CN1895752A - 用于催化净化室内有害气体装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于催化净化室内有害气体装置和方法，装置包括：过滤器、热催化单元、加热装置、光催化单元、负离子发生器、加湿器和引风装置。本发明突破了室内空气净化领域中对空气净化只进行物理、化学或物理化学净化，而改为物理→热化学→光化学联合净化的方法分解有害物质，净化污染物的范围更大、更彻底，并且是从质的方面提高了空气质量。
Description
所属领域
本发明涉及一种空气净化装置。
背景技术
随着人民生活水平的不断提高，人们对室内空气质量的要求也越来越高，空气净化器也应运而生。
现有的空气净化器其基本功能原理为：工作时，室内的污浊空气通过进风口、过滤胆，层层过滤净化，洁净的空气从出风口吹出，从而将室内的空气净化；或者通过高温的热催化将空气中的污染物苯、甲醛、氨、一氧化碳等部分去除，但是，目前的装置对上述的有害物质的去除并不彻底。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是公开一种用于催化净化室内有害气体的装置和方法。
本发明的用于催化净化室内有害气体的装置包括：
一端设有气体入口、另一端设有气体出口的外壳；
设置在外壳内气体入口处的过滤器；
设置在过滤器一侧的热催化单元，其中设有加热装置；
设置在热催化单元一侧的光催化单元，其中设有紫外灯；
设置在光催化单元一侧的负离子发生器；
设置在负离子发生器一侧的加湿器；
设置在气体出口处的引风装置。
采用上述装置对内有害气体净化的方法，包括如下步骤：
在所说的引风装置的作用下，室内有害气体从气体入口进入装置，通过过滤器，将粒径大于0.3μm的颗粒物过滤去除，不仅达到净化空气的目的，也可有效的提高催化剂的使用寿命；
过滤后的气体，进入热催化单元，在一定温度下的催化剂的作用下，气体中的苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等部分或全部去除，催化温度一般为180～220℃；
所说的热催化剂由载体和负载在载体上的活性组分构成，活性组分为稀土元素和过渡金属元素所组成，本发明采用稀土元素La、Sr、Mn、Cu、等金属的硝酸盐溶液以浸渍法或溶胶凝胶法吸附分布于活性氧化铝上，以活性组分组成重量计，百分比为：
La2O3 5～40％，SrO 5～50％，MnO2 5～30％，CuO 10～50％，载体选自γ-Al2O3；
本发明的热催化剂可采用中国稀土学报2003年12月“纳米氧化铈的制备及其催化性能的研究”文献公开的方法进行制备，优选的制备方法包括如下步骤：
优选的方法是将La(NO3)3、Sr(NO3)2、Mn(NO3)2和Cu(NO3)2按比例混合溶解成水溶液，并按1∶2的重量比例加入柠檬酸，加入氨水调节PH＝9时，将活性氧化铝浸渍到溶液中24小时后，滤出载体后缓慢加热烘干后，分别在300℃和700℃焙烧4小时后，重复以上三次，形成负载型纳米复合氧化物催化剂。
采用上述方法获得的热催化剂，其理化参数如下：
比表面积在60～80m2/g。
热催化分解后的温度较高的空气，进入光催化单元，在紫外光的作用下，进一步将残余的污染物转化成无机物，光催化温度为20～50℃，光催化剂主要成分为纳米二氧化钛，也可以采用市售产品，如美国保佳公司牌号为BX系列光催化剂；
光催化分解后的气体，通过负离子发生器和加湿器，以达到即净化空气又提高空气质量的目的，然后从气体出口排出；
室内有害气体在装置的风量为600～1200立方米/小时，采用本发明的装置和方法，含有有害气体的空气经过热催化、光催化反应方式将有害气体催化分解成为洁净的空气，其中有害气体可以为苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等。
热催化反应是一种以低浓度有机气体为对象，以纳米复合氧化物催化剂进行催化分解的反应过程。其催化原理为：有机化合物在催化剂的作用下发生燃烧的化学反应，通过催化燃烧使一些低浓度的有机化合物转变成二氧化碳和水。主要的反应机理是通过催化剂的作用下，降低反应的势能垒，从而使反应的能量条件得以降低。空气污浊物中的有害物质主要是有机化合物，采用热、光两种方式向反应体系提供能量后可以将共价化合物彻底催化分解。
本发明首先突破了室内空气净化领域中对空气净化只进行物理、化学或物理化学净化，而改为物理→热化学→光化学联合净化的方法分解有害物质。
第二，与传统的方法相比较，净化污染物的范围更大、更彻底，并且是从质的方面提高了空气质量。
另外，在含有有害气体的空气进入热催化反应装置前，先由一过滤器过滤空气中的颗粒物，这样降低了颗粒物及其吸附物对催化剂的影响，提高了热催化剂效率。在含有有害气体的空气进入光催化反应装置前，先经过热催化反应装置，这样经过预热的气体通过光催化剂时会有更高的反应效率。在提高了催化剂效率的过程中，将物理净化-热化学净化-光化学净化有机的结合在一起。
它巧妙的利用了热催化反应装置在工作时需要一定温度的特点，实现了对净化以后的空气的加温，使它不仅具有空气净化的作用，更具有暖风机的作用，特别适合在冬季室内空气的净化和加温。考虑到加温后的空气的干燥，又附加了负离子发生器和加湿功能，从而达到了即净化空气又提高空气质量的目的。充分体现了一机多用、一机多能的特点。
该装置的光催化光源采用紫外灯，它可以有效地杀死细菌和病毒等微生物，过滤器采用HEPA过滤器，对于粒径为0.3微米的粒子，去除率不低于99.7％。此过程使得装置具有阻挡、杀死细菌病毒的功能。
附图说明
图1为装置结构示意图。
具体实施方式
参见图1，本发明的用于催化净化室内有害气体的装置包括：
一端设有气体入口1、另一端设有气体出口2的外壳3；
设置在外壳3内气体入口1处的过滤器4，优选采用惠菱环境科技有限公司生产的HEPA高密度空气滤材的过滤器，过滤器选用的过滤材料可以是一般过滤材料，也可以是高效过滤材料，并且最好选用高效过滤材料中的HEPA，的HEPA是英文High Efficiency Particulate Air的缩写。HEPA是由非常细小的纤维材料重叠交织而成的高效空气过滤材料，其表面具有多层小凸起，从而使其拥有拦截效率高，吸附容量大等特点，HEPA最初是应用于核能研究防护，现在已经普遍应用于外科手术室、晶体制造、医药生产等对空气质量有严格要求的领域，随着科学技术的发展和人们生活水平的逐步提高，越来越多地使用于民用空气净化产品中，并且原料也逐步的由纤维变为玻璃纤维。HEPA过滤器是洁净室的末级净化单元，其效率通常以滤掉99.97％以上的0.3μm颗粒物为基准。
设置在过滤器4一侧的热催化单元5，其中设有加热装置；
设置在热催化单元5一侧的光催化单元6，其中设有紫外灯；
设置在光催化单元6一侧的负离子发生器7；
设置在负离子发生器7一侧的加湿器8；
设置在气体出口处2的引风装置9。
实施例1
热催化剂的制备：
将La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)210％和Cu(NO3)240％混合溶解成水溶液，并按1∶2的重量比例加入柠檬酸，加入氨水调节PH＝9时，将活性氧化铝浸渍到溶液中24小时后，滤出载体后缓慢加热烘干后，分别在300℃和700℃焙烧4小时后，重复以上三次，形成负载型纳米复合氧化物催化剂。
采用上述方法获得的热催化剂，其理化参数如下：
比表面积在60～80m2/g。
采用图1所示的装置。
在所说的引风装置的作用下，室内有害气体从气体入口进入装置，通过过滤器，将粒径大于0.3μm的颗粒物过滤去除；
过滤后的气体，进入热催化单元，在热催化剂的作用下，气体中的苯、甲醛、氨、一氧化碳、丙酮等部分或全部去除，热催化温度为200℃；
热催化分解后的温度较高的空气，进入光催化单元，在紫外光的作用下，进一步将残余的污染物转化成无机物，光催化温度为35℃，光催化剂主要成分为纳米二氧化钛，采用美国保佳公司BX系列的光催化剂；
光催化分解后的气体，通过负离子发生器和加湿器，以达到即净化空气又提高空气质量的目的；
室内有害气体在装置中的风量：600立方米/小时，采用中华人民共和国国家标准《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定的方法，对空气净化前后的质量进行检测，数据如下：
苯：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
甲醛：0.65mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
氨：0.70mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
一氧化碳：0.40mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
丙酮：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
说明：6个采样点呈梅花式分布，浓度值为1小时平均浓度(采样时间50分钟)，其余按照标准操作。净化后的各种气体浓度远低于国标。
实施例2
采用与实施例1相同的装置和方法，其中：
La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)220％和Cu(NO3)230％混合溶解成水溶液，并按1∶2的重量比例加入柠檬酸，加入氨水调节PH＝9时，将活性氧化铝浸渍到溶液中24小时后，滤出载体后缓慢加热烘干后，分别在300℃和700℃焙烧4小时后，重复以上三次，形成负载型纳米复合氧化物催化剂。
采用上述方法获得的热催化剂，其理化参数如下：
比表面积在78m2/g。
室内有害气体在装置中的风量：800立方米/小时，热催化温度为200℃，采用中华人民共和国国家标准《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定的方法，对空气净化前后的质量进行检测，数据如下：
苯：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
甲醛：0.65mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
氨：0.70mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
一氧化碳：0.40mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
丙酮：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
说明：6个采样点呈梅花式分布，浓度值为1小时平均浓度(采样时间50分钟)，其余按照标准操作。净化后的各种气体浓度远低于国标。
实施例3
采用与实施例1相同的装置和方法，其中：
将La(NO3)3、30％；Sr(NO3)220％；Mn(NO3)230％和Cu(NO3)220％混合溶解成水溶液，并按1∶2的重量比例加入柠檬酸，加入氨水调节PH＝9时，将活性氧化铝浸渍到溶液中24小时后，滤出载体后缓慢加热烘干后，分别在300℃和700℃焙烧4小时后，重复以上三次，形成负载型纳米复合氧化物催化剂。
采用上述方法获得的热催化剂，其理化参数如下：
比表面积在82m2/g。
室内有害气体在装置的风量：1200立方米/小时，热催化温度为220℃，采用中华人民共和国国家标准《室内空气质量标准》(GB/T18883-2002)中规定的方法，对空气净化前后的质量进行检测，数据如下：
苯：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
甲醛：0.65mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
氨：0.70mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
一氧化碳：0.40mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
丙酮：0.50mg/m3(净化前)，＜0.05mg/m3(净化前)
说明：6个采样点呈梅花式分布，浓度值为1小时平均浓度(采样时间50分钟)，其余按照标准操作。净化后的各种气体浓度远低于国标。
Claims (6)
1.用于催化净化室内有害气体装置，其特征在于，包括：
一端设有气体入口(1)、另一端设有气体出口(2)的外壳(3)；
设置在外壳(3)内气体入口(1)处的过滤器(4)；
设置在过滤器(4)一侧的热催化单元(5)，其中设有加热装置；
设置在热催化单元(5)一侧的光催化单元(6)，其中设有紫外灯；
设置在光催化单元(6)一侧的负离子发生器(7)；
设置在负离子发生器(7)一侧的加湿器(8)；
设置在气体出口处(2)的引风装置(9)。
2.采用权利要求1所述的装置净化室内有害气体的方法，包括如下步骤：在所说的引风装置的作用下，室内有害气体从气体入口进入装置，通过过滤器，将粒径大于0.3μm的颗粒物过滤去除；
过滤后的气体，进入热催化单元，热催化温度为180～220℃；
所说的热催化剂由载体和负载在载体上的活性组分构成，活性组分为稀土元素和过渡金属元素所组成，以活性组分组成重量计，百分比为：
La2O3 5～40％，SrO 5～50％，MnO 25～30％，CuO 10～50％，载体选自γ-Al2O3；
热催化分解后的温度较高的空气，进入光催化单元，在紫外光的作用下，进一步将残余的污染物转化成无机物，光催化温度为20～50℃，光催化剂为上海工程技术大学研制的GHC系列光催化剂，主要成分为纳米二氧化钛，(请公开具体的催化剂的化学组分，配比)，也可以采用市售产品，如美国保佳公司的光催化剂产品；
光催化分解后的气体，通过负离子发生器和加湿器后从气体出口排出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，害气体包括苯、甲醛、氨、丙酮或一氧化碳。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，室内有害气体在装置中的风量在600～1200立方米/小时。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，光催化温度为20～～50℃。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，热催化温度为180～～260℃。
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