PL74202Y1 - Filtr fotokatalityczny - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest filtr (1) fotokatalityczny mający postać plisowanej siatki pokrytej warstwą dwutlenku tytanu oraz wyposażony w źródło światła ultrafioletowego, w którego strumieniu jest umieszczona siatka filtra (1). Siatka filtra (1) ma oczka o małej powierzchni 0,5 mm i jest ułożona koncentrycznie w kształcie walca z plisami, wzdłuż tego walca. Powierzchnia siatki pokryta jest warstwą kompozytu. Na warstwę kompozytu nałożona jest warstwa krzemionki. Dwutlenek tytanu jest we wspomnianym kompozycie w postaci krystalicznej anatazy. Warstwa kompozytu na siatce zawiera domieszkę niklu albo srebra albo miedzi albo azotu.

Description

Opis wzoru Przedmiotem wzoru jest filtr fotokatalityczny, przeznaczony do wykorzystania w oczyszczaczu powietrza, zwlaszcza w pomieszczeniach powszechnego uzytku, takich jak mieszkania, biura, gabinety. Obecnie, gdy stalemu pogorszeniu ulega stan srodowiska, wzrasta poziom zanieczyszczen i smogu oraz zwieksza sie ryzyko infekcji wirusowych lub bakteryjnych. Coraz czesciej, w celu zapew- nienia zdrowego powietrza, w pomieszczeniach, w których przebywaja ludzie, stosowane sa urzadzenia oczyszczajace do usuwania alergenów, kurzu, bakterii, plesni i pylów zawieszonych – smogu. W urzadzeniu do oczyszczania powietrza, duze znaczenie ma mozliwosc jego cichej pracy pod- czas jego uzytkowania, która nie powinna przekraczac 25 dB oraz wydajnosc oczyszczacza, która sta- nowi przeplyw powietrza przez urzadzenie, który jest mierzony w m 3 /h. Wazny jest równiez wspólczyn- nik oczyszczania, czyli to, ile razy w ciagu godziny urzadzenie moze przefiltrowac powietrze w danym pomieszczeniu pracujac na najwyzszych obrotach. Najbardziej optymalna wartosc wspólczynnika oczyszczania wynosi 3, co oznacza, ze w ciagu jednej godziny, urzadzenie przefiltruje powietrze w po- mieszczeniu trzykrotnie. W znanych urzadzeniach do oczyszczania powietrza, jako glówna technologie stosuje sie filtracje mechaniczna, która polega na przepuszczaniu powietrza przez róznego rodzaju filtry zatrzymujace za- nieczyszczanie na sitach o róznej wielkosci oczek. Najpowszechniej stosowane sa do tego celu filtry EPA oraz HEPA, które zatrzymuja czasteczki wieksze od 0,3 -m. Drobniejsze czasteczki, o wielkosci 0,12 -m, zatrzymywane sa na filtrach ULPA, natomiast czasteczki gazów lub wirusów, które posiadaja mniejsze wymiary, nie sa zatrzymywane przez tego rodzaju filtry. Wada tych znanych filtrów jest równiez ich zatykanie i koniecznosc ich czestej wymiany, zas koszty filtrów sa bardzo wysokie, tym wyzsze im drobniejsze czastki one zatrzymuja. Wada znanych urzadzen do oczyszczania powietrza jest równiez brak mozliwosci lub mala mozliwosc zatrzymywania bakterii i wirusów. Z opisu patentowego US6761859B1 znane jest urzadzenie do oczyszczania powietrza, które zawiera fotokatalizator do oczyszczania powietrza po naswietleniu swiatlem, lampe do oswietlania pierwszego czlonu nosnego fotokatalizatora oraz czlon odbiorczy. W tym znanym urzadzeniu do oczyszczania powietrza powietrze z pomieszczenia zasysane przez kratke ssaca przeplywa do tylu i jest oczyszczane przez filtr wstepny, sekcje jonizacyjna, filtr rolkowy oraz czlony nosne fotokataliza- tora podczas przeplywu. Oczyszczone powietrze jest wydmuchiwane z zaluzji umieszczonej nad gór- nym korpusem filtra powietrza, przez wentylator powietrza, po przejsciu przez otwór. Z publikacji opisu zgloszeniowego wynalazku US2008286163A1 znany jest filtr fotokatalityczny majacy postac plisowanej siatki, który charakteryzuje sie tym, ze powierzchnia siatki pokryta jest war- stwa dwutlenku tytanu, a ponadto siatka filtra jest umieszczona w strumieniu swiatla ultrafioletowego. Ponadto w publikacji opisu zgloszeniowego US2011142725 ujawniono filtr fotokatalityczny, w któ- rym zastosowano koncentryczne ulozenie podloza z fotokatalizatorem, a dodatkowo to podloze z kata- lizatorem jest plisowane i oprócz warstwy dwutlenku tytanu, moze dodatkowo miec warstwe krzemionki. Z kolei z publikacji opisu patentowego US6074748A znany jest filtr majacy funkcje fotokatali- tyczna i wystarczajaco napromieniowany promieniami ultrafioletowymi. We filtrze jest utworzona foto- katalityczna warstwa funkcjonalna. W publikacji zgloszenia wynalazku WO2007026387A2 ujawniono filtry fotokatalityczne do oczysz- czania powietrza, w tym filtry na nosniku o ksztalcie siatkowym, pokryte dwutlenkiem tytanu, który mozna aktywowac za pomoca zródla swiatla UVA i który moze byc w postaci anatazu w polaczeniu ze srebrem, miedzia lub ich pochodnymi. Filtry fotokatalityczne moga równiez zawierac krzemionke. Celem wzoru uzytkowego jest opracowanie nowego filtra fotokatalitycznego, który umozliwi usu- wanie zanieczyszczen o malych rozmiarach czastek, takich jak zwlaszcza wirusy lub bakterie. Filtr fotokatalityczny majacy postac plisowanej siatki pokrytej warstwa dwutlenku tytanu oraz wy- posazony w zródlo swiatla ultrafioletowego, w którego strumieniu jest umieszczona siatka filtra, wedlug wzoru charakteryzuje sie tym, ze siatka filtra ma oczka o wielkosci 0,5 mm i jest ulozona koncentrycznie w ksztalcie walca z plisami wzdluz tego walca, a powierzchnia siatki pokryta jest warstwa kompozytu, na która to warstwe nalozona jest warstwa krzemionki, przy czym dwutlenek tytanu jest we wspomnia- nym kompozycie w postaci krystalicznej anatazy, a ponadto warstwa kompozytu na siatce zawiera do- mieszke niklu albo srebra albo miedzi albo azotu. Nowy filtr fotokatalityczny umozliwia przeprowadzenie fotokatalitycznego utleniania zanieczysz- czan organicznych i dezaktywacje oraz usuwanie z powietrza mikroorganizmów, zarodników plesni,3 bakterii, wirusów. Ten nowy filtr fotokatalityczny, wedlug wzoru, pozwala na prowadzenie procesu foto- katalitycznej degradacji, który w lagodnych warunkach prowadzenia reakcji pozwala na calkowite usu- wanie zanieczyszczen, a jednoczesnie dzieki temu, ze nie wymaga on wymiany, pozwala na obnizenie kosztów procesu oczyszczania oraz wplywa na obnizenie kosztów eksploatacji urzadzenia do oczysz- czania powietrza, w którym jest zamontowany. Przedmiot wzoru uzytkowego zostal przedstawiony na rysunku, na którym fig. 1 – przedstawia urzadzenie do oczyszczania powietrza z zainstalowanym w nim filtrem fotokatalitycznym w przekroju wzdluznym w widoku z boku, natomiast fig. 2 – to samo urzadzenie w przekroju wzdluznym w widoku z boku, przodu i góry. Filtr 1 fotokatalityczny, wedlug wzoru uzytkowego jest osadzony w urzadzeniu 2 do oczyszczania powietrza i ma postac plisowanej siatki pokrytej warstwa dwutlenku tytanu oraz jest wyposazony w zró- dlo swiatla ultrafioletowego, przypisanego do filtra 1, w którego strumieniu jest umieszczona siatka filtra 1. Siatka ma oczka o wielkosci 0,5 mm i jest ulozona koncentrycznie w ksztalcie walca z plisami wzdluz tego walca. Powierzchnia siatki pokryta jest warstwa kompozytu oraz warstwa krzemionki, przy czym powierzchnia siatki pokryta jest warstwa kompozytu TiO2/Ni zawierajacego dwutlenek tytanu oraz domieszke niklu oraz pokryta jest ona warstwa krzemionki. Dwutlenek tytanu jest w postaci krystalicz- nej anatazy. Filtr 1 fotokatalityczny, wedlug wzoru uzytkowego, jest wytwarzany w ten sposób, ze na siatke, poprzez magnetronowe rozpylanie jonowe nanosi sie warstwe kompozytu, która zawiera dwutlenek ty- tanu TiO2, a nastepnie na te siatke nanosi sie warstwe krzemionki poprzez polimeryzacje plazmowa w atmosferze tlenu z heksametylodisiloksanem – HMDSO jako substratem procesowym. Oczyszczanie powietrza, z wykorzystaniem tego nowego filtra 1 fotokatalitycznego jest prowa- dzone podczas reakcji fotokatalizy, która przebiega przez absorpcje swiatla przez, umieszczona na nim, warstwe kompozytu – fotokatalizatora. W pierwszym etapie nastepuje absorpcja promieniowania emi- towanego przez promienniki diodowe z diodami emitujacymi swiatlo ultrafioletowe. Elektroniczna struk- tura pasmowa materialu fotokatalitycznego jakim jest kompozyt zawierajacy dwutlenek tytanu, sklada sie z pasma walencyjnego wypelnionego elektronami i pustego pasma przewodzenia, które sa oddzie- lone szczelina pasmowa, stanowiaca bariere energetyczna dla elektronów. Podczas promieniowania swietlnego, gdy pólprzewodnik pochlania energie fotonów o wystarczajacej energii, elektrony w pasmie walencyjnym mostkuja bariere energetyczna i sa pobudzane do pasma przewodzenia, pozostawiajac za soba równa liczbe dziur w pasmie walencyjnym. Oba te nosniki ladunku staja sie nastepnie dostepne do rozproszenia na powierzchni fotokatalizatora, gdzie reaguja. Zachodza reakcje redoks: elektrony e - reaguja z akceptorami elektronów, zwlaszcza z O2, tworzac reaktywne formy tlenu takie jak rodnik tle- nowy lub nadtlenek wodoru, a dziury h + reaguja z dawcami elektronów, zwlaszcza z H2O, przez utlenia- nie tworzac silnie utleniajace rodniki hydroksylowe. Dla procesu oczyszczania szczególne znaczenia maja pary elektronowe e - oraz dziury elektronowe h + . Czasteczki wody, zaabsorbowane przez krze- mionke, która umieszczona jest na powierzchni filtra 1 fotokatalitycznego ulegaja dysocjacji, zas jony wodorotlenowe OH - , pod wplywem dziury elektronowej h + , zostaja przeksztalcone w rodniki wodorotle- nowe OH -, które posiadaja wysoki potencjal utleniajacy, przez co sa one bardzo aktywne. Na skutek dzialania tych rodników hydroksylowych, nastepuje rozklad zanieczyszczen organicznych, którego pro- duktami sa dwutlenek wegla i woda. Utleniajaca aktywnosc fotokatalizatora, a tym samym sprawnosc filtra 1 fotokatalitycznego, zalezy od obecnosci wody na jego powierzchni. PL