CN2573063Y - 纳米材料光催化降解空气净化器 - Google Patents

纳米材料光催化降解空气净化器 Download PDF

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陶冶
杜轶
程林
薛道奇
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Beihang University
Beijing University of Aeronautics and Astronautics
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Beihang University
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Abstract

本实用新型公开了一种纳米材料光催化降解空气净化器，包括壳体、风扇、过滤装置、紫外灯，还包括降解装置，降解装置由涂有催化剂涂层的两个三维陶瓷光催化过滤筛、涂有催化剂涂层的光催化网；壳体与光催化网之间安装有粗过滤网、静电除尘器和细过滤网。本产品具有光催化降解有机污染气体，除臭、杀菌，清除污染微粒功能。更由于采用三维陶瓷过滤筛，增加了光催化剂载体的表面积并形成紊流，使待净化的空气与催化剂接触几率提高，从而提高空气净化效果。

Description

纳米材料光催化降解空气净化器
技术领域
本实用新型涉及一种空气净化装置，更特别的是指一种纳米材料光催化降解空气净化器。
背景技术
现代家居环境中的空气污染已成为一个不可忽视的问题。建筑和装饰材料中散发的有毒和污染气体，如被称为家装杀手的甲醛，甲苯和氨等会对人的健康造成严重伤害。室内的有毒污染气体的净化对人的健康意义重大。由于建筑和装饰材料中所含甲醛等有毒物质自然挥发完的周期非常长(最长可达15年)，新装修的房子仅靠几个月的通风不能解决问题。采用有效的空气净化装置，大幅度降低室内的有毒污染气体是一个很好的解决办法。
传统的空气净化器主要是采用过滤和吸附系统清除空气中的污染粒子以达到净化目的，但上述方法对于在人居室内环境中存在的纯气态的有机污染物甲醛，甲苯和氨等净化效果较差。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种结构简单、操作方便的空气净化器，基于光催化降解原理，利用纳米材料的光催化效应将室内的常见的有机污染气体，如甲醛、甲苯和氨等分解为无毒的二氧化碳(CO2)和水蒸气，达到净化室内空气的目的。
为了达到上述目的，本实用新型的纳米材料光催化降解空气净化器，包括壳体、风扇、过滤装置、紫外灯，还包括降解装置，降解装置由涂有催化剂涂层的上下两个三维陶瓷光催化过滤筛和光催化网构成，上三维陶瓷光催化过滤筛和下三维陶瓷光催化过滤筛之间安装有挡板；所述的壳体与光催化网之间安装有粗过滤网、静电除尘器和细过滤网，粗过滤网与细过滤网之间是静电除尘器；所述的风扇安装在风扇支架上，风扇支架同壳体固定，紫外灯安装在壳体的上顶部，壳体的外部上设有通气孔、调节钮、指示灯和电源开关。
所述的空气净化器，其纳米光催化剂涂层中的催化剂颗粒的尺寸小于30纳米。
所述的空气净化器，其风扇固定安装的位置由出气的方向来确定。
所述的空气净化器，其静电除尘器中阳极电压为1000～3000伏。
所述的空气净化器，其细过滤网由导电无纺布制作成。
本实用新型的优点是：它的光催化剂载体包括了光催化网、两个三维陶瓷光催化过滤筛，增大了气流接触催化剂的面积和几率；三维陶瓷光催化过滤筛是具有三维空间网络结构和微观多孔表面的陶瓷过滤筛，其透气率为60～80％，与过去常用的多孔陶瓷板相比三维陶瓷过滤筛具有催化剂表面积极大增加，陶瓷过滤筛的三维空间网络结构使待净化空气流变为紊流，与催化剂表面碰撞和接触几率大大增加，可以大幅度提高光催化降解效率。
附图说明
图1是本实用新型的净化器内部结构示意图。
图2是本实用新型净化器的外壳正面结构示意图。
图中：1.壳体    2.进气口    3.粗过滤网    4.静电除尘器5.挡板    6.风扇支架    7.电器控制部分    8.出气口    9.细过滤网    10.光催化网    11.紫外灯    12.上三维陶瓷光催化过滤筛    13.下三维陶瓷光催化过滤筛    14.风扇    15.支柱16.底座  17.进气通孔  18.调节钮    19.指示灯  20.电源开关
具体实施例
下面将结合附图对本实用新型作进一步的详细说明。
本实用新型的纳米材料光催化降解空气净化器，包括壳体1、风扇14、过滤装置、紫外灯11、降解装置，降解装置由涂有催化剂涂层的上下两个三维陶瓷光催化过滤筛12、13和光催化网10构成，上三维陶瓷光催化过滤筛12和下三维陶瓷光催化过滤筛13之间安装有挡板(5)，挡板5同壳体1密封固定，阻止未经降解装置处理过的空气进入出气腔内。壳体1与光催化网10之间安装有粗过滤网3、静电除尘器4和细过滤网9形成过滤装置，粗过滤网3与细过滤网9之间是静电除尘器4。风扇14安装在风扇支架6上，风扇支架6固定在壳体1内距出气口8有一定距离处。紫外灯11安装在壳体1的上顶部，壳体1的外部上设有通气孔17、调节钮18、指示灯19和电源开关20。
更进一步的，风扇14固定安装的位置由出气口8的方向来确定，如果出气口8设置在壳体1的上部，则风扇14可固定安装在壳体1内的上部，形成的气流就向上。
打开电源开关20，风扇14和紫外灯11导通电源，指示灯19点亮，在风扇14转动形成气流的状况下，外部待净化的气体由通孔17被吸入净化器内。经过粗过滤网3、静电除尘器4和无纺布细过滤网9将空气中的微尘颗粒先进行初级过滤掉，气流进入光催化区域；气流经光催化网10和上下三维陶瓷过滤筛12、13，最后从出气口8排出经降解的空气。
光催化网10和两个三维陶瓷光催化过滤筛12、13表面涂有光催化剂，光催化剂主要由含二氧化钛、氧化锌等纳米颗粒的涂层构成；气流通过光催化剂区域过程中，光催化剂在紫外灯11的激发下，与气流中的有机污染气体发生光催化降解反应，使有机污染气体分解为无毒的二氧化碳和水蒸气。为了增强光源，加大光催化速度，也可以安装两个紫外灯11。
本空气净化器采用了用特殊烧结工艺制成的光催化剂载体——具有宏观三维空间网络结构和微观多孔表面的陶瓷光催化过滤筛(简称三维陶瓷过滤筛)，其透气率为60～80％。与过去常用的多孔陶瓷板相比三维陶瓷光催化过滤筛具有催化剂表面积极大增加的优点，陶瓷过滤筛的三维空间网络结构使待净化空气流变为紊流，与催化剂表面碰撞和接触几率大大增加，可以大幅度提高光催化降解效率。
在实验中，发明人利用自制的净化器样机，开机后，进行有机污染气体降解，先将含甲醛的污染气体通入净化器，在净化器出口处收集排出气体，然后用分光光度法检测有机污染气体的含量。经过反复检测结果证实，对甲醛的一次通过分解率超过96％，对氨气的一次通过分解率超过80％。
空气净化气的基本工作原理如下：外部空气在旋转的风扇的作用下进入空气净化器，外部空气中所含的微颗粒型污染物在过滤系统和吸附系统的被过滤和吸附消除，纯气态的有机污染物在通过涂有纳米TiO2光催化剂的滤网时，发生光催化分解反应，被分解为无毒的CO2和水蒸气。
光催化降解原理：TiO2的禁带宽度为3.2eV(锐钛型)，在波长小于400nm的光照射下，价带电子被激发到导带形成空穴——电子对。电子与空穴发生分离，迁移到粒子表面的不同位置。热力学理论表明，分布在表面的空穴h+可以将吸附在TiO2表面的OH-和H2O分子氧化成OH·自由基。OH·自由基的氧化能力是水体中存在的氧化剂中最强的，能氧化大部分的有机污染物及部分无机污染物，将其最终降解为CO2、H2O等无害物质，而且OH·自由基对反应物几乎无选择性，因而在光催化氧化中起着决定性的作用。

Claims (10)

1、一种纳米材料光催化降解空气净化器，包括壳体、风扇、过滤装置、紫外灯，其特征在于：还包括降解装置，降解装置由涂有纳米光催化剂涂层的上下两个三维陶瓷光催化过滤筛(12)、(13)和涂有纳米光催化剂涂层的光催化网(10)构成，上三维陶瓷光催化过滤筛(12)和下三维陶瓷光催化过滤筛(13)之间安装有挡板(5)；所述的壳体(1)与光催化网(10)之间安装有粗过滤网(3)、静电除尘器(4)和细过滤网(9)，粗过滤网(3)与细过滤网(9)之间是静电除尘器(4)；所述的风扇(14)安装在风扇支架(6)上，风扇支架(6)同壳体(1)固定，紫外灯(11)安装在壳体(1)的上顶部，壳体(1)的外部上设有通气孔(17)、调节钮(18)、指示灯(19)和电源开关(20)。
2、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：挡板(5)同壳体(1)密封固定，阻止未经降解装置处理过的空气进入出气腔内。
3、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：纳米光催化剂为二氧化钛或氧化锌，催化剂颗粒的尺寸小于30纳米。
4、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：风扇(14)固定安装的位置由出气口(8)的方向来确定。
5、根据权利要求1、4所述的空气净化器，其特征在于：风扇(14)也可固定安装在壳体(1)内的上部位置。
6、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：静电除尘器(4)中阳极电压为1000～3000伏。
7、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：细过滤网(9)由导电无纺布制作成。
8、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：光催化网(10)上也可以不涂有纳米光催化剂涂层。
9、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：紫外灯(11)上也可以涂有纳米光催化剂涂层。
10、根据权利要求1所述的空气净化器，其特征在于：壳体(1)内安装的紫外灯(11)最多只能是两个。
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