CN211011697U - 利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用过氧化氢非均相高级氧化室内空气污染物的净化装置，包括气体引入组件、过氧化氢引入组件、净化腔室和气液分离装置；其中，气体引入组件包括风机和风管；过氧化氢引入组件包括过氧化氢存液装置和过氧化氢溶液雾化装置；净化腔室内分布有用于放置催化剂的石英砂芯，所述石英砂芯外设置有温控加热装置；室内气体经由风机和风管，连通一级气体分布器后导入净化腔室内，同时过氧化氢存液装置内的过氧化氢经由过氧化氢溶液雾化装置雾化后进入净化腔室内，净化后的气体导入气液分离装置，其中过氧化氢通过过氧化氢回收装置回收，净化气体通过净化空气排出装置排出。本装置产物无害无二次污染，经济实用，高效节能。

Description

利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置

技术领域

本实用新型涉及环境治理技术，特别是涉及一种利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置。

背景技术

世界卫生组织(WHO)指出，空气污染被定义为污染的室外或室内空气有机和无机化学污染物，其中包括气态有机和无机化学污染物：挥发性有机化合物(VOCs)，一氧化碳(CO)，含氮化合物(NOx)，含硫化合物(SOx)；病原：菌，病毒，菌类；颗粒物：固体有机和无机污染物，致病菌。

目前空气净化的主要途径与技术有光催化氧化、吸附净化、低温等离子体技术、臭氧氧化等。对于光催化氧化，随水蒸气浓度增加会导致与其他反应物的竞争吸附，抑制反应的进行；且光催化吸收光谱较窄，对太阳能利用不足。吸附净化法中，应用于分离过程的吸附剂大多单一，而单一吸附剂吸附效果差；吸附剂使用一段时间后吸附能力达到饱和，失去或降低吸附功能；如不能及时清理吸附的有机物,适当的条件下会滋生细菌病毒，造成更严重的二次污染。低温等离子技术所需能耗高，污染物浓度较大时净化效率不高。臭氧在净化空气过程中可能形成低分子量的中间产物会污染空气；同时产生的大量悬浮固体颗粒，也有可能恶化室内环境；且臭氧也是一种公认的环境污染物。

对于空气净化方面而言，上述净化方式均会带来一些负面因素，过氧化氢是一种利用率很高的化学品，具有清洁高效无色无味且成本低廉的特性，而汽化过氧化氢作为性能优良的气体消毒剂，具有无色无味，易获取，具有成本低、易回收、可重复利用等优点，在消灭空气中可挥发性有机污染物领域也将具有很好的应用前景，为了更好地达到空气净化要求，我们利用过氧化氢在催化剂四氧化三铁的作用下，能迅速产生大量的氧化性较强的羟基自由基，羟基自由基能与室内的有机污染物发生化学反应生成二氧化碳和水这一性能特点，并根据具体反应净化要求，设计出本装置，在净化空气的基础上实现节能环保。

实用新型内容

实用新型目的：针对现有技术存在的上述技术问题，本申请提供了一种利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置。

技术方案：本申请所述的一种利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置，包括气体引入组件、过氧化氢引入组件、净化腔室和气液分离装置；其中，

所述气体引入组件，包括依次连接的风机、风管和一级气体分布器；

所述过氧化氢引入组件，包括过氧化氢存液装置和过氧化氢溶液雾化装置；

所述净化腔室内分布有用于放置催化剂的石英砂芯，所述石英砂芯外设置有温控加热装置；

室内气体经由风机和风管，连通一级气体分布器后导入净化腔室内，同时过氧化氢存液装置内的过氧化氢经由过氧化氢溶液雾化装置雾化后进入净化腔室内，开启温控加热装置，反应后的物质导入气液分离装置，其中过氧化氢通过过氧化氢回收装置回收，净化气体通过净化空气排出装置排出。

优选的，所述净化腔室内还设置有二级气体分布器，用于循环处理净化腔室内的气体。所述净化腔室中下部设有一竖向隔板将净化腔室分割成两个腔室，其中一个腔室上部通过设置在净化腔室内壁和隔板之间的二级气体分布器密闭，所述隔板和净化腔室底部之间设有控制气体进入的第二阀门。所述石英砂芯贯穿隔板设置，并进行密封处理。

作为其中一个技术方案，所述室内气体净化装置整体呈圆柱形，所述气体引入组件设置在顶部，所述净化腔室位于中部，所述过氧化氢引入组件在一级气体分布器下紧靠净化腔室内壁设置，所述气液分离装置、过氧化氢回收装置和净化空气排出装置位于底部。

优选的，所述石英砂芯为两层以上，水平设置在净化腔室内。

进一步的，所述过氧化氢存液装置设置在过氧化氢溶液雾化装置之上，位于净化装置本体约2/3～7/8高度处。所述过氧化氢存液装置与过氧化氢溶液雾化装置间设有第一阀门，过氧化氢溶液通过第一阀门进入过氧化氢雾化装置。

所述气液分离装置包括冷凝与离心分离两部分。

进一步的，所述过氧化氢溶液浓度为0.01～0.5mol/L；所述温控加热装置为可调温加热带，缠绕在净化装置整个外壁，工作温度为50℃-150℃。

优选的，过氧化氢溶液浓度为0.1～0.4mol/L，温控加热装置工作温度为70～140℃。

进一步的，所述石英砂芯上分布的催化剂为高纯四氧化三铁，且更换周期为3～4年。

本申请还公开了利用上述装置净化室内空气污染物的方法，包括以下步骤：

(1)开启气体引入组件中，室内气体在风机的作用下通过风管和一级气体分布器进入净化腔室；

(2)开启过氧化氢引入组件，过氧化氢溶液通过过氧化氢溶液雾化装置喷洒在净化腔室内；

(3)开启温控加热装置，步骤(1)引入的室内空气在步骤(2)喷洒的过氧化氢，以及分布在石英砂芯上的催化剂的作用下反应净化；

(4)经过步骤(3)反应后的物质导入气液分离装置，其中过氧化氢通过过氧化氢回收装置回收，净化气体通过净化空气排出装置排出。

优选的，在设置有二级气体分布器的情况下，在步骤(2)和步骤(3)之间增加以下步骤：开启隔板和净化腔室底部之间设有控制气体进入的第二阀门，并开启二级气体分布器，使得净化腔室内的反应物通过二级气体分布器得以循环净化。

本申请中，过氧化氢存液装置与过氧化氢溶液雾化装置之间的第一阀门，净化腔室内隔板和净化腔室底部之间的第二阀门，均为电磁阀，通过电流接入或断开控制阀门开启或关闭。

该装置利用过氧化氢非均相高级氧化的室内空气污染物净化装置使用过氧化氢非均相高级氧化产生高活性羟基自由基，降低空气中的可挥发性有机污染物VOCs的含量，从而保证空气品质，保障人体健康与安全，同时产物无害无二次污染，净化过程高效节能。

本申请没有说明的部件结构，或者部件之间的位置关系或者连接关系均可以通过任何现有技术实现。

有益效果：相比较于现有技术，本申请具有以下优势：(1)上述气液分离装置及过氧化氢回收装置的设置，消除了初次净化空气中所残余的过氧化氢，从而避免了对室内环境的二次污染；(2)过氧化氢溶液的选用，可迅速产生具有强氧化性的羟基自由基，将有机污染物氧化为水和二氧化碳，无二次污染，同时达到所需空气净化要求；(3)多层石英砂芯的设置，改善了反应物与催化剂的接触效果，使反应更为充分，提高了净化效率；(4)加热温控器的设置，可以精准地保持净化反应所需的适宜温度，保证反应体系温度环境；(5)过氧化氢雾化装置的设置可将液态过氧化氢溶液通过雾化技术变为气态，增加了反应面积，实现提高净化效率的效果；(6)所选催化剂四氧化三铁，较同类催化剂而言，具有更大的应用价值，且金属离子渗滤率低，易于分离，不产生二次污染，价格低廉，来源广泛，催化效果理想，经济性强。

附图说明

图1为本申请净化装置结构示意图；

图2为本申请净化装置半剖立体图；

图3为本申请净化装置半剖平面图；

图4为本申请净化装置风机连接示意图；

图5为本申请净化装置一级气体分布器与过氧化氢存液装置间局部放大图；

图6为本申请净化装置二级气体分布器局部放大图；

图7为本申请净化装置第一阀门12结构示意图，(1)为关闭状态，(2)为开启状态；

图8为本申请净化装置第二阀门13结构示意图，(1)为开启状态，(2)为关闭状态；

图9为本申请净化装置下端局部放大图。

其中有：1.风机；2.风管；3.过氧化氢存液装置；4.一级气体分布器；5.过氧化氢溶液雾化装置；6.二级气体分布器；7.石英砂芯；8.温控加热装置；9.净化空气排出装置；10.气液分离装置；11.过氧化氢回收装置；12.第一阀门；13第二阀门；14净化腔室；15竖向隔板；16 阀座，17是弹簧，18关闭件，19电磁线圈。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步详细的说明。

实施例1

如图1、图2和图3所示，一种利用过氧化氢非均相高级氧化的室内空气污染物净化装置，整体呈圆柱形筒体，装置顶盖上设有方便空气进入的孔洞，净化装置内部依次设置有：风机1、风管2、一级气体分布器4、过氧化氢存液装置3、过氧化氢溶液雾化装置5、二级气体分布器6、石英砂芯7、温控加热装置8、净化空气排出装置9、气液分离装置10、过氧化氢回收装置11。净化装置内部的连接关系是：风机1、风管2、一级气体分布器4之间相互粘接，如图4所示，风机1与装置顶盖孔洞螺接在一起，风管2和一级气体分布器4在粘接中悬空在装置上部。过氧化氢存液装置3和过氧化氢溶液雾化装置5之间由一直管螺接，过氧化氢存液装置3靠所述净化装置内腔壁面设置，与所述过氧化氢溶液雾化装置5相连通，并在两者之间设有第一阀门12；二级气体分布器6紧靠所述过氧化氢溶液雾化装置5，通过竖向隔板15将净化装置本体中部的净化腔室14分成两部分，竖向隔板15和净化腔室14底部之间设有第二阀门13。

温控加热装置8缠绕固定在装置外壁的中部石英砂芯7外围。如图9所示，净化空气排出装置9粘接在净化腔室14下部底板。气液分离装置10的上部顶板粘接于净化腔室14的下部底板，净化空气排出装置9下部底板与过氧化氢回收装置11的上部顶板粘接。过氧化氢回收装置11除上部顶板外均卡接于装置底部。上述过氧化氢回收装置11内存有过氧化氢余溶液。上述石英砂芯7上放置催化剂高纯四氧化三铁。

结合图5所示，一级气体分布器4是一种环绕型盘管细孔式气体分布器，污染源空气在此一级气体分布器4的作用下均匀分散。如图6所示，二级气体分布器6是一种半圆板状细孔式气体分布器。

上述第一阀门12和第二阀门13均是电磁阀，如图7所示，第一阀门12初始处于闭合状态，通电时，在右侧电磁线圈19的电磁力作用下推出关闭件18，阀门打开，断电时，电磁力消失，通过弹簧17的弹性作用将关闭件返回初始位置阀座16，阀门关闭。如图8所示，隔板和净化腔室底部之间的第二阀门13初始状态为断电闭合状态，断电时，电磁线圈19电磁力消失，弹簧17把关闭件18压在阀座16上，第二阀门13关闭，可根据需求手动开启，用以控制一次净化气体通过二级气体分布器6，空气在图示右侧净化腔室内进行一次净化，当所述室内气体需要进行二次净化时，使第二阀门13通电，电磁线圈19产生电磁力把关闭件18从阀座16上提起，第二阀门13打开，使一次净化气体通过二级气体分布器6，上述气体经均匀分布后在净化腔室内发生反应。

实施例2

利用实施例1的装置净化室内空气污染物的方法，包括以下步骤：

室内含有机挥发性污染物的空气先由风机1抽入，经过连接风管2，通入一级气体分布器4，装置本体内腔左侧设有一个过氧化氢存液装置3，开启第一阀门12，一定浓度的液态过氧化氢在重力作用下流入存液装置下部的过氧化氢溶液雾化装置5，经作用，气相过氧化氢均匀分散至装置本体内腔中，与上方进入的均布空气充分混合发生反应。装置本体的外部缠绕有温控加热装置8，具体为温控加热带，混合工质在加热状态下(50～150℃)通过二层以上承载四氧化三铁催化剂的石英砂芯7，气相过氧化氢接触到催化剂表面，在三相相接处反应，迅速分解产生高浓度羟基自由基，进一步，反应活性极强的羟基自由基可以在极短时间内完成氧化反应，将空气中可挥发有机污染物氧化为二氧化碳和水，产生一次净化空气，所得空气进入气液分离装置10，以此实现一次净化空气的分离，并通过净化空气排出装置9 排回空中，分离所得液进入过氧化氢回收装置11，完成回收处理。经实验，一次净化率达到 98.4％。

二级气体分布器可根据选择开启，若需得到更高洁净度的空气，提高净化率，对第二阀门13通电，电磁线圈产生电磁力把关闭件从阀座上提起，使第二阀门13打开，此一次净化空气在压力的作用下，进入左侧导管，到达一种半圆板状细孔式气体分布器，在此二级气体分布器6作用下，在二级净化体系中，充分利用一次净化气体中携带的少量过氧化氢，在催化剂表面进行净化反应，完成二次净化，所得空气进入气液分离装置，通过离心分离的净化气体从小孔排出，所回收的过氧化氢余液流入下方收集装置，实现二次净化空气的分离处理。以此实现设计要求。

其中，加热温度控制在50～150℃之间，具体温度与空气的流量相匹配，达到不会有明显的液滴，且催化剂上无凝结。在此温度条件下，过氧化氢接触到催化剂表面，迅速分解产生羟基自由基，反应活性极强的羟基自由基可以在极短时间内完成氧化反应，将空气中可挥发有机污染物氧化为二氧化碳和水。其次，由风机抽入的空气气流速度很快，为保证反应的充分发生，我们设计了环绕型盘管细孔式气体分布器，利用其一定面积内较长的物理长度、盘管旋转角度、管内的局部阻力和摩擦阻力、均匀分布在管底的小孔来减缓气流速度，使气流均匀的分散在装置内，增加反应面积。

该装置在反应过程中的动力可由气体流动压力提供，无需外加动力装置。

同时，多数催化剂在使用过程中，可能因活性、选择性下降以及颗粒粉碎而引起的床层压力降增加等原因，导致催化效率逐渐下降，从而影响催化过程的进行，因此使用寿命较短。而四氧化三铁具有较强的磁性，易于分离，重复使用率高，使用寿命较长，约3～4年更换一次，具备良好的经济效益。基于对比实验，我们已采集如下数据：

由此得出，在浓度为0.1～0.4mol/L，温度为70～140℃条件下，为最佳净化范围，空气净化效率较其他条件而言，均可使反应达到高效，可根据具体净化要求来适当加大范围，以达到预期目的。

实施例3

该方法利用的汽化过氧化氢具有清洁高效无色无味且成本低廉的特性，易获取易回收，成本低，可重复利用。本装置所使用的过氧化氢浓度为0.01～0.5mol/L，市面所售的过氧化氢 (30％浓度)稀释20～1000倍即可达到要求，相当于至少20倍的效益。以0.1mol/L浓度的过氧化氢为例，与活性炭相比，达到相同净化效果，可减少5～20％成本。从净化效率来看，以甲醛和邻二甲苯为例，对于甲醛，在开始2h后净化效率可达65～75％，4h后可达85％以上；对于邻二甲苯，在开始3h后净化效率可达65～75％，6h后可达85％以上。

当选用0.1mol/L过氧化氢溶液在110℃下进行净化，与达到相同净化效果时，过氧化氢耗量与活性炭耗量对比如下：

由上表可知，使用过氧化氢溶液可减少成本5～20％。

下表为在不同净化时间下，过氧化氢净化空气中甲醛和邻二甲苯的净化效率对比：

Claims (9)

1.一种利用过氧化氢非均相高级氧化的室内气体净化装置，其特征在于，包括气体引入组件、过氧化氢引入组件、净化腔室和气液分离装置(10)；其中，

所述气体引入组件，包括依次连接的风机(1)、风管(2)和一级气体分布器(4)；

所述过氧化氢引入组件，包括过氧化氢存液装置(3)和过氧化氢溶液雾化装置(5)；

所述净化腔室内分布有用于放置催化剂的石英砂芯(7)，所述石英砂芯(7)外设置有温控加热装置(8)；

室内气体经由风机(1)和风管(2)，连通一级气体分布器(4)后导入净化腔室内，同时过氧化氢存液装置(3)内的过氧化氢经由过氧化氢溶液雾化装置(5)雾化后进入净化腔室内，开启温控加热装置(8)，反应后的物质导入气液分离装置(10)，其中过氧化氢通过过氧化氢回收装置(11)回收，净化气体通过净化空气排出装置(9)排出。

2.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述净化腔室内还设置有二级气体分布器(6)，用于循环处理净化腔室内的气体。

3.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述室内气体净化装置整体呈圆柱形，所述气体引入组件设置在顶部，所述净化腔室位于中部，所述过氧化氢引入组件在一级气体分布器(4)下紧靠净化腔室内壁设置，所述气液分离装置(10)、过氧化氢回收装置(11)和净化空气排出装置(9)位于底部。

4.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述石英砂芯(7)为两层以上，水平设置在净化腔室内。

5.根据权利要求2所述的净化装置，其特征在于，所述净化腔室中下部设有一竖向隔板将净化腔室分割成两个腔室，其中一个腔室上部通过设置在净化腔室内壁和隔板之间的二级气体分布器(6)密闭，所述隔板和净化腔室底部之间设有控制气体进入该腔室的第二阀门(13)。

6.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述过氧化氢存液装置(3)设置在过氧化氢溶液雾化装置(5)之上，位于净化装置本体约2/3～7/8高度处。

7.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述过氧化氢溶液浓度为0.01～0.5mol/L。

8.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述温控加热装置(8)为可调温加热带，缠绕在净化装置整个外壁，工作温度为50℃-150℃。

9.根据权利要求1所述的净化装置，其特征在于，所述催化剂为高纯四氧化三铁，且更换周期为3～4年。

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