光催化净化空气的装置，可根据需要使用交流电源或直流电源。

本发明的光催化净化空气装置及方法(见附图1，2，3)是使用一种简单的光催化反应腔，腔内设有附载有光催化剂层的过流材料，同时设有光照射装置，在光的照射下，欲处理的空气在风机的作用下，流经腔内的过流材料便使空气得到了净化处理。本发明的装置能达到氧化分解空气中的有机污染物，除臭，去味，杀菌。本发明如果结合常规空气处理方法和技术，可得到更理想的新鲜空气，如过滤网、高压静电除尘和负离子发生装置等。

附图说明

图1本发明的室内空气净化装置侧视示意图，其过流材料可以为多孔陶瓷或不锈钢网或玻璃纤维束。

图2本发明的室内空气净化装置与其他方法的组合使用侧视示意图，其过流材料可以为多孔陶瓷或不锈钢网或玻璃纤维束。

图3本发明的车房内空气净化装置侧视示意图。

图4本发明的冰箱保鲜装置侧视示意图。

附图标记：

1.进气口 2.反应腔 3.过流材料 4.光照射装置

5.风机 6.出气口 7.前面板 8.控制面板

9.后面板 10.过滤板 11.静电除尘装置 12.负离子发生装置

13.外壁 14.透气网垫 15.地脚 16.电池盒

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步的描述，所列举的实施例并非是限定性实施例。

实施例1

先将洁净的多孔陶瓷板制作成所需要的形状，如正方体：25cm×25cm×2cm。用溶胶-凝胶浸涂成膜后，称为过流材料3，将两块过流材料3竖向并垂至于空气的流动方向放置于反应腔2内(参见附图1)。在两块过流材料3中间设有光照射装置4，该光照射装置4是由均匀安放的两个灯管组成，所使用的光源主波长为253.7nm的紫外灯，功率为2×25W，光强度为150μW/cm²。灯管以等距离放置于过流材料3的中间，其距离为2.0cm。在控制面板8的控制下，利用交流风机5的动力使空气从进气口1经前面板7流进反应腔2，于反应腔2内，在光照射装置4的照射下，空气流经过流材料3并进行物理吸附和化学反应，从而使空气得到净化。净化后的空气经后面板9于出气口6排出。这样循环连续运行一定时间后，使空气中的有机污染物得到彻底降解。将本装置放入空气中含有甲醛浓度为2.0ppm的30m³的密闭玻璃房内。风机的气流量为15m³/min，经180min后，测得房内空气的甲醛含量降至为0.004ppm，甲醛的去除率为99.8％。

实施例2

装置结构同实施例1.

将本装置放入空气中含有氨气浓度为7.2ppm的30m³的密闭玻璃房内。风机的气流量为15m³/min，经30min后，测得房内空气的甲醛含量降至为0.02ppm，甲醛的去除率为99.7％。

实施例3

装置结构同实施例1.

把常规空气处理方法与光催化技术相结合(参见附图2)，如空气先经过过滤网10，再经过高压静电除尘11后，进入光催化反应腔2进行光催化作用，空气在交流风机5的动力驱动下再经由其出口处放置的一负离子发生装置12，将本发明的装置与其它空气处理的方法进行结合的装置放入空气中含有甲醛浓度为2.0ppm的30m³的密闭玻璃房内。风机的气流量为15m³/min，运行160min后，测得房内空气的甲醛含量降至为0.005ppm，甲醛的去除率为99.75％。

实施例4

其它同实施例3.

将本装置放入空气中含有氨气浓度为7.2ppm的30m³的密闭玻璃房内。风机的气流量为15m³/min，运行20min后，测得房内空气的甲醛含量降至为0.02ppm，甲醛的去除率为99.7％。

实施例5

先将洁净的多孔陶瓷制作成圆筒形状，尺寸H×R×r为5cm×4cm×1cm。用溶胶-凝胶浸涂成膜后，称为过流材料3，将过流材料3竖向放置于带有外壁13的反应腔2内(参见附图3)。在圆筒形过流材料3的中心设有光照射装置4，该光照射装置由一个单端灯管作为光源，所使用的光源主波长为253.7mm的紫外灯，功率为6W，使用12V直流电源电压，光强度为36μW/cm²。灯管与过流材料3的距离为0.8cm。利用12V直流小风机5的动力使空气经地脚15下的外壁13，再经透气网垫14后，从进气口1流进反应腔2，在光照射装置4的照射下空气流经过流材料3并进行物理吸附和化学反应，从而使空气得到净化。净化后的空气经外壁13于出气口6排出。这样，在车房内，连续循环运行一定时间后，使空气中的有机污染物得到彻底降解。并具有抑菌杀毒的作用。

实施例6

在实施例5基础上，去除风机，在反应腔2底部增加一个6V的干电池盒16，可利用自身的温差使气流自行流动，进行光催化反应，而使冰箱进一步得到保鲜(参见附图4)。还具有抑菌杀毒的作用。

Claims

1.一种光催化净化空气的装置，包括光催化反应腔(2)、附载有光催化剂的过流材料(3)、光光照射装置(4)，其特征是：在所述的光催化反应腔(2)中设有附载有光催化剂层的过流材料(3)，在过流材料(3)之间设有光照射装置(4)，在光催化反应腔(2)的前后或下上分别设有进气口(1)和出气口(6)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的反应腔是由薄钢板焊接而成或注塑成型。

3.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的过流材料包括多孔陶瓷、金属网、玻璃纤维束或布。

4.如权利要求1所述的装置，其特征是：所述的光催化剂包括氧化钛、掺杂有金属离子的氧化钛、掺杂有阴离子的氧化钛、氧化钛的复合物、氧化锌、氧化锌复合物或硫化物。

5.如权利要求4所述的装置，其特征是：所述的金属离子是铁离子，所述的阴离子是氮元素，所述的硫化物是硫化锌或硫化镉。

6.如权利要求1或3所述的装置，其特征是：所述的过流材料的形状是长方体、园柱体、蜂窝状或瓦楞状网。

7.一种利用权利要求1-6任意一项所述装置净化空气的方法，其特征是：在光的照射下，欲处理的空气在风机(5)或自身热气流的动力下，经过反应腔(2)内的过流材料(3)后，便使空气中的有机物得到彻底分解，其净化空气的工艺条件是所使用的光源为可见光的短波段和紫外光波段，光源波长范围为320～400nm，其光照强度为20-180μW/cm²。

8.如权利要求7所述的方法，其特征是：光照射装置的光源与反应腔内过流材料的距离为1.5-8.0cm。