CN1924463B

CN1924463B - 基于多触媒催化纳米半导体材料的复合空气净化装置

Info

Publication number: CN1924463B
Application number: CN2005100939010A
Authority: CN
Inventors: 刘静; 辛宇
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-31
Filing date: 2005-08-31
Publication date: 2010-10-06
Anticipated expiration: 2025-08-31
Also published as: CN1924463A

Abstract

本发明公开了一种基于多触媒催化纳米半导体材料及复合除尘技术的室内空气净化方法及装置。该净化方法及装置融合了空气除尘方法、多触媒催化纳米半导体材料高效降解有害有机物和杀灭细菌病毒的方法以及空气清新方法等。其中，空气除尘采用复合除尘方法，将机械过滤、活性材料吸附、驻极体静电空气过滤方法、高分子复合纤维栅过滤材料按照不同净化要求次序组合的方式，可消除空气中漂浮的各种烟尘及总悬浮颗粒物，并可消除异味；纳米半导体材料在多触媒条件催化下，产生大量高活性高氧化性的荷电离子，通过荷电离子的强氧化作用分解空气中悬浮的有害有机物并杀灭病毒细菌。该项技术能够有效实现对室内空气的全面净化和清新。

Description

基于多触媒催化纳米半导体材料的复合空气净化装置

技术领域

本发明属于空气净化技术领域，尤其是涉及有人类活动的相对封闭空间的空气净化技术领域。

背景技术

目前，空气净化技术的内容包括：降解空气中的难降解有害有机物，杀灭空气中的细菌和病毒，并去除空气中的总悬浮颗粒物。当前的空气净化技术有过滤与吸附净化技术、生物净化技术、臭氧氧化技术、光催化氧化技术、负离子空气净化技术及非平衡等离子体技术等，上述各项技术单独对空气净化的效果是有限的，都无法有效清除空气中的难降解有毒有机物(如：甲醛)以达到国家规定的标准。

发明内容

本发明目的在于提供一种用于存在人类活动的封闭或准封闭空间的空气净化方法及装置，是基于最新技术成果——多触媒催化纳米半导体材料空气净化方法及装置，并结合复合除尘方法，全面消除空气中各项影响人体健康的有害因素。

为实现上述目的，本发明采取以下方案：

融合复合除尘方法、多触媒催化纳米半导体材料空气净化方法来实现对空气的净化。在密闭腔室内完成空气净化，不影响腔室外界，只释放净化后的清洁空气。多触媒催化方法是指：使用紫外光照射、热能、高能射线、高电压放电、强电磁场等多种催化手段单独或者协同催化纳米半导体材料。并且还使用复合空气除尘方法。

实现本发明的空气净化方法的装置，包括复合除尘结构和多触媒空气结构，复合除尘结构具有四层，分别是机械过滤层、高分子复合纤维栅过滤层、活性吸附层、驻极体静电过滤层。其中，多触媒净化结构的腔体直径是复合除尘结构的腔体直径的2倍。

在本发明所述的装置，可以在相对封闭空间中的空气净化中的应用，特别是在有人类活动的相对封闭空间中的空气净化中的应用。尤其是在建筑物内，各种车辆船只内及各种载人航空航天器内的空气净化中的应用，具有良好的效果。

本发明的特点在于，净化装置由复合除尘装置及多触媒净化装置组成，按空气途经的通道次序依次为：复合除尘、多触媒净化、空气清新。

本发明专利的原理如下：通过复合除尘功能过滤空气中的总悬浮颗粒物；经过多触媒净化单元，利用多触媒催化产生荷电离子的强氧化特性对空气中的甲醛等有毒性有机物进行高效降解，并迅速杀灭空气中残存的病菌病毒，最后利用空气清新结构去处空气中残留的异味。

特别需要指出的是：基于纳米半导体材料的物理混和物或化学混合物在高电压放电、紫外光照射、电场、磁场、热能等多种催化方式同时作用下，其反应速度大大高于单一催化方式，在此条件下产生大量的高氧化性的荷电离子。由于在多触媒催化条件下，高氧化性荷电离子具有更高的浓度，因此具有更强的氧化活性，容易跟有机物发生氧化反应，彻底分解其化学键，由于反应彻底所以最大限度的降低有毒性氧化中间产物的产生。此外，高氧化性荷电离子还有高效高速杀灭细菌和病毒的效果，试验数据显示，一分钟内对封闭空间内空气中漂浮的病菌病毒的杀灭率达到99.9％以上。综上，多触媒催化空气净化方法及装置可以有效降解空气中的有害难降解有机物，高效杀灭细菌和病毒。

附图说明

图1为封闭空气净化方法及装置的技术流程图。

其中，1、2、3、4为复合除尘结构；5为多触媒催化发生结构；6为纳米半导体材料电极，7、8为空气清新结构。

具体实施方式

本发明专利提出的空气净化装置具有三部分功能结构，分别是复合除尘结构(图1中1、2、3、4组成部分)、多触媒空气净化区，包括多触媒催化发生结构(图1中5部分)、纳米半导体材料电极(图1中6部分)、空气清新结构(图1中7、8部分)。

对于复合除尘结构，一般分为双层或者更多层过滤结构，图1中复合除尘部分为四层结构(见图1中1、2、3、4部分)，第一层位于空气通道最前端，如附图中1部分中的1所示，为简单过滤材料(如滤网等)，用来过滤较大的灰尘颗粒(颗粒直径75～100微米，如毛发、花粉、孢子等)。第二层为高分子复合纤维栅过滤材料，如附图中1部分中的2所示，过滤颗粒直径更小的悬浮颗粒物。第三层为活性炭类或者其他高分子过滤材料，如附图中1部分中的3所示，去除或吸附空气中的较小颗粒物，并能吸附部分有害化学成分，且辅助消除部分空气异味。第二层、第三层能够有效过滤直径在1～75微米的颗粒，如病菌、粒径小的烟雾颗粒等。第四层为静电过滤层，如附图中1部分中的4所示，采用驻极体静电空气过滤装置，吸附更小的颗粒物(颗粒直径小于1微米，如微小的可吸入颗粒物等)。复合除尘结构各自成一体，四层结构可根据需求组合，而且可方便取下进行维护。

多触媒净化区腔体直径是复合除尘部分腔体直径的2倍，目的是为了降低腔体内空气流动速度，延长反应时间，提高多触媒催化效果，如附图1所示。

多触媒净化区的电极表面薄膜是利用脉冲激光沉积方法、磁控溅射、物理或者化学沉积等方法，根据不同需求，在不同金属表面形成不同厚度的纳米材料薄膜。纳米材料可以是纳米二氧化钛，也可以是其他具有相关特性的纳米半导体材料，或者是几种纳米材料和重金属氧化物(如：氧化钴、氧化铈等)按比例生成的混合物。根据实验结果，如：0.6％wt的氧化钴和纳米二氧化钛混合，在摄氏500度的温度下生成混合催化材料，能够明显提高催化产生荷电离子的速率，可提高两个数量级左右。试验数据显示，在多种催化条件下，氧化钴与纳米二氧化钛混合物3分钟对初始浓度为150ppm的甲醛降解率为80％，较单一纳米二氧化钛催化剂的效果(相同催化条件下，3分钟对初始浓度150ppm的甲醛降解率为30％)要高。

根据不同净化要求，纳米材料薄膜要经过不同温度的退火处理，温度控制在摄氏350-500度。

多触媒净化区的催化方式是多触媒复合催化，其中包括高压电磁场导致的放电催化、一定波长的光催化、热能催化及各种辅助催化剂等。具体实施方式如下：将表面形成纳米半导体材料薄膜的电极施加直流或者交流电压，电压范围控制在：3000V～12000V。这时在高压电场及其产生电晕、微弱放电等的作用下，电极表面的纳米半导体材料将被催化，产生大量荷电粒子。此外，在如附图1中5部分所示的多触媒发生结构产生的高能光、射线、热能等综合作用到附图1中6部分所示的电极表面的纳米半导体材料上，使得激发出的荷电离子浓度大大增加。实验数据表明：对在相同发生条件下，多触媒催化装置激发出的荷电离子浓度更高，因此对甲醛、苯等有机物的分解效率大大提高，是单一光催化的3.8倍以上。另外，根据试验结果，多触媒催化装置分解有害有机物产生的中间产物大大低于光催化，而且在反映腔体外基本测量不到中间产物的存在。

空气清新结构分为两层，靠近多触媒催化区的一侧为活性炭薄膜，见图1所示7部分，靠近空气出口一侧为空气清新剂容器，见图1所示8部分，用于存放空气清新剂。活性炭薄膜的作用有两个，一个是为了阻挡颗粒物、未降解的有机物等，另一个目的是为了防止空气清新剂挥发性颗粒回流到多触媒净化腔体。

Claims

1.一种基于多触媒催化纳米半导体材料的复合空气净化装置，包括复合除尘结构和多触媒净化结构，其特征在于：复合除尘结构具有四层，分别是机械过滤层、高分子复合纤维栅过滤层、活性吸附层、驻极体静电过滤层。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的多触媒净化结构的腔体直径是复合除尘结构的腔体直径的2倍。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置应用于相对封闭空间中的空气净化。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置应用于有人类活动的相对封闭空间中的空气净化。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：该装置应用于建筑物内、各种车辆船只内及各种载人航空航天器内的空气净化。