CN1850283A - 超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置 - Google Patents

Abstract

一种超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，在壳体上设上储水槽、下设下储水槽，上储水槽上设进水阀和上储水槽水位标尺、内设过滤器装有水，下储水槽上设放水阀和下储水槽水位标尺，上储水槽与下储水槽通过安装在上水管上的微型水泵相联通，在壳体内进气端设粗滤网，粗滤网下游壳体上设1～4个安装有超声空气换能器的换能器支架，超声空气换能器下游壳体上设位于过滤器下的光催化三维网，光催化三维网的下端插入下储水槽内，在壳体内壁粗滤网与光催化三维网之间设声波反射板和杀菌紫外灯，光催化三维网上游、下游设光催化紫外灯。本发明具有净化效率高、净化速度快、无二次污染等优点，可用于空调管道空气净化或空气净化装置的组件。

Description

超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置

技术领域

本发明属于空气消毒装 置技术领域，具体涉及到超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置。

背景技术

室内空气污染的危害性已为全社会所共识。纳米光催化被认为是最有发展前景的空气净化技术之一。但由于目前能制得的纳米光催化剂光催化量子效率仍很低，同时光催化又是一种典型的表面催化反应，即只有污染物与纳米光催化剂密切接触才能发挥其优异的催化特性，正因为这两点而影响了目前纳米光催化空气净化技术的有效开发与应用。采用多场能(电场、磁场、微波、低温等离子及超声场等)协同提高纳米光催化的净化效能，是目前纳米光催化空气净化技术研开发的重要内容之一。将超声与纳米光催化协同用于污水消毒净化已多有报道，而将其用于空气消毒净化的报道还很少。中国发明专利ZL200310109078提供了一种超声波雾化液体纳米光催化剂，使气流管道中空气污染物与纳米颗粒充分接触，并在光激发下催化降解空气污染物的方法。该方法虽然有一定效果，但吸附污染物的纳米颗粒从流速较快的气流中很难用简单方法有效分离出来，即极易造成造价较高的纳米光催化剂大量流失，同时存在由纳米颗粒本身造成二次污染的潜在危险。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述专利的缺点，提供一种设计合理、结构简单、净化效率高、净化速度快、无二次污染的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置。

解决上述问题所采用的技术方案是：在壳体外上表面设置有上储水槽、下表面设置有下储水槽，上储水槽上设置有进水阀和上储水槽水位标尺，上储水槽内设置有过滤器以及装有水，下储水槽上设置有放水阀和下储水槽水位标尺，上储水槽与下储水槽通过安装在上水管上的微型水泵相联通，在壳体内进气端一侧设置有粗滤网，粗滤网气流方向下游壳体上设置有1～4个安装有超声空气换能器的换能器支架，在壳体内超声空气换能器气流方向下游壳体上的上储水槽与下储水槽之间设置有位于过滤器下的光催化三维网，光催化三维网的下端插入下储水槽内，在壳体内壁粗滤网与光催化三维网之间设置有声波反射板和杀菌紫外灯，光催化三维网的气流方向上游以及下游设置有光催化紫外灯。

本发明的超声空气换能器的工作频率为20～25KHz，功率为20～100W。本发明的光催化三维网是孔隙率大于等于95％、厚度为5mm或6mm或10mm负载纳米TiO₂光催化剂的泡沫镍。

本发明的光催化三维网的外形为平面结构或横波纹结构或竖波纹结构。

本发明的横波纹结构和竖波纹结构是首尾连为一体的相交的平面或正弦波形。

本发明的横波纹结构的一个平面与相邻一个平面的夹角为120°～150°，竖波纹结构的一个平面与相邻一个平面的夹角为60°～150°。本发明的正弦波形结构的光催化三维网的峰峰高与周期宽比为0.5～1。

本发明的杀菌紫外灯至少设置有两个。本发明的光催化紫外灯至少设置有两个。

本发明的杀菌紫外灯所发出的紫外线的波长为254nm，光催化紫外灯所发出的紫外线的波长为365nm。

本发明的过滤器为海绵过滤器或纤维过滤毡。

本发明在同一装置中将超声波的“凝并除尘”和超声波用于降解水体污染物的“空化”氧化作用以及纳米光催化空气净化高效集成，保证了净化装置的高效能。将光催化三维网置于超声空气换能器下游，使得超声“凝并效应”形成的大颗粒污染物能被光催化三维网更有效的过滤吸附，显著提高了净化装置的除尘效率。通过微型水泵将下储水槽中的水抽到上储水槽中，上储水槽中的水通过过滤与流量控制沿光催化三维网流到下储水槽内，以此循环，在光催化三维网的表面形成稳定的自上而下缓慢流动的水膜，水膜能有效地粘附气流中的颗粒状污染物、吸附气流中的气态污染物，并使污染物充分富集在纳米光催化剂表面，显著提高了光催化净化效能。光催化三维网表面的水膜，给光催化与超声波协同净化空气污染物，创造了理想条件。辐射到光催化三维网的超声波在光催化三维网上反射传播的过程中，多次穿透光催化三维网上的水膜，由超声空化效应在水膜中形成大量的气泡，气泡在崩溃过程中产生的高温高压，使水分子分解生成大量的·OH，其与光催化产生的·OH高效协同，快速净化吸附在光催化三维网上的污染物。水膜的缓慢流动和超声波的空化作用，避免了灰尘在光催化三维网表面的积累，保证了吸附的污染物始终与光催化剂密切接触。本发明采用的光催化三维网对辐射到的超声波和紫外光在网体内部高效反射和吸收，增强了对超声波和紫外光的利用率。同时光催化三维网表面光催化剂附着力强、反应比表面积大、对污染物吸附能力强，保证了其既有很高的光催化效率，又不会造成二次污染。本发明采用干净的水作为污染物的吸附净化材料，不但成本低，而且不产生任何污染。本发明具有设计合理、结构简单、净化环节少、风阻小、净化效率高、净化速度快、无二次污染等优点，可用于空调管道空气净化，也可作为空气净化装置的核心组件。

附图说明

图1本发明实施例1的结构示意图。

图2是图1中光催化三维网11的结构示意图。

图3是图2的A-A剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在图1、2、3中，本实施例的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置由壳体1、粗滤网2、换能器支架3、超声空气换能器4、声波反射板5、杀菌紫外灯6、进水阀7、上储水槽水位标尺8、上储水槽9、海绵过滤器10、光催化三维网11、上水管12、光催化紫外灯13、微型水泵14、下储水槽15、下储水槽水位标尺16、放水阀17联接构成。

本实施例壳体1的横截面为矩形框架结构，在壳体1外的上表面用螺纹紧固联接件固定联接有上储水槽9、下表面用螺纹紧固联接件固定联接有下储水槽15，上储水槽9上通过螺纹联接安装有进水阀7并用螺纹紧固联接件联接有上储水槽水位标尺8，上储水槽9内底部安装有海绵过滤器10，上储水槽9内装有水，海绵过滤器10采用过滤海绵，海绵过滤器10为过滤器的一个实施例，也可用其他过滤器，如纤维过滤毡。海绵过滤器10用于过滤水体中颗粒物以及控制水流量，在本发明开始运行和上储水槽9、下储水槽15内水量不足时，从进水阀7向上储水槽9内加入水。在下储水槽15上通过螺纹联接安装有放水阀17并用螺纹紧固联接件联接有下储水槽水位标尺16，下储水槽水位标尺16用于指示下储水槽1 5内的水位，下储水槽15内的水可通过放水阀17放出。上储水槽9与下储水槽15通过上水管12相联通，在上水管12上安装有微型水泵14，启动微型水泵14，微型水泵14将下储水槽15内的水抽到上储水槽9内。在壳体1内进气端一侧插入安装有粗滤网2，粗滤网2是市售的空调过滤网，待净化空气从壳体1的进气口进入，先通过粗滤网2去除待净化空气中较粗大的颗粒污染物。在壳体1内粗滤网2下游壳体1上用螺纹紧固联接件固定联接有2个换能器支架3，换能器支架3上用螺纹紧固联接件各固定联接安装有1个超声空气换能器4，超声空气换能器4的工作频率为20～25KHz、功率为50W，超声空气换能器4用于产生向空气中辐射的超声波。在壳体1内两个超声空气换能器4之间安装有1个杀菌紫外灯6，在每个超声空气换能器4的下游安装有1个杀菌紫外灯6，杀菌紫外灯6所发出的紫外线的波长为254nm，功率为30W，杀菌紫外灯6所发出的紫外线，杀除空气中的病菌病毒。进入超声空气换能器4辐射的超声波范围的颗粒状污染物在超声波的“凝并效应”作用下，迅速凝并成大的颗粒。在壳体1内超声空气换能器4的气流方向下游壳体1的上储水槽9与下储水槽15之间穿插出壳体1安装有光催化三维网11，光催化三维网11的上端位于海绵过滤器10下、下端插入下储水槽15中。本实施例的光催化三维网11是孔隙率大于等于95％、厚度为6mm负载纳米TiO₂光催化剂的泡沫镍，外形为平面结构。在壳体1内光催化三维网11的气流方向上游和下游分别安装有2个光催化紫外灯13，功率均为20W，光催化紫外灯13所发出的紫外线的波长为365nm，紫外线为光催化三维网11上纳米TiO₂光催化剂提供激发光。上储水槽9内的水经海绵过滤器10过滤和流量控制使其沿光催化三维网11缓慢流到下储水槽15，水在光催化三维网11上自上而下流动形成一层水膜，水膜能有效地粘附气流中的颗粒状污染物、吸附气流中的气态污染物，使污染物充分富集在纳米TiO₂光催化剂表面，提高了光催化的净化效能。在壳体1内壁四侧粗滤网2与光催化三维网11之间用螺纹紧固联接件各固定联接安装有声波反射板5，声波反射板5为不锈钢波纹板，声波反射板5用于将超声空气换能器4辐射的超声波反射到壳体1内和光催化三维网11上，辐射到光催化三维网11的超声波在光催化三维网11上反射传播的过程中，多次穿透光催化三维网11上的水膜，由超声空化效应在水膜中形成大量的气泡，气泡在崩溃过程中产生的高温高压，使水分子分解生成大量的·OH，其与光催化产生的·OH高效协同，快速净化吸附在光催化三维网11上的污染物。同时水膜的缓慢流动和超声空化作用，避免了尘粒在光催化三维网11表面的积累，保证了吸附的污染物始终与光催化剂密切接触。超声空气换能器4辐射的超声波与被壳体1内壁声波反射板5反射回的超声波在空间叠加，使得超声对空气中颗粒污染物的凝并效应增强，并引起颗粒污染物在空间剧烈振动，增加了其对紫外光的吸收，使紫外光更有效的杀除颗粒污染物上负载的病毒病菌。经过净化后的空气由壳体1的出口排出。

实施例2

在本实施例中，在壳体1内粗滤网2气流方向下游壳体1上用螺纹紧固联接件固定联接有4个换能器支架3，换能器支架3上用螺纹紧固联接件各固定联接安装有1个超声空气换能器4，超声空气换能器4的工作频率为20～25KHz，功率为20W。在每个超声空气换能器4的下游安装有1个杀菌紫外的灯，杀菌紫外灯的功率20W、所发出的紫外线的波长为254nm。光催化三维网11是孔隙率大于等于95％、厚度为5mm负载纳米TiO₂光催化剂的泡沫镍，光催化三维网11为平面形结构，光催化三维网11的气流方向上游和气流方向下游各安装有1光催化紫外灯13，光催化紫外灯13的功率为30W，光催化紫外灯13所发出的紫外线的波长为365nm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例3

在本实施例中，在壳体1内粗滤网2气流方向下游壳体1上用螺纹紧固联接件固定联接有1个换能器支架3，换能器支架3上用螺纹紧固联接件各固定联接安装有1个超声空气换能器4，超声空气换能器4的工作频率为20～25KHz，功率为100W。在超声空气换能器4的下游安装有2个杀菌紫外的灯，杀菌紫外灯的功率30W、所发出的紫外线的波长为254nm。光催化三维网11是孔隙率大于等于95％、厚度为10mm负载纳米TiO₂光催化剂的泡沫镍，光催化三维网11为平面形结构，光催化三维网11的上游和下游各安装有3个光催化紫外灯13，光催化紫外灯13的功率为20W，光催化紫外灯13所发出的紫外线的波长为365nm。其它零部件以及零部件的联接关系与实施例1相同。

实施例4

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横波纹结构，横波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为120°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例5

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横波纹结构，横波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为135°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例6

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横波纹结构，横波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为150°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例7

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为竖波纹结构。竖波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为120°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例8

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为竖波纹结构。竖波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为60°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例9

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为竖波纹结构。竖波纹结构的光催化三维网11的一个平面与相邻一个平面的夹角为150°。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例10

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横向正弦波形结构，也可以是纵向正弦波形结构，正弦波形结构光催化三维网11的峰峰高与周期宽的比为0.75。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例11

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横向正弦波形结构，也可以是纵向正弦波形结构，正弦波形结构光催化三维网11的峰峰高与周期宽的比为0.5。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

实施例12

在以上实施例1～3中，光催化三维网11的外形为横向正弦波形结构，也可以是纵向正弦波形结构，正弦波形结构光催化三维网11的峰峰高与周期宽的比为1。其它零部件以及零部件的联接关系与相应的实施例相同。

根据上述原理还可设计出另外一种具体结构的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，超声空气换能器4、杀菌紫外灯6、光催化紫外灯13的个数的确定，超声空气换能器4、杀菌紫外灯6、光催化紫外灯13的功率的确定，应根据进风量与壳体1气流入口端面的大小具体确定，但均在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1、一种超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：在壳体(1)外上表面设置有上储水槽(9)、下表面设置有下储水槽(15)，上储水槽(9)上设置有进水阀(7)和上储水槽水位标尺(8)，上储水槽(9)内设置有过滤器以及装有水，下储水槽(15)上设置有放水阀(17)和下储水槽水位标尺(16)，上储水槽(9)与下储水槽(15)通过安装在上水管(12)上的微型水泵(14)相联通，在壳体(1)内进气端一侧设置有粗滤网(2)，粗滤网(2)气流方向下游壳体(1)上设置有1～4个安装有超声空气换能器(4)的换能器支架(3)，在壳体(1)内超声空气换能器(4)气流方向下游壳体(1)上的上储水槽(9)与下储水槽(15)之间设置有位于过滤器下的光催化三维网(11)，光催化三维网(11)的下端插入下储水槽(15)内，在壳体(1)内壁粗滤网(2)与光催化三维网(11)之间设置有声波反射板(5)和杀菌紫外灯(6)，光催化三维网(11)的气流方向上游以及下游设置有光催化紫外灯(13)。

2、按照权利要求1所述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的超声空气换能器(4)的工作频率为20～25KHz，功率为20～100W；所说的光催化三维网(11)是孔隙率大于等于95％、厚度为5mm或6mm或10mm负载纳米TiO₂光催化剂的泡沫镍。

3、按照权利要求1或2所述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的光催化三维网(11)的外形为平面结构或横波纹结构或竖波纹结构。

4、按照权利要求3述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的横波纹结构和竖波纹结构是首尾连为一体的相交的平面或正弦波形。

5、按照权利要求4述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的横波纹结构的一个平面与相邻一个平面的夹角为120°～150°，竖波纹结构的一个平面与相邻一个平面的夹角为60°～150°；所说的正弦波形结构的光催化三维网(11)的峰峰高与周期宽比为0.5～1。

6、按照权利要求1述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的杀菌紫外灯(6)至少设置有两个；所说的光催化紫外灯(13)至少设置有两个。

7、按照权利要求1或6述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的杀菌紫外灯(6)所发出的紫外线的波长为254nm，光催化紫外灯(13)所发出的紫外线的波长为365nm。

8、按照权利要求1述的超声协同纳米光催化空气杀菌净化装置，其特征在于：所说的过滤器为海绵过滤器(10)或纤维过滤毡。

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