CN1864820A - 一种低温等离子体驱动光催化气体净化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低温等离子体驱动光催化气体净化装置。净化装置包括等离子体供电电源和净化箱体，所述箱体内依次设置有进气口(1)、针型电极(3)、光催化材料(6)、网状电极(5)和出气口(7)，所述针型电极(3)采用单针型配置。所述的净化箱体为圆筒状，由前后两个筒体嵌套而成，从进气口(1)至针型电极(3)处为前筒，前筒的后端至针型电极处为锥形结构。所述光催化材料(6)为活性碳纤维负载纳米级二氧化钛。本发明结合活性碳纤维吸附技术、纳米光催化技术和低温等离子体技术，能够对低浓度有害气体进行快速、彻底的净化。

Description

一种低温等离子体驱动光催化气体净化装置

                            技术领域

本发明涉及一种气体净化装置，特别涉及一种低温等离子体驱动光催化气体净化装置。

                            背景技术

近年来，室内空气污染问题日益突出。从广义上讲，室内环境包括了人类生存和活动的重要场所，如办公室、会议室、教室、医院等室内环境和宾馆、饭店、图书馆、候车室等公共场所以及火车、轮船、飞机等交通工具。资料表明，人的一生中80％以上的时间在室内度过，因此室内空气质量与公众健康的关系极为密切。随着我国经济的迅速发展和人们生活水平的提高，城市高级写字楼的大量涌现和建筑装修水平的不断升级，各种新型电器设备和中央空调系统的普及，影响室内环境空气的污染因素不断增多，包括放射性物质、化学性污染物以及致病微生物等，因此研究室内空气污染的净化和消毒新技术、新装备意义重大，应用前景广阔。

现有的空气净化消毒技术比较单一，多采用臭氧消毒净化以及紫外线净化消毒等，其缺点是产生二次副产物，对人体健康造成不良影响；传统的吸附过滤等方法，吸附效果有限，需定期更换材料，而且对一氧化碳、二氧化碳无效，并且容易吸附造成新的污染等缺点。

纳米光催化技术是半导体光催化剂在紫外光的照射下，产生电子-孔穴对，对吸附于催化剂上的空气中有害气体分子进行氧化还原降解，从而达到净化空气的目的。纳米光催化技术存在净化效率低等缺点，目前有通过与活性碳纤维结合使用，通过活性碳纤维的富集作用提高净化效率，但是由于纳米光催化是通过紫外光进行激发的，由于紫外光穿透效率的问题，在净化过程中，会发生吸附材料深层的活性位点无法实现原位再生，使得这部分活性位点作用丧失。

低温等离子体技术是一种比较新的空气净化技术，主要是通过等离子体放电过程中产生的高能电子与有害气体分子相互作用，使得气体分子破坏，同时反应过程中会产生一系列的活性基团，对气体分子进行氧化还原降解。但是，等离子体在净化过程中常伴随着中间产物的生成，甚至产生毒性更高的中间产物或者是分子更大比原分子更难降解的中间产物。

                            发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种新型的低温等离子体驱动纳米光催化净化装置。从而将低温等离子体技术和纳米光催化技术进行有机结合，而不是简单的串联结合使用，进而在提高光催化净化技术的净化效率的同时，也大大降低了等离子体净化的中间产物生成。本装置能对室内环境中低浓度有害气体进行快速、彻底、高效的净化，具有良好的净化效果。

本发明的低温等离子体驱动纳米光催化气体净化装置，包括等离子体供电电源和净化箱体，所述箱体内依次设置有进气口1、针型电极3、光催化材料6、网状电极5和出气口7，所述针型电极3采用单针型配置。针型电极的放电端加工为尖状，采用常规的电极材料制成，如钨、铜、不锈钢、镍、钼，优选由金属元素镍制成。所述网状电极5采用表面光滑、无锈的不锈钢网制成。本发明所述的净化箱体为圆筒状，由前后两个筒体嵌套而成，从进气口1至针型电极3处为前筒，前筒的后端至针型电极3处为锥形结构，锥形结构的细端处以针型电极3为轴心成圆筒状，端部与针型电极最尖端平齐。所述的光催化材料6紧贴于网状电极5的一侧。所述的光催化材料6由活性组分和载体材料组成。活性组分选用TiO₂、CdS、CdSe、ZnO、Al₂O₃、W₂O₅、WO₃、MnO₂、Pt、Rh、ZnO₂、FeO、SnO₂、Fe₂O₃其中一种或几种组合，载体材料选自砂子、玻璃、玻璃纤维、无纺布、沸石、分子筛、中空玻珠、硅胶、不锈钢、活性碳其中一种。优选采用活性碳纤维作为载体，通过胶粘剂将纳米级二氧化钛负载于纤维上。本发明的等离子体供电电源采用直流、直流脉冲、交流电源中的其中一种。生成等离子体的方式为电晕放电、微波辐射、紫外线辐射、射频放电、电离放电、辉光放电、表面放电的其中一种。所述等离子体供电电源由电源负极2和电源正极4组成。

本发明的工作原理为：室内低浓度有害气体由外接动力泵通过进气口1泵入本发明装置中，通过针型电极3时，针型电极3进行等离子体放电，气体分子与等离子体中的高能电子碰撞作用，被打碎形成碎片小分子，接着被吸附于光催化材料6上，为光催化过程提供一个预富集过程，也避免了在单纯使用等离子体进行净化时容易产生比原分子更大的中间产物的可能。通过等离子体激发的光催化作用产生的电子-孔穴对对气体分子进行氧化还原净化，使得气体分子得到完全降解破坏，同时也使得光催化材料的活性吸附位点实现了原位再生。这样就实现了一个等离子体净化-光催化材料吸附和光催化降解-光催化材料活性位点的原位再生。

本发明的单针板放电方式与常用的多针板放电方式相比：第一、工艺简单。第二、采用单针可以使得能量集中，利用效率高，大大降低了能量的浪费。因为采用多针板时，由于电流只是在针与板之间最短的通路进行放电，而很难将多个针与板的距离调节的一致，这样必然会导致有的针根本没有放电，造成了能量的浪费。第三、安全性大大提高，避免了使用多电极时各个电极之间的干扰，减少了火花放电的机率。

本发明设计的新的反应装置外壳，使气体从进气口1进入，经过前方的锥形结构后通过锥形前端通过，从而能够对低浓度气流进行物理浓缩，使得气体分子最大限度地通过针型电极3，增加等离子体放电高能电子与气体分子碰撞的机率，增强净化效率。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.本发明结合了高效吸附过滤技术、纳米光催化技术和低温等离子体技术，能够快速、高效的消除室内环境中的低浓度有害气体，在提高提高净化效率的同时，减少了中间产物的生成，提高了完全降解的效率。

2.本发明设计了单针型低温等离子体技术，能量利用效率高，并且避免了等离子体放电过程中的放电不均、容易火花放电的危险。

3.本发明设计了具有一定浓缩功能的净化箱体，使得产生的活性基团可以与气体充分接触，提高净化效率。

4.本发明装置简单，结构紧凑，易于组装，光催化材料可以长期使用，易于推广应用。

                        附图说明

图1为本发明的装置结构示意图；

其中：1-进气口，2-电源负极，3-针型电极，4-电源正极，5-网状电极，6-光催化材料，7-出气口。

                        具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作详细说明。

实施例1

本实施例的低浓度有害气体净化装置，包括等离子体供电电源和净化箱体，所述箱体内依次设置有进气口1、针型电极3、光催化材料6、网状电极5和出气口7，所述针型电极3采用单针型配置，放电端加工为尖状，由金属元素镍制成。所述网状电极5采用表面光滑、无锈的不锈钢网制成。本发明所述的净化箱体为圆筒状，由前后两个筒体嵌套而成，从进气口1至针型电极3处为前筒，前筒的后端至针型电极3处为锥形结构，锥形结构的细端处以针型电极3为轴心成圆筒状，端部与针型电极3最尖端平齐。所述的光催化材料6紧贴于网状电极5的一侧。所述的光催化材料6采用活性碳纤维作为载体，通过胶粘剂将纳米级二氧化钛负载于纤维上。本实施例采用高压直流电源，生成等离子的放电方式为电晕放电，净化箱体由玻璃制成。

在本实施例中，光催化材料中的活性碳纤维规格为厚度3mm，比表面积1356m²/g；光催化材料中的二氧化钛采用粒径范围为30-50nm；采用的胶粘剂为羧甲基纤维素钠。高压直流电源的电压设定为10kV；

本实施例装置的净化效率检测：

1.测试条件：采用甲苯气体作为评价气，气体浓度为1-2mg/m³，气体流速1L/min。针型电极和不锈钢网状电极之间的距离设定为3cm。净化装置组装完毕后，通电即可进行低浓度有害气体净化。

2.测试结果的检测方法及检测条件

采用的检测方式为气相色谱法，具体的测试用仪器型号、检测条件如下：

气相色谱仪：SP-3410，附氢火焰离子化检测器；

毛细管色谱柱：12QC3/BP5 EMG毛细管柱L＝12m；I.D＝0.33mm(内径)；

载气：氮气(N₂，纯度≥99.999％)，流速为30ml/min；

空气(纯度≥99.999％)，流速为300ml/min

氢气(纯度≥99.999％)，流速为30ml/min，

气化室温度：150℃；

检测器温度：150℃；

色谱柱温度：35℃；

3.测试结果：在10kV条件下，2h净化效率为80.91％。

Claims (9)

1.一种低温等离子体驱动光催化气体净化装置，包括等离子体供电电源和净化箱体，其特征是所述箱体内依次设置有进气口(1)、针型电极(3)、光催化材料(6)、网状电极(5)和出气口(7)，所述针型电极(3)采用单针型配置。

2.根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征是所述的针型电极(3)放电端加工成尖状。

3.根据权利要求2所述的气体净化装置，其特征是所述的针型电极(3)采用金属镍制成。

4.根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征是所述网状电极(5)采用表面光滑、无锈的不锈钢网制成。

5.根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征是所述的净化箱体为圆筒状，由前后两个筒体嵌套而成，从进气口(1)至针型电极(3)处为前筒，前筒的后端至针型电极处为锥形结构。

6.根据权利要求5所述的气体净化装置，其特征是所述锥形结构的细端处以针型电极(3)为轴心成圆筒状，端部与针型电极最尖端平齐。

7.根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征是所述的光催化材料(6)紧贴于网状电极(5)的一侧。

8.根据权利要求1所述的气体净化装置，其特征是所述的光催化材料(6)由活性组分和载体材料组成。

9.根据权利要求8所述的气体净化装置，其特征是所述的光催化材料(6)采用活性碳纤维作为载体，通过胶粘剂将纳米级二氧化钛负载于纤维上。

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