DE202007019288U1

DE202007019288U1 - System für Fluidreinigung

Info

Publication number: DE202007019288U1
Application number: DE200720019288
Authority: DE
Original assignee: Akos Advanced Technology Ltd
Current assignee: Akos Advanced Technology Ltd
Priority date: 2007-04-19
Filing date: 2007-04-19
Publication date: 2012-04-03
Anticipated expiration: 2017-04-20

Abstract

Katalytisches System zur Fluidreinigung, wobei das System umfasst: ein Gehäuse; mindestens einen Einlass und einen Auslass für Fluidverbindung; mindestens eine Photonenquelle; einen keramischen Kern; und ein Fluidströmungsgerät; wobei die Photonenquelle stromaufwärts von dem keramischen Kern angeordnet ist.

Description

Technisches Feld
Die Erfindung beschäftigt sich mit einem System für Fluidreinigung durch die Steigerung der Fluidstromgeschwindigkeit und der Effizienz. Im Besonderen betrifft die Erfindung Luftreinigungssysteme, welche einen Filterkern haben, die sich andauernd regenerieren und welche Zielmoleküle ständig entfernen.
Hintergrund der Erfindung
Normalerweise beinhaltet eine Luftreinigung den Gebrauch eines HEPA Filters, Ionisators oder Elektrofilters zur Entfernung von Partikeln und luftgebundenen Bakterien aus der Luft. Zur Reduzierung der Gasphasen-Schadstoffe können Absorptionsmittel einschließlich Aktivkohle und Molekularsiebe eingesetzt werden. Absorption ist nur wirksam in einem frühen Stadium und Effizienz wird allmählich wegen der möglichen Sättigung des Absorptionsmittels reduziert. Der Gebrauch von Absorptionsmitteln ist nicht umweltfreundlich, weil sie häufig ersetzt werden müssen und lediglich Gasphasen-Schadstoffen in Partikel-Phasen-Schadstoffe überführen.
Ozon-Generatoren können für die Oxidation von Gasphasen-Schadstoffen verwendet werden. Ozon von geringem Ozon-Inhalt, das durch die Ozon-Generatoren erzeugt wird, ist ineffektiv für Luftreinigung, während Ozon von hohem Ozon-Inhalt schädlich für den Menschen ist. Die atmosphärische Lebensdauer von bodennahem Ozon beträgt etwa 22 Tage. Um die Lebensdauer von Ozon zu reduzieren, wird Ozon oder ein Oxidationsreagenz mit einem Absorptionsmittel kombiniert. Das Absorptionsmittel fungiert als ein beschränktes Medium, in dem die Reaktion stattfinden kann.
CN 1625675A offenbart die Verwendung eines Oxidationsmittels und von Zeolith. Der Schadstoff durchläuft zunächst einen oxidierenden Generator vor dem Eintritt in ein Molekularsieb für Moleküle. Das Reinigungsverfahren ist ineffektiv, weil die Oxidation des Schadstoffs zu langsam ist in einem geschlossenen Raum wie die Nanoporen/Mikroporen von Zeolith und das Molekularsieb, auch wenn es eine aktive Stelle für eine Reaktion enthält. Dies liegt daran, dass, wenn das Reaktionsmittel in die Poren eintritt, es auf seinem niedrigsten Energieniveau ist. Mit anderen Worten, das Reaktionsmittel ist zu stabil, eine Reaktion zu starten und zu initiieren.
Darüber hinaus hat das Porenvolumen des Zeoliths und des Molekularsiebs eine konstante Größe in der gesamten Reaktion. Daher werden kleinere Massen von schädlichen Zwischenprodukten nicht weiter in der Pore gehalten und werden während der Reaktion in die Umwelt freigesetzt.
US 5.835.840 offenbart ein Verfahren der Luftreinigung mit photokatalytischer Oxidation auf einer Fläche von Titanoxid. Ein Katalysator wie Titandioxid ist auf einer Matrix oder auf der Oberfläche eines Kanals befestigt, so dass ultraviolettes Licht auf den Katalysator einfällt, wenn die Luft sich über ihn bewegt. Jedoch ist photokatalytische Oxidation eines Schadstoffes über einer Oberfläche zu langsam und bei hohem Luftstrom nicht realisierbar. Hoher Luftstrom kann mit Hilfe eines langen Luftkanals mit einer UV-Bestrahlung und durch Steuerung der Geschwindigkeit des Luftstroms erreicht werden. Das Systemdesign ist begrenzt, weil es direkte Bestrahlung durch das UV-Bestrahlungssystem auf die Oberfläche des Katalysators erfordert. Mit einem langen Luftkanal für die UV-Bestrahlung erhöht sich die Sperrigkeit des Systems und dies erlaubt keine kompakte Bauweise. Das System ist nicht in der Lage, stark schadstoffhaltige Gase zu verarbeiten.
Zusammenfassung der Erfindung
In einem ersten bevorzugten Aspekt ist vorgesehen ein katalytisches System zur Fluidreinigung, wobei das System umfasst:
mindestens eine Photonenquelle, um mindestens zwei Typen von Zielmolekülen in dem Fluid praktisch aufzuspalten, um kurzlebige Zwischenprodukte zu erzeugen; und
einen keramischen Kern, der mindestens einen Typ einer Mikropore enthält, um die kurzlebigen Zwischenprodukte für die Fortpflanzungsreaktionen und Abbruchreaktionen der kurzlebigen Zwischenprodukte zu absorbieren.
Die Mikropore kann eine Nanopore enthalten.
Ferner kann das System mindestens einen Generator für geladene Ionen zur Erzeugung geladener Ionen in dem Fluid umfassen, wobei der mindestens eine Generator für geladene Ionen in Richtung stromaufwärts von dem keramischen Kern positioniert ist.
Die erzeugten geladenen Ionen können einen spezifischen Raum besetzen und in der Lage sein, das Raumvolumen des keramischen Kerns zur gleichen Zeit zu ändern, wenn sie ausgetauscht werden gegen die geladenen Ionen, die sich vorher in den Mikroporen des keramischen Kerns befanden.
Der keramische Kern kann eine geladene Grundstruktur aufweisen und in der Ladung ausgeglichen sein, indem mindestens ein Kationentyp, mindestens ein Anionentyp oder eine Mischung aus Kation und Anion in den Mikroporen des keramischen Kerns enthalten sind.
Das Raumvolumen der Mikroporen kann im Wesentlichen zur gleichen Zeit geändert werden, damit die kurzlebigen Zwischenprodukte während der Fortpflanzungsreaktion und bis zur Abbruchreaktion aufgenommen werden.
Die Nanoporen des keramischen Kerns können in einer Kanalformation angeordnet werden, wobei die Kanalformation nach irgendeiner Formation aus der Gruppe ausgebildet ist, die aufweist: eine ein-, zwei- oder drei-dimensionale und aus der Kombination davon.
Der keramische Kern kann aus Materialien hergestellt werden, die irgendeines aus der Gruppe enthalten, aufweisend: Oxide, Nichtoxide oder die Zusammensetzung von Partikeln, die mit Oxiden und Nichtoxiden verstärkt sind, oder aus den Mischungen derselben.
All die Zielmoleküle können sich in einer homogenen Phase befinden.
Wenn das System in einem Luftreinigungssystem verwendet wird, soll mindestens eines der Zielmoleküle eine flüchtige organische Verbindung aus irgendeiner der funktionalen Gruppe sein, aufweisend: Alkane, Alkene, Alkine, Halogene, Aldehyde, Ketone, Carboxylsäure, Ether, Ester, Amine, Amide, Alkohole, zyklische Verbindungen, und die Mischungen daraus, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte photodissoziiert zu werden.
Die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte können irgendwelche sein aus der Gruppe, aufweisend: Carbokationen, Carboanionen und freien Radikalen.
Wenn das System in einem Luftreinigungssystem verwendet wird, kann mindestens eines der Zielmoleküle ein Oxidationsmittel sein, wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle zu kurzlebigen Zwischenprodukten mit einer Lebensspanne, die den reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukten vergleichbar ist, verändert zu werden.
Das Oxidationsmittel kann irgendeines aus der Gruppe sein, aufweisend: Sauerstoffmolekül, Ozonmolekül, und jedes Ozonanion einschließlich O₄, O₅, O₆, O₇, das durch Verfahren der Koronaentladung, des kalten Plasmas und der UV-Bestrahlung erzeugt worden ist, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in ein angeregtes Singulett-Sauerstoffatom und Sauerstoffmoleküle photodissoziiert zu werden.
Das Oxidationsmittel kann aus der umliegenden Umgebung sein, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in Hydroxylradikale photodissoziiert zu werden.
Die mindestens eine Photonenquelle elektromagnetische Wellen in einem Bereich von dem sichtbaren Licht bis hin zum Gebiet der Gammastrahlung und mit einer Wellenlänge von kleiner als 350 nm emittiert.
Ferner kann das System eine zweifach nutzbare Funktionsvorrichtung umfassen, um ein Oxidationsmittel als Teil der Zielmoleküle zu erzeugen und um elektromagnetische Wellen in einem Bereich von dem sichtbaren Licht bis hin zum Gebiet der Gammastrahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 350 nm zu emittieren.
Ferner kann das System eine elektronische Steuervorrichtung umfassen, um die Intensität der mindestens einen Photonenquelle, die Bewegungsgeschwindigkeit der Zielmoleküle und die Kapazität des mindestens einen Generators für geladene Ionen nach der Menge der Zielmoleküle, die behandelt werden sollen, intelligent zu steuern und/oder zu regeln.
Die Fluidreinigung umfasst:
ein praktisches Aufspalten von mindestens zwei Typen von Zielmolekülen in dem Fluid, um kurzlebige Zwischenprodukte zu erzeugen;
ein Aufnehmen der kurzlebigen Zwischenprodukte und
Ausführung der Fortpflanzungsreaktionen und Abbruchreaktionen der kurzlebigen Zwischenprodukte.
Die mindestens zwei Typen von Zielmolekülen sollen im Wesentlichen durch mindestens eine Photonenquelle aufgespaltet werden.
Die kurzlebigen Zwischenprodukte können in einem keramischen Kern mit mindestens einem Typ von Mikroporen empfangen werden.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen, indem die Reaktionsmittel in einem angeregten und instabilen Zustand sind, wenn sie in einem porösen Material eintreten.
Die vorliegende Erfindung verhindert auch das Austreten von schädlichen kurzlebigen Zwischenprodukten in die Umwelt durch Poren, die den Durchgang von großformatigen Zwischenprodukten verhindern. Da die meisten kurzlebigen Zwischenprodukte sehr reaktiv sind und sehr schnell zerfallen, wenn sie mit Molekülen in der Luft in Kontakt treten, sorgt die Beherbergung der kurzlebigen Zwischenprodukten innerhalb eines begrenzten Raumes dafür, dass die Reaktion durchgeführt ist und sich fortpflanzt, bis die einfachste nicht-reaktive Spezies gebildet werden.
Im Gegensatz zu einem herkömmlichen photokatalytischen System erfordert die vorliegende Erfindung nicht, dass die Photonenquelle die Oberfläche des katalytischen Kerns direkt bestrahlt wird. Die vorliegende Erfindung ermöglicht ein hohes Maß an Gestaltungsfreiheit für das System.
Da die Fortpflanzungsreaktionen innerhalb der Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns stattfinden, anstatt auf der Oberfläche des Katalysators durchgeführt zu werden, wird die Geschwindigkeit der Reaktion schneller. Die Erhöhung der Effektivität führt schließlich zu einer Verkleinerung des Systems, welche ermöglicht, dass die vorliegende Erfindung in kompakten Luftreinigungssystemen verwendet werden kann.
Kurze Beschreibung der Abbildungen
Beispiele der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die folgenden Abbildungen beschrieben:
ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung gemäß einer ersten Ausführungsform;
ist eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
zeigt eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung gemäß einer dritten Ausführungsform;
zeigt eine schematische Darstellung der vorliegenden Erfindung gemäß einer vierten Ausführungsform;
ist eine Darstellung des Funktionsprinzips der vorliegenden Erfindung;
ist eine bildliche Darstellung der Wechsel von Raumvolumina der Nanoporen/Mikroporen eines keramischen Kerns in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
ist eine bildliche Darstellung, die die Fortpflanzungsreaktion in einem Raumvolumen abwechselnd von Nanoporen/Mikroporen eines keramischen Kerns gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
zeigt ein Diagramm, vergleichend die Leistung der Entfernung von Schadstoffen (I) ohne Behandlung (II), ohne eine Photonenquelle (III) mit einem einzigen Porenkanal in dem keramischen Kern, und (IV) mit dreidimensionalen Porenkanäle in einem keramischen Kern in Übereinstimmung mit einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Abbildungen
Mit Bezug auf ist ein katalytisches System 10 zur Verbesserung der Fluidreinigung vorgesehen. Das System 10 umfasst im Allgemeinen: mindestens eine Photonenquelle 2 und einen keramischen Kern 5. Die Photonenquelle 2 spaltet mindestens zwei Typen von Zielmolekülen im Fluid in kurzlebige Zwischenprodukte im Wesentlichen auf. Der keramische Kern/Filter 5 enthält mindestens einen Typ von Mikropore zur Absorption von kurzlebigen Zwischenprodukten 114 für die Fortpflanzungsreaktionen und Abbruchreaktionen der kurzlebigen Zwischenprodukten 114, Die Abbruchreaktionen produzieren das einfachste nicht-reaktive Molekül im Vergleich zu den ursprünglichen Zielmolekülen und kurzlebigen Zwischenprodukten, und reinigen daher das Fluid.
Der keramische Kern 5 kann aus Materialien wie Oxiden, Nichtoxiden oder Zusammensetzungen von Partikeln, die mit Oxiden und Nichtoxiden, oder aus den Mischungen derselben verstärkt werden, hergestellt werden. Die Poren des keramischen Kerns 5 können auch aktive Stellen für die Beschleunigung der Fortpflanzungsreaktion beinhalten. Der Gebrauch von Oxidmaterialien begünstigt die Bildung von H-Brücken mit den hydrophilen Funktionsgruppen der kurzlebigen Zwischenprodukte und sorgt dafür, dass sie sicher in den Poren festhalten werden. Der Gebrauch von Nichtoxidmaterialien begünstigt die Anziehungskraft der hydrophoben Funktionsgruppe der kurzlebigen Zwischenprodukte.
Die Photonenquelle 2 emittiert elektromagnetische Wellen in einem Bereich von dem sichtbaren Licht bis hin zum Gebiet der Gammastrahlung, mit einer Wellenlänge von kleiner als 350 nm. Die ein Oxidationsmittel erzeugende Vorrichtung 4 erzeugt ein Oxidationsmittel wie Ozon oder Hydroxylradikale. Der Luftstrom 1 ist gezwungen, durch die Photonenquelle 2 und die das Oxidationsmittel erzeugende Vorrichtung 4 zu strömen. Das erzeugte Oxidationsmittel wird durch die Photonenquelle 2 bestrahlt, um die kurzlebigen Zwischenprodukte, reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte 113 und kurzlebige Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 zu erzeugen. Der Luftstrom 1 wird vermischt und durch den keramischen Kern 5 gezwungen, wo die kurzlebigen Zwischenprodukte für weitere Fortpflanzungsreaktion und Abbruchreaktion adsorbiert werden.
Wenn die Photonenquelle 2 eine kürzere Wellenlänge emittiert, ist die Intensität höher und effektiver bei der Erzeugung der kurzlebigen Zwischenprodukte. Der Abstand der Photonenquelle 2 und des keramischen Kerns 5 ist so, dass neu gebildete kurzlebige Zwischenprodukte in den Poren des keramischen Kerns 5, bevor sie in der Luft zerfallen, adsorbiert werden. Die Beziehung zwischen dem Abstand (D) der Photonenquelle 2 und dem keramischen Kern 5, die Intensität (I) und Wellenlänge (λ) in dem System 10 mit einer Systemkonstanten (C) wird nach folgender Gleichung bestimmt: D = C/(I × λ)
Mit Bezug auf , in einer anderen Ausführungsform, die effizienter ist, ist ein geladener Ionen-Generator 3 zur Erzeugung geladener Ionen vorgesehen. Geladene Ionen wie positiv geladene Kationen 111 und negativ geladene Anionen 112 werden durch den geladenen Ionen-Generator 3 erzeugt. Der geladene Ionen-Generator 3 ist stromaufwärts von der Photonenquelle 2 und der das Oxidationsmittel erzeugenden Vorrichtung 4 angeordnet. Der Luftstrom 1 ist gezwungen, durch den oder proximal des geladenen Ionen-Generators 3 zu strömen und dann durch die oder proximal der das Oxidationsmittel erzeugenden Vorrichtung 4 und der Photonenquelle 2. Die kurzlebigen Zwischenprodukte, reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte 113 und kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 werden dann generiert, wenn das Zielmolekül im Luftstrom 1 über der Photonenquelle 2 verläuft und bestrahlt wird. Der Luftstrom 1 mischt sich zusammen und zwängt sich durch den keramischen Kern 5, wo die kurzlebigen Zwischenprodukte für weitere Fortpflanzungsreaktion und Abbruchreaktion adsorbiert werden.
Das Porenvolumen des keramischen Kerns 5 kann gleichzeitig und ständig während der Fortpflanzungsreaktion verändert werden. Der geladene Ionen-Generator 3 bietet genügend Energie, die vergleichbar oder höher als die erste Ionisierungsenergie des Luftstroms 1 ist, um die Gase zu ionisieren und die geladenen Ionen zu erzeugen. Die Größe eines geladenen Ions kann durch einen Ionen-Zähler gemessen werden. Das durch den geladenen Ionen-Generator 3 erzeugte Kation und Anion werden in die Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns 5 gesaugt. Die geladenen Ionen besetzen einen bestimmten Raum und verändern das Raumvolumen der Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns 5 gleichzeitig durch den Austausch der Position mit dem Original-Kation und Original-Anion in den Nanoporen/Mikroporen.
Das Raumvolumen der Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns 5 ist in der Lage, verändert zu werden, damit die kurzlebigen Zwischenprodukte, die während der Fortpflanzungsreaktion gebildet sind, beherbergt werden können. Die kurzlebigen Zwischenprodukte sind innerhalb der Poren enthalten, bis sie in den kleinsten Größe von nicht-reaktiven Spezies aufgespaltet werden und sind daran gehindert, in die Umwelt freigelassen zu werden oder den Katalysator zu vergiften. Die Fortpflanzungsreaktion der Zwischenprodukte verläuft innerhalb der Poren, die raumweise beschränkt sind, und das Raumvolumen kann während des Prozesses der Fortpflanzungsreaktion verändert werden. Am Ende der Fortpflanzungsreaktion sind die nicht-reaktiven Moleküle gebildet, und sie verlassen die Poren des keramischen Kerns 5 für die nächste eingehende Fortpflanzungsreaktion. Indem das Porenvolumen zur gleichen Zeit und kontinuierlich während der Fortpflanzungsreaktion geändert werden kann, werden nicht-reaktive einfache Moleküle wie H₂O und CO₂ gebildet. Diese nicht-reaktiven Moleküle werden dann einfach kinetisch oder thermisch aus der Pore an die Umgebung abgegeben.
Mit Bezug auf , in einer anderen Ausführungsform ist der geladene Ionen-Generator 3 zur Erzeugung von Kationen 111 und Anionen 112 stromaufwärts von der Photonenquelle 2 und der Oxidationsmittel – erzeugenden Vorrichtung 4 angeordnet. Zunächst wird der Luftstrom 1 gezwungen, durch den geladenen Ionen-Generator 3 zu strömen. Als nächstes wird der Luftstrom 1 durch die Oxidationsmittel erzeugte Vorrichtung 4 gezwungen. Das Oxidationsmittel 115, das durch die Oxidationsmittel erzeugende Vorrichtung 4 erzeugt wird, wird dann durch die Photonenquelle 2 bestrahlt, die die kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 und die reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte 113 erzeugt. Als nächstes wird der Luftstrom 1 durch den keramischen Kern 5 gezwungen, wo die kurzlebigen Zwischenprodukte für weitere Fortpflanzungsreaktion und Abbruchreaktion absorbiert werden.
Mit Bezug auf , in einer anderen Ausführungsform ist eine Vorrichtung mit doppelter Funktion 6 vorgesehen. Die Vorrichtung mit doppelter Funktion 6 führt die Funktionen einer Photonenquelle und einer Oxidationsmittel erzeugenden Vorrichtung aus. Ein geladener Ionen-Generator 3 zur Erzeugung von Kationen 111 und Anionen 112 ist stromaufwärts von der Vorrichtung mit doppelter Funktion 6 gestellt. Zunächst wird der Luftstrom 1 gezwungen, durch den oder proximal des geladenen Ionen-Generators 3 zu strömen. Als nächstes wird der Luftstrom 1 durch die Vorrichtung mit doppelter Funktion 6 gezwungen, wo Oxidationsmittel 115 erzeugt ist. Das erzeugte Oxidationsmittel 115 wird durch die Photonenquelle der Vorrichtung mit doppelter Funktion 6 bestrahlt. Zur gleichen Zeit werden kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 und reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte 113 erzeugt. Der Luftstrom 1 wird dann durch einen keramischen Kern 5 gezwungen, wo die kurzlebigen Zwischenprodukte für weitere Fortpflanzungsreaktion und Abbruchreaktion absorbiert werden.
Mit Bezug auf ist eine Darstellung des Funktionsprinzips der Erfindung gezeigt, von links nach rechts. Zunächst werden das Oxidationsmittel 115 und die Schadstoff-Gasmoleküle 116 aufgespalten in reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte 113 und die kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 durch Bestrahlung durch die Photonenquelle 2. Einige stabile Nicht-Zielmoleküle 117 können in dieser Phase gebildet werden. Die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte 113 und die kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 werden dann gezwungen, in den keramischen Kern 5 einzutreten. Die stabilen Nicht-Zielmoleküle 117 werden nicht durch den keramischen Kern 5 absorbiert und werden an die Umgebung abgegeben. Im Inneren der Poren des keramischen Kerns 5 arrangieren sich die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte 113 und die kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114 selbst neu nach dem zur Verfügung stehenden Porenvolumen und werden auch einer Fortpflanzungsreaktion ausgesetzt. Kleinere kurzlebige Zwischenprodukte 17, 18 werden gebildet. Am Ende der Fortpflanzungsreaktion werden nur die einfachsten nicht-reaktive Spezies 19 gebildet und an die Umwelt freigesetzt 20.
Mit Bezug auf wird mit einem Diagramm die Änderung von Raumvolumina der Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns 5 in der Funktion gezeigt, wie die eingehenden Kationen 111 den spezifischen Raum einnehmen. Die Kationen 111 werden durch den geladenen Ionen-Generator 3 der und erzeugt, und sie treten in den keramischen Kern 5 ein. Vorzugsweise ist der keramische Kern 5 eine anionisch geladene Grundstruktur 23 und ist in der Ladung ausgeglichen durch einige spezifische Kationen 22, die den Raum besetzen. Zumindest einige Porenvolumina 24 werden durch den Austausch von Kationen 111 mit den Original-Kationen 22 in dem keramischen Kern 5 verändert. Alternativ ist der keramische Kern 5 eine geladene Grundstruktur und ist in der Ladung ausgeglichen durch mindestens einen Kationentyp, oder mindestens einen Anionentyp, oder eine Mischung von Kationen und Anionen und deren Nanoporen/Mikroporen. Die geladene Grundstruktur 23 ermöglicht die Anziehungskraft und Beherbergung von neutralen und entgegengesetzt geladenen Ionen, Zwischenprodukten und Fragmenten. Eine geladene Grundstruktur 23 ist vorzuziehen, weil eine ungeladene Grundstruktur keine besondere Affinität zu Zwischenprodukten und neutralen Fragmenten hat. In einem nachteiligen Sinne kann eine ungeladene Grundstruktur auch geladene Ionen, Zwischenprodukte und Fragmente opponieren.
Mit Bezug auf ist eine grafische Darstellung der Fortpflanzungsreaktion im Raumvolumen, abwechselnd Nanoporen/Mikroporen des keramischen Kerns 5, von oben nach unten, gezeigt. Die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte 113, kurzlebigen Zwischenprodukte des Oxidationsmittels 114, und die Original-Kationen, die den spezifischen Raum besetzen 22, sind in den Poren des keramischen Kerns 5 gehalten, dargestellt in den bis . Während der Fortpflanzungsreaktion sind kleinere kurzlebige Zwischenprodukte 17 gebildet. Eingehende Kationen 111, die den spezifischen Raum besetzen, wechseln Positionen mit den Original-Kationen 22 in der geladenen Grundstruktur 23. Die Veränderung des Raumvolumens ermöglicht eine bessere Aufnahme der kleineren kurzlebigen Zwischenprodukte 17. Wenn die nicht-reaktiven, stabilen Spezies gebildet sind (was am einfachsten ist in molekularen Strukturen 19), werden sie an die Umgebung kinetisch und thermisch abgegeben.
zeigt ein Diagramm der Unterschiede in der Leistung, vergleichend: (I) ohne Behandlung (II) ohne Photonenquelle 2, (III) mit einem einzigen Porenkanal in dem keramischen Kern 5 und (IV) mit einem dreidimensionalen Porenkanal im keramischen Kern 5. Der Vergleich wurde in einer kontrollierten Umgebung durchgeführt, in der verschiedene chemische Spezies, eine Mischung aus Xylen, Toulen, Dichlorethan, Aceton und Hexan und Ethylendiether wurden als Quellen der Schadstoffgase, d. h. als Quelle von Total Volatile Organic Compounds (TVOC) (totale flüchtige organische Verbindung], verwendet. Die Anordnung der Nanoporen/Mikroporen in Kanalstrukturen in dem keramischen Kern 5 sorgt dafür, dass die nicht-reaktiven Moleküle frei beweglich sind von einer Pore zur anderen, und ermöglicht den Molekülen, in die Umwelt zu ziehen, damit ihre Poren für die nächste Fortpflanzungsreaktion freigelegt sind. Der Gebrauch von einem keramischen Kern 5 mit einer größeren Dimension für Nanoporen/Mikroporenkanal ist vorzuziehen. Dadurch wird sichergestellt, dass selbst wenn eine der Dimensionen des Porenkanals während einer Fortpflanzungsreaktion blockiert ist, die anderen Dimensionen verfügbar für die Bewegung des nichtreaktiven Moleküls sind.
Kurve 35 zeigt, dass die TVOC-Niveaus unverändert geblieben sind, wenn keine Luftbehandlung einer der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung verwendet wurde. Wenn das System 10 als Luftreiniger ohne Photonenquelle verwendet wird, wird das TVOC-Niveau nur einigermaßen reduziert, wie durch die Kurve 37 dargestellt. Wenn Porenkanäle von eindimensionaler Natur in dem keramischen Kern statt einer von höheren Dimension verwendet werden, kann es länger dauern für die Schadstoffe, auf das niedrigste Niveau reduziert zu werden, wie durch die Kurve 38 dargestellt. Wenn jedoch Porenkanäle von dreidimensionaler Natur in dem keramischen Kern dienen, kann das TVOC-Niveau relativ schnell auf das Niedrigste reduziert werden, wie durch die Kurve 36 dargestellt.
Das katalytische System 10 kann in einer Vorrichtung zur Fluidreinigung eingebaut werden. Der Apparat besteht aus einem Gehäuse mit mindestens einem Einlass und einem Auslass für Fluidverbindung, mindestens einem Photonenbestrahlungsgerät, einem keramischen Kern, und einem Fluidströmungsgerät. Die Photonenbestrahlungsgeräte, der keramische Kern und das Fluidströmungsgerät sind im Inneren des Gehäuses installiert. Das Photonbestrahlungsgerät ist stromaufwärts von dem keramischen Kern gebaut.
Das Fluidströmungsgerät bewirkt, dass die Flüssigkeit von stromaufwärts nach stromabwärts fließt. Beim Betrieb dieser Vorrichtung werden mindestens zwei Typen von Zielmolekülen aufgespalten in kurzlebige Zwischenprodukte, separat durch das mindestens eine Bestrahlungsgerät. Die kurzlebigen Zwischenprodukte werden dann von dem keramischen Kern, der mindestens einen Typ von Nanoporen/Mikroporen umfasst, empfangen. Die Fortpflanzungsreaktionen und Abbruchreaktionen der kurzlebigen Zwischenprodukte werden in dem keramischen Kern verarbeitet.
Das katalytische System 10 kann mit jeder Luftbehandlungseinrichtung verwendet werden, wie z. B. einer Klimaanlage, einem Staubsauger, Lüftungsgerät, Luftbefeuchter, Luftentfeuchter, Heizgerät, Elektrofilter oder Partikelfilter. Das katalytische System 10 kann mit einem elektronischen Steuergerät für die intelligente Steuerung der Intensität der Photonenquelle, Bewegungsgeschwindigkeit der Zielmoleküle, und der Kapazität des geladenen Ionen-Generators nach der Menge der zu behandelnden Zielmolekülen integriert werden.
Luftreinigungssystem
Wenn das katalytische System 10 in einem Luftreinigungssystem verwendet wird, werden die Zielmoleküle in einer homogenen Phase sein, wie folgt; (a) mindestens eines der Zielmoleküle ist eine flüchtige organische Verbindung aus irgendeiner der funktionalen Gruppe, aufweisend: Alkane, Alkene, Alkine, Halogene, Aldehyde, Ketone, Carboxylsäure, Ether, Ester, Amine, Amide, Alkohole, zyklisch, oder die Mischungen daraus. Die Zielmoleküle sind in der Lage, unter Bestrahlung durch eine Photonenquelle in reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte photodissoziiert zu werden. Die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte können irgendwelche sein aus der Gruppe, aufweisend: Carbokationen, Carboanionen und freien Radikalen. (b) mindestens eines der Zielmoleküle ist ein Oxidationsmittel. Unter Bestrahlung durch eine Photonenquelle wird das Oxidationsmittel zu kurzlebigen Zwischenprodukten photodissoziiert mit einer Lebensspanne, die den reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukten vergleichbar ist. Die Reaktionen zwischen den kurzlebigen Zwischenprodukten des Oxidationsmittels und der reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte werden kinetisch günstig. Das Oxidationsmittel kann irgendeines aus der Gruppe sein, aufweisend: Sauerstoffmolekül, Ozonmolekül, und jedes Ozonanion einschließlich O₄, O₅, O₆, O₇, das durch Verfahren der Koronaentladung, des kalten Plasmas und der UV-Bestrahlung erzeugt worden ist. Unter Bestrahlung der Photonenquelle, werden die Zielmoleküle in ein angeregtes Singulett-Sauerstoffatom und Sauerstoffmoleküle photodissoziiert. Das angeregte Singulett-Sauerstoffatom ist ein kurzlebiges Zwischenprodukt und es ist viel reaktiver gegenüber dem ursprünglichen Tri-Atom Ozon-Moleküle oder Sauerstoffmolekül.
Das Oxidationsmittel kann Wassermoleküle aus der Umgebung sein bzw. aufweisen. Bei der Bestrahlung einer Photonenquelle werden die Zielmoleküle in Hydroxylradikale photodissoziiert. Die relative Luftfeuchtigkeit ist auf einem Niveau von mindestens 20% zur Erzeugung der Hydroxyl-Radikale zu halten.
Die vorliegenden Ausführungen sind in jeder Hinsicht beispielhaft und nicht einschränkend.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

CN 1625675 A [0004]
US 5835840 [0006]

Claims

Katalytisches System zur Fluidreinigung, wobei das System umfasst: ein Gehäuse; mindestens einen Einlass und einen Auslass für Fluidverbindung; mindestens eine Photonenquelle; einen keramischen Kern; und ein Fluidströmungsgerät; wobei die Photonenquelle stromaufwärts von dem keramischen Kern angeordnet ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Photonenquelle geeignet ist, um mindestens zwei Typen von Zielmolekülen in dem Fluid im Wesentlichem aufzuspalten, um kurzlebige Zwischenprodukte zu erzeugen.
System nach Anspruch 1, wobei der keramische Kern mindestens einen Typ einer Mikropore enthält, um die kurzlebigen Zwischenprodukte für die Fortpflanzungsreaktionen und Abbruchreaktionen der kurzlebigen Zwischenprodukte zu absorbieren.
System nach Anspruch 1, wobei die Photonenquelle so konfiguriert ist, dass mindestens zwei Typen von Zielmolekülen aufgespaltet werden, bevor diese in den keramischen Kern eintreten, in einem Maße, die es den kurzlebigen Zwischenprodukten erlaubt, in einem angeregten und instabilen Zustand zu bleiben, wenn sie in die Mikroporen des keramischen Kerns eintreten.
System nach Anspruch 1, wobei die Mikropore eine Nanopore enthalten kann.
System nach Anspruch 1, das ferner mindestens einen Generator für geladene Ionen zur Erzeugung geladener Ionen in dem Fluid umfasst, wobei der mindestens eine Generator für geladene Ionen in Richtung stromaufwärts von dem keramischen Kern positioniert ist.
System nach Anspruch 6, wobei die erzeugten geladenen Ionen einen spezifischen Raum besetzen und in der Lage sind, das Raumvolumen des keramischen Kerns zur gleichen Zeit zu ändern, wenn sie ausgetauscht werden gegen die geladenen Ionen, die sich vorher in den Mikroporen des keramischen Kerns befanden.
System nach Anspruch 1, wobei der keramische Kern eine geladene Grundstruktur aufweist und in der Ladung ausgeglichen ist, indem mindestens ein Kationentyp, mindestens ein Anionentyp oder eine Mischung aus Kation und Anion in den Mikroporen des keramischen Kerns enthalten sind.
System nach Anspruch 1, wobei das Raumvolumen der Mikroporen im Wesentlichen zur gleichen Zeit geändert wird, um die kurzlebigen Zwischenprodukte während der Fortpflanzungsreaktion und bis zur Abbruchreaktion aufzunehmen.
System nach Anspruch 5, wobei die Nanoporen des keramischen Kerns in einer Kanalformation angeordnet sind, wobei die Kanalformation nach irgendeiner Formation aus der Gruppe ausgebildet ist, die aufweist: ein-, zwei- oder drei-Dimensionale und aus der Kombination davon.
System nach Anspruch 1, wobei der keramische Kern aus Materialien hergestellt ist, die irgendeines aus der Gruppe enthalten aufweisend: Oxide, Nichtoxide oder die Zusammensetzung von Partikeln, die mit Oxiden und Nichtoxiden verstärkt sind, oder aus den Mischungen derselben.
System nach Anspruch 1, wobei alle Zielmoleküle sich in einer homogenen Phase befinden.
System nach Anspruch 1, wobei, wenn das System in einem Luftreinigungssystem verwendet wird, mindestens eines der Zielmoleküle eine flüchtige organische Verbindung aus irgendeiner der funktionalen Gruppe ist aufweisend: Alkane, Alkene, Alkine, Halogene, Aldehyde, Ketone, Carboxylsäure, Ether, Ester, Amine, Amide, Alkohole, cyclische Verbindungen, und die Mischungen daraus, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in reaktive Kohlenstoffzwischenprodukte photodissoziiert zu werden.
System nach Anspruch 13, wobei die reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukte irgendwelche sind aus der Gruppe aufweisend: Carbokationen, Carboanionen und freie Radikale.
System nach Anspruch 13 oder 14, wobei, wenn das System in einem Luftreinigungssystem verwendet wird, mindestens eines der Zielmoleküle ein Oxidationsmittel ist, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle zu kurzlebigen Zwischenprodukten mit einer Lebensspanne, die den reaktiven Kohlenstoffzwischenprodukten vergleichbar ist, verändert zu werden.
System nach Anspruch 15, wobei das Oxidationsmittel irgendeines aus der Gruppe ist aufweisend: Sauerstoffmolekül, Ozonmolekül, und jedes Ozonanion einschließlich O₄, O₅, O₈, O₇, das durch Verfahren der Koronaentladung, des kalten Plasmas und der UV-Bestrahlung erzeugt worden ist, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in ein angeregtes Singulett-Sauerstoffatom und Sauerstoffmoleküle photodissoziiert zu werden.
System nach Anspruch 15, wobei das Oxidationsmittel ein Wassermolekül aus der umliegenden Umgebung ist, und wobei die Zielmoleküle in der Lage sind, unter Bestrahlung durch die mindestens eine Photonenquelle in Hydroxylradikale photodissoziiert zu werden.
System nach Anspruch 1, wobei die mindestens eine Photonenquelle elektromagnetische Wellen in einem Bereich von dem sichtbaren Licht bis hin zum Gebiet der Gammastrahlung und mit einer Wellenlänge von kleiner als 350 nm emittiert.
System nach Anspruch 1, das ferner eine zweifach nutzbare Funktionsvorrichtung umfasst, um ein Oxidationsmittel als Teil der Zielmoleküle zu erzeugen und um elektromagnetische Wellen in einem Bereich von dem sichtbaren Licht bis hin zum Gebiet der Gammastrahlung mit einer Wellenlänge von kleiner als 350 nm zu emittieren.
System nach Anspruch 6, das ferner eine elektronische Steuervorrichtung umfassen, um die Intensität der mindestens einen Photonenquelle, die Bewegungsgeschwindigkeit der Zielmoleküle und die Kapazität des mindestens einen Generators für geladene Ionen nach der Menge der Zielmoleküle, die behandelt werden sollen, intelligent zu steuern und/oder zu regeln.