CN211246102U - 石墨烯室内空气净化器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及石墨烯室内空气净化器。包括净化箱体和控制系统，净化箱体为上、下两端开口结构箱体，下端口内设置进风口，上端口内设置排风口。所述净化箱体内部由下至上依次设置第一级过滤模块、石墨烯基Mn型催化臭氧氧化模块、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块、第二级过滤模块、增压静音型排风机；有毒有害气体首先进入第一级过滤模块执行过滤处理，然后进入Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块执行深紫外光下的催化臭氧氧化工艺；再经石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块执行紫外光或可见光下的光催化氧化工艺；最后经第二级过滤模块过滤后由风机排放。

Description

石墨烯室内空气净化器

技术领域

本实用新型属于环境保护工程领域，涉及基于石墨烯复合材料的光催化技术，执行对室内空气中污染物的光催化氧化，具体为石墨烯室内空气净化器。

背景技术

一、室内空气污染主要来源

1、臭氧污染源

办公室、家居、医疗室及各类科研试验环境里的电视机、复印机、激光印刷、空调、吸尘器等电晕放电产生的臭氧，作为一种环境污染物必须处理。

2、甲醛、苯、甲苯及其它挥发性有机污染物（VOC_S）

室内空气中有来自附近工厂排放、汽车尾气；家装涂料及家具挥发产生甲醛、苯类挥发性有机污染物；化工医药实验室产生的挥发性有机污染物；食品加工厂、制药厂等车间因无组织排放逸散在车间内的挥发性有机污染物。

3、餐饮油烟及其致癌物

餐饮油烟成为第二大污染源，净化处理迫在眉睫。室内空气污染物中也有来自厨房油烟，尤其是，油烟中“致癌物”。

4、室内细菌病毒

室内空气的细菌、微生物污染来源十分广泛，包括长期使用空调带来的的细菌污染、宠物带来的的病菌污染、人们日常生活中产生的各种微生物等严重威胁人类身体健康。

二、我国《室内空气质量标准》对室内空气净化器污染防治技术提出了更高要求

在我国的空气净化器新国标中，明确规定了空气净化器的洁净空气量、累计净化量、能效等级及噪音标准。

针对室内空气污染特征（浓度、流量、物化性质复杂等），采用“吸附+低温氧化技术”能满足安全、节能及环保要求。新兴吸附材料的开发与新型催化剂的研发是室内空气净化技术的前提；复合净化处理技术方法是高效净化的根本保证。

发明内容

本实用新型针对室内空气的净化处理，采用最新的基于石墨烯复合材料的催化臭氧氧化技术及纳米二氧化钛光催化氧化技术，设计了一种石墨烯室内空气净化器。

石墨烯室内空气净化器，包括净化箱体和控制系统，净化箱体为上、下两端开口结构箱体，下端口内设置进风口，上端口内设置排风口。所述净化箱体内部由下至上依次设置第一级过滤模块、石墨烯基Mn型催化臭氧氧化模块、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块、第二级过滤模块、增压静音型排风机；所述净化箱体内壁由下至上设置有若干个安装槽，用于安装第一级过滤模块、石墨烯基Mn型催化臭氧氧化模块、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块、第二级过滤模块；所述增压静音型排风机安装在排风口内，与净化箱体内壁固定连接。

所述的第一级过滤模块和第二级过滤模块由医用级无纺布和镍基过滤网组成，采用医用级无纺布叠加镍基过滤网上。该结构对黏性介质具有良好的积聚和风化效果，并易于清除或更换。

所述的Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块模块组合为并排放置的185nm紫外灯和Mn型石墨烯基臭氧氧化剂板，将185nm波长紫外线产生的臭氧被含Mn型催化剂所吸附并在催化剂表面产生过氧化物物种O₂ ^*。这是净化处理有毒有害气体的关键物。

石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块为并排放置的365nm紫外灯和石墨烯纳米二氧化钛催化氧化剂板，以365nm紫外光与自然光（太阳光或灯光）为复合光源，借助于石墨烯催化载体的有效吸附性和高效光催化特性执行高效催化氧化。氧化过程高效、彻底，无二次污染物产生。

所述的控制系统包括ECU控制模块和控制面板，ECU控制模块通过电路连接185nm紫外灯、365nm紫外灯和增压型排风机的电源电路，进行开关控制；控制面板设置在净化箱体外表面，包括控制按钮和显示器，与ECU控制模块连接，通过控制按钮输入控制信号，通过显示器显示运行状态。

所述净化箱体设置安装槽的箱体侧壁上设置有可开关的箱门，开启后可方便的更换安装槽内的模块。

所述净化箱体进风口位置的侧壁上设置有若干进气孔；排风口顶部设置顶盖，顶盖上设置若干排气孔。

所述净化箱体底部设置有滚轮。

石墨烯基催化臭氧氧化催化剂

1、理论依据

Golodet G l最早提出臭氧在气相中的催化分解机理，推导出臭氧分解过程。Rakesh Radha Krishnan等运用原位拉曼光谱技术进行了臭氧分解动力学研究。NaydenovA等以MnO₂为催化剂研究臭氧催化氧化苯的反应动力学。

臭氧在金属氧化物表面上的分解机理一直到1998年得到确证：O₃在MnO_X催化剂上分解所产生的中间体为过氧化物种O₂ ^*，由此推断出臭氧分解的过程。该反应过程包括臭氧分解和有机物氧化，其核心是：催化分解臭氧产生的过氧化物种才是分解苯和环己烷的有效氧化剂。

2、制备成型

选择氧化锰作为催化剂活性物质，常温常压下通过浸渍法、低温煅烧后制备了Graphene/MnO_X催化剂。

测试结果证明：单级催化剂载体执行89%的臭氧分解率和83%的有机物氧化效率。

石墨烯基复合光催化剂

1、理论基础：

石墨烯，除了拥有大的比表面积、高化学稳定性和较好的吸附性能等诸多优点外，还具有更为优异的电学性质和完整的二维平面结构，使得其具有性能更为优异的载体材料和电子/或空穴传递的多功能材料。将石墨烯引入到光催化反应体系并将其与半导体光催化剂复合，可实现两种材料在特点及优点上的相互协同，获得意想不到的效果。

2、制备成型

以钛酸丁酯为钛源，石墨烯为载体，通过浸渍、烘干、焙烧制得负载型Graphene/TiO₂光催化剂。

测试结果表明：石墨烯基材料在光催化降解污染物中活性明显优于纯半导体20%。

光催化杀菌

光催化杀菌是多种技术手段的复合作用过程。第一：真空紫外光185纳米波击穿空气产生臭氧在254纳米波的协同下具有较强的杀菌能力，且富余臭氧被Mn型臭氧氧化催化剂吸附并转化为过氧化物种同起杀菌作用；第二：254nm紫外光波能电离空气形成负离子同样起到抑制细菌的作用；第三：光照TiO₂表面产生强氧化性的活性基团，通过直接或间接的方式与细菌细胞结合，对微生物具有抑制或杀灭作用。更因为石墨烯能够有效增强半导体在紫外光和可见光作用下的催化效果，因此石墨烯基/氧化石墨烯基复合材料的杀菌效果领域有明显提升。典型实验显示： Graphene/TiO₂薄膜在太阳光照射下能够消灭99.9%的大肠杆菌，相对纯TiO₂薄膜而言，Graphene/TiO₂薄膜的抗菌活性有显著提高，并且，在光灭活细菌后，石墨烯片层依然是稳定的。

石墨烯空气净化器其净化流程：有毒有害气体首先进入第一级过滤模块执行过滤处理，然后进入Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块执行深紫外光下的催化臭氧氧化工艺；再经石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块执行紫外光或可见光下的光催化氧化工艺；最后经第二级过滤模块过滤后由风机排放。整个过程由ECU控制模块控制其运行状态。

实际检测结果表明：开机一小时后，总抗菌率达99%以上。

石墨烯空气净化器，基于石墨烯基复合材料作为吸附及催化载体，具有深紫外+可见光复合光催化效能，能高效吸附+净化处理，包括室内家电产生的臭氧、室内装饰涂料及家具产生的甲醛类挥发性有机物、厨房油烟的致癌物、病毒性细菌等，总去除效率大于90%。同时，石墨烯空气净化器具有产生生态级（小粒径）负离子功能。适用于家庭、化工（医药）实验室、医院病房（治疗室）、学校教室及工厂车间的空气净化。

附图说明

图1为净化箱体结构示意图；

图2为净化箱体剖视图；

图3为第一级过滤模块、第二级过滤模块结构示意图；

图4为控制系统电器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和说明书附图对本实用新型作进一步说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例：石墨烯室内空气净化器，由净化箱体8和电器的控制系统构成。如图1、图2所示，净化箱体8为上、下两端开口结构箱体，下端口内设置进风口81，上端口内设置排风口82，净化箱体8内部设置有若干安装槽83，箱体侧壁上设置有可开关的箱门84，底部设置有用于移动的滚轮86。进风口81位于净化箱体8的箱体底部，进风口81位置的箱体侧壁上设置有若干进气孔85，与进风口81连通。排风口82顶部设置顶盖9，顶盖上设置若干排气孔91。进风口81和排风口82均采用渐缩进结构设计。

如图2所示，净化箱体8内部由下至上依次设置第一级过滤模块1、Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块2、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块3、第二过滤模块4、增压型排风机5。第一级过滤模块1、石墨烯基Mn型催化臭氧氧化模块2、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块3、第二过滤模块4分别插在内壁的各个安装槽83中，增压型排风机5安装在排风口82内，与净化箱体8内壁固定连接，采用静音型，噪声低于43db。净化箱体8进风口81位置的侧壁上设置有若干进气孔85；排风口82顶部设置顶盖9，顶盖上设置若干排气孔91。净化箱体8底部设置有滚轮86，方便移动。

如图3所示，第一级过滤模块1和第二级过滤模块4由医用级无纺布11和镍基过滤网12组成，采用医用级无纺布叠加镍基过滤网上。该结构对黏性介质具有良好的积聚和风化效果，并易于清除或更换。

Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块2模块组合为并排安装的185nm紫外灯21和Mn型石墨烯基臭氧氧化板22，Mn型石墨烯基臭氧氧化板为石墨烯复合MnO_x材料制成板式形状。该模块的作用是：185nm波长紫外线产生的臭氧被含Mn型催化剂所吸附并在催化剂表面产生过氧化物物种O₂ ^*，执行催化臭氧氧化处理工艺。185nm紫外灯21位于Mn型石墨烯基臭氧氧化板22下方适当位置上，且同时安装在净化箱体8内部的安装槽内。

石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块3为并排安装的365nm紫外灯31和石墨烯纳米二氧化钛催化氧化板32。催化板为石墨烯复合纳米二氧化钛成型制作的板式结构。以365nm紫外光与自然光（太阳光或灯光）为复合光源，借助于石墨烯催化载体的有效吸附性和高效光催化特性执行高效催化氧化，氧化过程高效、彻底，无二次污染物产生。365nm紫外灯31位于石墨烯纳米二氧化钛催化氧化板32下方适当位置，同时安装在净化箱体8内部的安装槽内。

如图1、4所示，控制系统包括电源、ECU控制模块和控制面板，ECU控制模块通过开关控制电路连接185nm紫外灯21、365nm紫外灯31和增压型排风机5的电源电路，进行开关控制；控制面板设置在净化箱体8外表面，包括控制按钮87和显示器88，与ECU控制模块连接，通过控制按钮输入控制信号，ECU控制模块接收到输入的控制信号，通过开关控制电路控制内部各模块电源的通断，开启/关闭净化器及应急控制保护，并通过显示器显示净化器的运行状态。

上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所提示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要所涵盖。

Claims (8)

1.石墨烯室内空气净化器，其特征在于，包括净化箱体（8）和控制系统，净化箱体（8）为上、下两端开口结构箱体，下端口内设置进风口（81），上端口内设置排风口（82），所述净化箱体（8）内部由下至上依次设置第一级过滤模块（1）、Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块（2）、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块（3）、第二级过滤模块（4）、增压静音型排风机（5）；所述净化箱体（8）内壁由下至上设置有若干个安装槽（83），用于安装第一级过滤模块（1）、Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块（2）、石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块（3）、第二级过滤模块（4）；所述增压静音型排风机（5）安装在排风口（82）内，与净化箱体（8）内壁固定连接。

2.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述的第一级过滤模块（1）和第二级过滤模块（4）由医用级无纺布叠加镍基过滤网组成。

3.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述的Mn型石墨烯基催化臭氧氧化模块（2）组成为并排放置的185nm紫外灯（21）和Mn型石墨烯基臭氧氧化剂板（22）。

4.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，石墨烯基纳米二氧化钛催化氧化模块（3）组成为并排放置的365nm紫外灯（31）和石墨烯纳米二氧化钛催化氧化板（32）。

5.根据权利要求3或4所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述的控制系统包括ECU控制模块和控制面板，ECU控制模块通过电路连接185nm紫外灯（21）、365nm紫外灯（31）和增压静音型排风机（5）的电源电路，进行开关控制；控制面板设置在净化箱体（8）外表面，包括控制按钮和显示器与ECU控制模块连接，通过控制按钮输入控制信号，通过显示器显示运行状态，并自动执行断电保护与过载保护。

6.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述净化箱体（8）设置安装槽的箱体侧壁上设置有可开关的箱门（84）。

7.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述净化箱体（8）进风口（81）位置的侧壁上设置有若干进气孔（85）；排风口（82）顶部设置顶盖（9），顶盖上设置若干排气孔（91）。

8.根据权利要求1所述的石墨烯室内空气净化器，其特征在于，所述净化箱体（8）底部设置有滚轮（86）。

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