RU68353U1 - PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING - Google Patents

PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING Download PDF

Info

Publication number
RU68353U1
RU68353U1 RU2007120723/22U RU2007120723U RU68353U1 RU 68353 U1 RU68353 U1 RU 68353U1 RU 2007120723/22 U RU2007120723/22 U RU 2007120723/22U RU 2007120723 U RU2007120723 U RU 2007120723U RU 68353 U1 RU68353 U1 RU 68353U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
filter
photocatalytic
superoxide
catalytic
Prior art date
Application number
RU2007120723/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Алексей Николаевич Першин
Original Assignee
Борисов Сергей Ренатович
Алексей Николаевич Першин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борисов Сергей Ренатович, Алексей Николаевич Першин filed Critical Борисов Сергей Ренатович
Priority to RU2007120723/22U priority Critical patent/RU68353U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU68353U1 publication Critical patent/RU68353U1/en

Links

Landscapes

  • Disinfection, Sterilisation Or Deodorisation Of Air (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области фотокаталитичесекой очистки газов, в т.ч. воздуха, и может быть использовано для очистки воздуха в жилых и рабочих помещениях от различных органических и неорганических загрязнителей воздушной среды. Фотокаталитическое устройство содержит корпус и размещенные в корпусе пылевой фильтр, фотокаталитический блок и вентилятор. Устройство снабжено каталитическим фильтром, установленным на выходе фотокаталитического блока по ходу воздушного потока. Каталитический фильтр выполнен в виде однородной капиллярной структуры, каналы которой расположены по ходу воздушного потока, или из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, на внутренние стенки которых нанесен катализатор разложения супероксидов, выполненный на основе наночастиц Fe/активный уголь.The utility model relates to the field of photocatalytic gas purification, including air, and can be used for air purification in residential and working premises from various organic and inorganic air pollutants. The photocatalytic device comprises a housing and a dust filter placed in the housing, a photocatalytic unit and a fan. The device is equipped with a catalytic filter installed at the output of the photocatalytic unit along the air stream. The catalytic filter is made in the form of a homogeneous capillary structure, the channels of which are located along the air flow, or from a material having a porous structure with open pores, on the inner walls of which a superoxide decomposition catalyst based on Fe / activated carbon nanoparticles is deposited.

Предлагаемое устройство позволяет минимизировать содержание продуктов неполного окисления углеводородов, включающих, органические супероксиды, на выходе фотокаталитического устройства для очистки воздуха и, соответственно, устранить негативные последствия от их наличия в очищаемой воздушной среде, в том числе, неприятного запаха в жилых и других помещениях.The proposed device allows to minimize the content of products of incomplete oxidation of hydrocarbons, including organic superoxides, at the output of the photocatalytic device for air purification and, accordingly, to eliminate the negative consequences of their presence in the cleaned air, including unpleasant odors in residential and other rooms.

1 н.п., 4 з.п.1 n.p., 4 w.p.

Description

Полезная модель относится к области фотокаталитичесекой очистки газов, в т.ч. воздуха, и может быть использовано для очистки воздуха в жилых и рабочих помещениях от различных органических и неорганических загрязнителей воздушной среды.The utility model relates to the field of photocatalytic gas purification, including air, and can be used for air purification in residential and working premises from various organic and inorganic air pollutants.

В настоящее время устройства для фотокаталитической очистки газов, в частности воздуха, с использованием явления окисления органических и неорганических веществ, адсорбированных на поверхности фотокатализатора под действием ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 400 нм воздуха, получили широкое распространение благодаря своей универсальности при уничтожении практически всех органических и многих неорганических загрязнителей воздушной среды. Обычно такие устройства содержат пылевой фильтр с классом фильтрации не ниже G4, адсорбционный фильтр, содержащий активированный уголь или другие адсорбенты и фотокаталитический блок молекулярной очистки. Фотокаталитический блок предназначен для окисления летучих органических и некоторых неорганических примесей в воздухе до безвредных компонентов (в основном до углекислого газа и паров воды) на поверхности катализатора, активируемого мягким УФ-светом (A.Fujishima at al. "TiO2 Photocatalysis. Fundamental and Applications." English translations, BKC Inc., Tokyo, Japan, 1999). Однако указанные устройства, по сравнению с устройствами использующими другие способы очистки воздуха (адсорбцию, сжигание и т.п.), обладают сравнительно невысокой скоростью очистки. Другим недостатком этих устройств является быстрое падение активности фотокатализатора при разложении ароматических и гетероатомных органических соединений. Кроме того, при концентрациях многих углеводородных загрязнителей в помещении, превышающих 1-l0 ppm (ppm - part per million - число молекул загрязнителя на 1 млн. молекул воздуха), на выходе фотокаталитических устройств очистки воздуха появляются продукты неполного окисления углеводородов и, в частности, органические супероксиды. Супероксидами называются вещества с общей химической формулой R1-(O)n-R2, где n равно 2, 3, 4, a R1 и R2 органические радикалы либо атом водорода. Простейшим супероксидом является перекись водорода. Указанные соединения являются сильными окислителями и вредны для здоровья (В.Л.Антоновский, С.Л.Хурсан, Физическая химия Currently, devices for the photocatalytic purification of gases, in particular air, using the phenomenon of oxidation of organic and inorganic substances adsorbed on the surface of a photocatalyst under the influence of ultraviolet radiation with a wavelength of less than 400 nm of air, are widely used due to their versatility in the destruction of almost all organic and many inorganic air pollutants. Typically, such devices contain a dust filter with a filtration class of at least G4, an adsorption filter containing activated carbon or other adsorbents, and a photocatalytic molecular purification unit. The photocatalytic unit is designed to oxidize volatile organic and certain inorganic impurities in air to harmless components (mainly carbon dioxide and water vapor) on the surface of a catalyst activated by soft UV light (A. Fujishima at al. "TiO2 Photocatalysis. Fundamental and Applications. "English translations, BKC Inc., Tokyo, Japan, 1999). However, these devices, in comparison with devices using other methods of air purification (adsorption, combustion, etc.), have a relatively low cleaning speed. Another disadvantage of these devices is the rapid decrease in the activity of the photocatalyst during the decomposition of aromatic and heteroatomic organic compounds. In addition, at concentrations of many hydrocarbon pollutants in the room exceeding 1-l0 ppm (ppm - part per million - the number of pollutant molecules per 1 million air molecules), products of incomplete oxidation of hydrocarbons appear at the output of photocatalytic air purification devices, and, in particular, organic superoxides. Superoxides are substances with the general chemical formula R 1 - (O) n -R 2 , where n is 2, 3, 4, and R 1 and R 2 are organic radicals or a hydrogen atom. The simplest superoxide is hydrogen peroxide. These compounds are strong oxidizing agents and are harmful to health (V.L. Antonovsky, S.L. Khursan, Physical chemistry

органических пероксидов, М., ИКЦ "Академкнига", 2003, стр.30). При этом они уже при очень низких концентрациях 1-10 ppb в воздухе обладают резким неприятным запахом, примером чего является неприятный запах в помещениях после размещения в них новой мебели, изготовленной из ДСП, проведении ремонта и т.п.organic peroxides, M., ICC "Akademkniga", 2003, p. 30). Moreover, they already at very low concentrations of 1-10 ppb in the air have a sharp unpleasant odor, an example of which is an unpleasant odor in rooms after placing new furniture made of particleboard in them, performing repairs, etc.

Вместе с тем по совокупности своих характеристик, фотокаталитические устройства являются на сегодня наиболее оптимальными и применяемыми устройствами для очистки воздуха в жилых и рабочих помещениях относительно небольшого объема, что обеспечило их наибольшее распространение по сравнению с другими типами очистителей, а также ведение работ по их дальнейшему совершенствованию.At the same time, by the totality of their characteristics, photocatalytic devices are by far the most optimal and used devices for air purification in residential and working rooms of a relatively small volume, which ensured their greatest distribution in comparison with other types of purifiers, as well as conducting work on their further improvement .

Известно фотокаталитическое устройство для очистки воздуха и газов от органических примесей, включающее, фотокаталитический элемент содержащий пористый носитель, выполненный в форме трубы, пластины, полусферы или конуса из нескольких слоев спеченных стеклянных шариков, на поверхность которого нанесен порошок диоксида титана анатазной модификации (патент RU 2151632, B01D 53/86, B01J 21/06, 1998). Указанное устройство позволяет увеличить скорость очистки воздуха за счет увеличения поверхности активного слоя диоксида титана, однако данное увеличение весьма незначительно и, кроме того, не обеспечивается устранение других недостатков, присущих устройствам данного типа.A photocatalytic device for purifying air and gases from organic impurities is known, including a photocatalytic element containing a porous carrier made in the form of a tube, plate, hemisphere or cone of several layers of sintered glass beads, the surface of which is coated with anatase titanium dioxide powder (patent RU 2151632 , B01D 53/86, B01J 21/06, 1998). The specified device allows you to increase the speed of air purification by increasing the surface of the active layer of titanium dioxide, however, this increase is very small and, in addition, does not provide the elimination of other disadvantages inherent in devices of this type.

Известно фотокаталитическое устройство для очистки воздуха и газов, включающее вентилятор, фотокаталитический блок, содержащий пористые керамические носители с фотокатализатором на основе диоксида титана и источник ультрафиолетового излучения, а также блоки для насыщения исходной газовой смеси парами пероксида водорода (описание патента RU 2259866, B01D 53/86, B01J 21/06, 1998). Указанное устройство позволяет увеличить скорость окисления органических веществ и уменьшить скорость дезактивации катализатора, однако не позволяет уменьшить концентрацию супероксидов на выходе из фотокаталитического блока и, соответственно, уничтожить неприятный запах.A photocatalytic device for purifying air and gases is known, including a fan, a photocatalytic unit containing porous ceramic supports with a titanium dioxide-based photocatalyst and an ultraviolet radiation source, as well as blocks for saturating the initial gas mixture with hydrogen peroxide vapor (patent specification RU 2259866, B01D 53 / 86, B01J 21/06, 1998). The specified device allows you to increase the rate of oxidation of organic substances and reduce the rate of deactivation of the catalyst, but does not allow to reduce the concentration of superoxides at the exit of the photocatalytic unit and, accordingly, to eliminate the unpleasant odor.

Наиболее близким аналогом к заявленному устройству, выбранным в качестве прототипа, является адсорбционно-фотокаталитическое устройство для очистки воздуха от летучих загрязнителей, содержащее корпус, пылевой фильтр, фотокаталитический блок и вентилятор (патент на полезную модель RU 33035, B01J 20/00, F24F 3/16, 2003), в котором предпринята попытка устранения промежуточных продуктов реакции фотокаталитического окисления углеводородов с помощью специального адсорбционного фильтра, устанавливаемого по ходу потока между пылевым фильтором The closest analogue to the claimed device, selected as a prototype, is an adsorption-photocatalytic device for purifying air from volatile pollutants, comprising a housing, a dust filter, a photocatalytic unit and a fan (utility model patent RU 33035, B01J 20/00, F24F 3 / 16, 2003), in which an attempt was made to eliminate intermediate reaction products of the photocatalytic oxidation of hydrocarbons using a special adsorption filter installed along the flow between the dust filter

и фотокаталитическим блоком. Данный фильтр частично устраняет указанные недостатки, поскольку теплота адсорбции углеводородов на таком фильтре невелика (10-20 кДж/моль) и поэтому при комнатной температуре он способен не только поглощать загрязнения из газовой фазы, но и десорбировать их обратно в воздушный поток. В случае кратковременных выбросов загрязнителей в воздух такой фильтр действительно снижает концентрацию промежуточных продуктов на выходе фотокаталитического блока, в том числе и концентрацию супероксидов. Однако во многих помещениях источники органических загрязнений воздуха постоянны и физически не могут быть устранены. Такими источниками могут быть строительные и мебельные пластмассы, пары растворителей, красок и герметиков, книги и т.п. При постоянном поступлении загрязнений указанный фильтр не уменьшает концентрации летучей органики поступающей в фотокаталитический блок очистки, поскольку находится в насыщенном этой органикой состоянии. Соответственно, предлагаемый адсорбционный фильтр не может уменьшить концентрацию супероксидов на выходе устройства и уничтожить неприятный запах.and photocatalytic unit. This filter partially eliminates these disadvantages, since the heat of adsorption of hydrocarbons on such a filter is small (10-20 kJ / mol) and therefore at room temperature it is able not only to absorb contaminants from the gas phase, but also to desorb them back into the air stream. In the case of short-term emissions of pollutants into the air, such a filter really reduces the concentration of intermediate products at the output of the photocatalytic unit, including the concentration of superoxides. However, in many rooms the sources of organic air pollution are constant and physically cannot be eliminated. Such sources may include building and furniture plastics, solvent fumes, paints and sealants, books, etc. With a constant supply of contaminants, this filter does not reduce the concentration of volatile organics entering the photocatalytic purification unit, since it is in a state saturated with this organic substance. Accordingly, the proposed adsorption filter cannot reduce the concentration of superoxides at the output of the device and eliminate the unpleasant odor.

Технической задачей, решаемой предлагаемой полезной моделью, является создание фотокаталитического устройства для очистки воздуха, обеспечивающего минимизацию содержания продуктов неполного окисления углеводородов, включающих органические супероксиды, на выходе устройства при работе последнего в загрязненных парами углеводородов помещениях и, соответственно, устранение негативных последствий от их наличия в очищаемой воздушной среде, в том числе, неприятного запаха в жилых и иных помещениях.The technical problem solved by the proposed utility model is the creation of a photocatalytic device for air purification, which minimizes the content of products of incomplete oxidation of hydrocarbons, including organic superoxides, at the output of the device during operation of the latter in rooms contaminated with hydrocarbons and, accordingly, eliminating the negative consequences of their presence in cleaned air, including unpleasant odors in residential and other rooms.

Указанная задача обеспечивается тем, что в отличие от известного устройства, содержащего корпус, пылевой фильтр, фотокаталитический блок и вентилятор, новым является то, что устройство снабжено каталитическим фильтром, установленным на выходе фотокаталитического блока по ходу воздушного потока.This task is ensured by the fact that, in contrast to the known device comprising a housing, a dust filter, a photocatalytic unit and a fan, it is new that the device is equipped with a catalytic filter mounted at the output of the photocatalytic unit along the air stream.

Кроме того, каталитический фильтр выполнен в виде однородной капиллярной структуры, каналы которой расположены по ходу воздушного потока, или из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, на внутренние стенки которых нанесен катализатор разложения супероксидов.In addition, the catalytic filter is made in the form of a homogeneous capillary structure, the channels of which are located along the air flow, or from a material having a porous structure with open pores, on the inner walls of which a decomposition catalyst for superoxides is deposited.

Кроме того, катализатор разложения супероксидов выполнен на основе наночастиц Fе/активный уголь.In addition, the superoxide decomposition catalyst is based on Fe / activated carbon nanoparticles.

Кроме того, при выполнении фильтра в виде однородной капиллярной структуры, длину каналов и их диаметр выбирают из условия обеспечения по крайней мере In addition, when performing the filter in the form of a uniform capillary structure, the length of the channels and their diameter are selected from the condition of providing at least

одного соударение молекулы супероксида со стенкой канала и каталитической поверхностью согласно соотношению:one collision of a superoxide molecule with a channel wall and a catalytic surface according to the ratio:

где: d - диаметр канала, мм;where: d is the diameter of the channel, mm;

L - длина канала, мм;L is the length of the channel, mm;

DSO - коэффициент диффузии молекул супероксида в воздухе при нормальных условиях, м2/с;D SO - diffusion coefficient of superoxide molecules in air under normal conditions, m 2 / s;

DSO выбирается в диапазоне ;D SO is selected in the range ;

V - линейная скорость движения воздушного потока по каналу, м/с.V is the linear velocity of the air flow along the channel, m / s.

Кроме того, при выполнении фильтра из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, минимальную толщину фильтра и количество пор на единицу длины выбирают из условия обеспечения по крайней мере одного соударение молекулы супероксида со стенкой фильтра и каталитической поверхностью согласно соотношению:In addition, when the filter is made of a material having a porous structure with open pores, the minimum filter thickness and the number of pores per unit length are selected from the condition that at least one superoxide molecule collides with the filter wall and the catalytic surface according to the ratio:

где: L - минимальная толщина (длина) фильтра, мм;where: L is the minimum thickness (length) of the filter, mm;

N - количество пор на единицу длины (на 1 м) в любом направлении, 1/м;N is the number of pores per unit length (per 1 m) in any direction, 1 / m;

DSO - коэффициент диффузии молекул супероксида в воздухе при нормальных условиях, м2/с;D SO - diffusion coefficient of superoxide molecules in air under normal conditions, m 2 / s;

DSO выбирается в диапазоне ;D SO is selected in the range ;

V - линейная скорость движения воздушного потока по каналу, м/с.V is the linear velocity of the air flow along the channel, m / s.

Использование в конструкции фотокаталитическоого устройства для очистки воздуха каталитического фильтра, позволяет очистить воздушный поток на выходе фотокаталитического блока от промежуточных продуктов реакции фотокаталитического окисления углеводородов и, соответственно, устранить негативные последствия от их наличия в очищаемой воздушной среде.The use of a catalytic filter in the design of a photocatalytic device for air purification makes it possible to clean the air stream at the output of the photocatalytic unit from intermediate products of the photocatalytic oxidation of hydrocarbons and, accordingly, eliminate the negative consequences of their presence in the cleaned air.

Выполнение каталитического фильтра в виде однородной капиллярной структуры, каналы которой расположены по ходу воздушного потока, или из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, на внутренние стенки которых нанесен катализатор разложения супероксидов позволяет обеспечить эффективную очистку воздушного потока относительно простыми средствами и тем самым улучшить технологичность устройства.The implementation of the catalytic filter in the form of a homogeneous capillary structure, the channels of which are located along the air flow, or from a material having a porous structure with open pores, on the inner walls of which a catalyst for decomposition of superoxides is deposited allows efficient cleaning of the air flow with relatively simple means and thereby improve manufacturability devices.

Выполнение катализатора разложения супероксидов на основе наночастиц Fe/активный уголь позволяет обеспечить процесс распада супероксидов до соединений безвредных при концентрациях 1-10 ppb и не имеющих запаха;The implementation of the decomposition catalyst for superoxides based on Fe / activated carbon nanoparticles allows the decomposition of superoxides to harmless compounds at concentrations of 1-10 ppb and odorless;

Выбор параметров каталитического фильтра согласно соотношениям:The choice of parameters of the catalytic filter according to the ratios:

обеспечивает при прокачке воздуха сквозь каналы (1) или поры (2) за время движения молекул супероксида сквозь фильтр по меньшей мере одно столкновение молекул супероксидов с каталитической поверхностью, что гарантирует с вероятностью близкой к 1 распадение супероксидов до соединений безвредных при концентрациях 1-10 ppb и не имеющих запаха.when pumping air through channels (1) or pores (2) during the movement of superoxide molecules through the filter, at least one collision of superoxide molecules with a catalytic surface ensures that superoxides decompose with probability close to 1 to harmless compounds at concentrations of 1-10 ppb and odorless.

Сущность предлагаемых технических решений иллюстрируется следующим чертежом:The essence of the proposed technical solutions is illustrated by the following drawing:

Фиг.1 - продольное сечение фотокаталитического устройстваFigure 1 is a longitudinal section of a photocatalytic device

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1, в котором по ходу воздушного потока последовательно установлены пылевой фильтр 2, фотокаталитический блок 3, включающий пористый носитель 4 с фотокатализатором на основе диоксида титана и источник ультрафиолетового излучения 5, на выходе которого установлен каталитический фильтр 6,. выполненный из материала, имеющего однородную капиллярную или пористую структуру с открытыми порами, на внутренние стенки которой нанесен катализатор разложения супероксидов, выполнный на основе наночастиц Fe/активный уголь. Устройство снабжено вентилятором 7 для обеспечения принудительной подачи очищаемого воздуха в фотокаталитическое устройство, устанавливаемым на выходе или входе устройства. Параметры каталитического фильтра 6 выбираются из условия обеспечения при прокачке воздуха сквозь каналы или поры столкновения молекул супероксидов с каталитической поверхностью, что обеспечивает с вероятностью близкой к 1 распадение супероксидов до соединений безвредных при концентрациях 1-10 ppb и не имеющих запаха. Для этого, в случае выполнения фильтра в виде однородной капиллярной структуры (изготовленной, например, из керамики, металлы или пластмассы), каналы которой расположены по ходу воздушного потока, и имеют длину L, диаметр канала d выбирается таким образом, чтобы обеспечить, по крайней мере, одно соударение молекулы супероксида со стенкой канала и каталитической поверхностью, а именно согласно соотношению:The proposed device consists of a housing 1, in which a dust filter 2, a photocatalytic unit 3, including a porous carrier 4 with a photocatalyst based on titanium dioxide and an ultraviolet radiation source 5, at the output of which a catalytic filter 6 is installed, are sequentially installed along the air flow. made of a material having a homogeneous open-pore capillary or porous structure, on the inner walls of which a superoxide decomposition catalyst is applied, made on the basis of Fe / activated carbon nanoparticles. The device is equipped with a fan 7 to provide forced supply of cleaned air to the photocatalytic device installed at the outlet or inlet of the device. The parameters of the catalytic filter 6 are selected from the condition of providing, when air is pumped through the channels or pores of the collision of superoxide molecules with the catalytic surface, which ensures the decomposition of superoxides to compounds harmless at concentrations of 1-10 ppb and odorless with a probability of close to 1. For this, in the case of a filter in the form of a homogeneous capillary structure (made, for example, of ceramics, metals or plastic), the channels of which are located along the air flow and have a length L, the diameter of the channel d is chosen so as to ensure at least at least one collision of a superoxide molecule with a channel wall and a catalytic surface, namely, according to the ratio:

где: DSO - коэффициент диффузии молекул супероксида в воздухе при нормальных условиях, м2/с;where: D SO is the diffusion coefficient of superoxide molecules in air under normal conditions, m 2 / s;

V - линейная скорость движения воздушного потока по каналу, м/с. V is the linear velocity of the air flow along the channel, m / s.

Фильтр может быть также изготовлен из изотропных материалов с открытыми порами, например пенополиуретана, пенокерамики, пенометаллов. Поверхность пор этих материалов также должна быть покрыта высокоэффективным катализатором разложения супероксидов. В этом случае минимальная толщина (длина) фильтра L и количество пор N на единицу длины (на 1 м) в любом направлении также выбираются из условия обеспечения однократного столкновения молекулы супероксида со стенкой каталитического фильтра согласно соотношению:The filter can also be made of open-cell isotropic materials, such as polyurethane foam, ceramic foam, foam metals. The pore surface of these materials should also be coated with a highly effective superoxide decomposition catalyst. In this case, the minimum thickness (length) of the filter L and the number of pores N per unit length (per 1 m) in any direction are also selected from the condition of providing a single collision of the superoxide molecule with the wall of the catalytic filter according to the ratio:

или с учетом значений k и m or taking into account the values of k and m

где: m - пористость пеноматериала, т.е. отношение объема пор в образце к геометрическому объему образца.where: m is the porosity of the foam, i.e. the ratio of the pore volume in the sample to the geometric volume of the sample.

Для материалов на основе вспененного полиуретана с открытыми порами m=0.95.For materials based on foamed polyurethane with open pores m = 0.95.

k - геометрический параметр, описывающий увеличение длины пути воздушного потока по сравнению с геометрическое толщиной (длиной) этого материала в направлении воздушного потока. Для пеноматериалов значение k=2.k is a geometric parameter that describes the increase in the path length of the air flow compared to the geometric thickness (length) of this material in the direction of air flow. For foams, k = 2.

V - линейная скорость воздушного потока в сечении фильтра, м/с.V is the linear velocity of the air flow in the cross section of the filter, m / s.

Для надежной работы фильтра при подборе его параметров по формулам (1) и (2) значение коэффициента диффузии DSO выбирается в диапазоне , что соответствует коэффициентам диффузии супероксидов с молекулярной массой более 120 а.е. в воздухе при нормальных условиях, т.е при давлении 101 КПа и температуре 20°С. При этом вероятность столкновения с каталитической поверхностью стенок каналов или пор для супероксидов с меньшей молекулярной массой становится близкой к 1.For reliable operation of the filter when selecting its parameters according to formulas (1) and (2), the value of the diffusion coefficient D SO is selected in the range , which corresponds to diffusion coefficients of superoxides with a molecular weight of more than 120 AU in air under normal conditions, i.e. at a pressure of 101 KPa and a temperature of 20 ° C. In this case, the probability of collision with the catalytic surface of the walls of the channels or pores for superoxides with a lower molecular weight becomes close to 1.

Устройство работает следующим образом. Очищаемый воздух с помощью вентилятора 7 прокачивается через фотокаталитического устройство, где по ходу движения воздушного потока последовательно пропускается через пылевой фильтр 2, осуществляющий очистку воздуха от пылевых частиц, фотокаталитеческий блок 3, где на поверхности катализатора под действием ультрафиолетового излучения осуществляется окисление летучих органических и некоторых неорганических примесей, присутствующих в воздухе, до безвредных компонентов, после чего очищаемый воздух пропускается через каталитический фильтр 6, где при прохождении воздуха через каналы или поры фильтра происходит столкновение оставшихся в воздухе, после осуществления фотокаталитической реакции, молекул супероксидов с каталитической поверхностью, что обеспечивает распадение супероксидов до соединений безвредных при концентрациях 1-10 ppb и не имеющих запаха.The device operates as follows. The cleaned air is pumped through a fan 7 through a photocatalytic device, where in the course of the air flow it is sequentially passed through a dust filter 2, which purifies the air from dust particles, a photocatalytic block 3, where the volatile organic and some inorganic are oxidized on the catalyst surface under the influence of ultraviolet radiation impurities present in the air to harmless components, after which the cleaned air is passed through a catalytic filter Filter 6, where, when air passes through the channels or pores of the filter, a collision of the superoxide molecules remaining in the air, after the photocatalytic reaction, with the catalytic surface occurs, which ensures the decomposition of superoxides to harmless compounds at concentrations of 1-10 ppb and odorless.

В приведенных примерах для измерения концентрации супероксидов на выходе из фотокаталитического устройства, снабженного каталитическим фильтром (Фиг.1), использовался хемилюминесцентный газоанализатор "Оптэк 3.02 ПА", пр-во Россия. В воздух, поступающий в фотокаталитический очиститель, добавляли пары ацетона. Концентрация паров ацетона поддерживалась равной 20 ppm.In the above examples, to measure the concentration of superoxides at the outlet of a photocatalytic device equipped with a catalytic filter (Figure 1), the Optek 3.02 PA chemiluminescent gas analyzer, made in Russia, was used. Acetone vapor was added to the air entering the photocatalytic purifier. Acetone vapor concentration was maintained at 20 ppm.

Пример 1. Каталитический фильтр изготавливали из гофрированной алюминиевой фольги толщиной 0.15 мм и шириной 30 мм. Фильтр имел треугольные каналы с диаметром вписанной окружности 1.2 мм. Катализатор на основе наночастиц Fe/активный уголь наносили на поверхность фольги после формовки фильтра. В результате каталитический фильтр имел толщину 30 мм, эффективный диаметр каналов составлял 1 мм и габаритные размеры фильтра равнялись 100-100 мм. Каталитический фильтр 6 устанавливался на выходе фотокаталитического блоком 3 перед вентилятором 7. Скорость воздушного потока изменяли в диапазоне от 1,5 м/с до 5 м/с посредством увеличения напряжения питания двигателя постоянного тока вентилятора 7. Заборную трубку измерителя концентрации супероксидов помещали в воздушном потоке вентилятора. Результаты измерения концентрации супероксидов в зависимости от скорости воздушного потока представлены в таблице 1.Example 1. The catalytic filter was made of corrugated aluminum foil 0.15 mm thick and 30 mm wide. The filter had triangular channels with an inscribed circle diameter of 1.2 mm. An Fe / active carbon nanoparticle catalyst was applied to the surface of the foil after forming the filter. As a result, the catalytic filter had a thickness of 30 mm, the effective diameter of the channels was 1 mm, and the overall dimensions of the filter were 100-100 mm. The catalytic filter 6 was installed at the output of the photocatalytic unit 3 in front of the fan 7. The air flow rate was varied in the range from 1.5 m / s to 5 m / s by increasing the supply voltage of the DC motor of fan 7. The intake pipe of the superoxide concentration meter was placed in the air stream fan. The results of measuring the concentration of superoxides depending on the air flow rate are presented in table 1.

Таблица 1Table 1 №п/пNo. Скорость воздушного потока, м/сAir speed, m / s Концентрация супероксидов на выходе, ppbConcentration of superoxide at the outlet, ppb ПримечаниеNote 1one 1,51,5 15fifteen фильтр не установленfilter not installed 22 55 15fifteen фильтр не установленfilter not installed 33 1,51,5 менее 1less than 1 фильтр установленfilter installed 4four 2,52,5 менее 1less than 1 фильтр установленfilter installed 55 33 1,2-21,2-2 фильтр установленfilter installed 66 4four 55 фильтр установленfilter installed 77 55 1010 фильтр установленfilter installed

При заданных геометрических параметрах фильтра, т.е. длине канала L равной 30 мм, диаметре канала равному 1 мм, формула (1) позволяет рассчитать максимальную линейную скорость воздушного потока, при которой каталитический фильтр эффективно очищает воздух от супероксидов:Given the geometric parameters of the filter, i.e. the channel length L is 30 mm, the channel diameter is 1 mm, formula (1) allows you to calculate the maximum linear air flow rate at which the catalytic filter effectively cleans the air of superoxides:

V=1,8-2,4 м/сV = 1.8-2.4 m / s

при коэффициенте диффузии молекул супероксидов в воздухе DSO от до .at a diffusion coefficient of superoxide molecules in air D SO from before .

Пример 1 показывает, что фильтр состоящий из однородных (одинаковых по диаметру) каналов, стенки которых покрыты катализатором разложения супероксидов, эффективно уничтожает супероксиды, если время пролета по каналу достаточно для по меньшей мере одного столкновения этих молекул со стенкой канала. Геометрические параметры фильтра для заданной производительности по воздуху фотокаталитического устройства очистки воздуха могут быть рассчитаны по формуле (1). При этом, как следует из примера 1, при увеличении скорости воздушного потока свыше 2,4 м/с для повышения эффективности работы фильтра необходимо увеличить его длину. Эффективность работы фильтра также пропорциональна количеству каналов и обратно пропорциональна их диаметру, т.к. с одной стороны зависит от величины сопротивления фильтра прохождению воздушного потока, которое желательно минимизировать, а с другой стороны от условия обеспечения гарантированного столкновения молекул супероксидов со стенкой канала. Данные параметры оптимизируют с учетом технологических ограничений.Example 1 shows that a filter consisting of uniform (identical in diameter) channels, the walls of which are coated with a superoxide decomposition catalyst, effectively destroys superoxides if the passage time through the channel is sufficient for at least one collision of these molecules with the channel wall. The geometric parameters of the filter for a given air performance of the photocatalytic air purification device can be calculated by the formula (1). Moreover, as follows from example 1, with an increase in the air flow rate over 2.4 m / s, to increase the efficiency of the filter, it is necessary to increase its length. The efficiency of the filter is also proportional to the number of channels and inversely proportional to their diameter, because on the one hand, it depends on the filter resistance to the passage of air flow, which is desirable to minimize, and on the other hand, on the conditions for ensuring guaranteed collision of superoxide molecules with the channel wall. These parameters are optimized taking into account technological limitations.

Пример 2. Каталитический фильтр выполнен в виде пластины из полиуретана с открытыми порами числом пор на 1 м N равным 1000. Поверхность пор была покрыта катализатором разложения супероксидов. Толщина пластины с размерами мм варьировалась от 10 мм до 60 мм. Фильтр устанавливался также как в примере 1. Линейная скорость воздушного потока сквозь фильтр поддерживалась с помощью вентилятора 3 равной 2,5 м/с. Во входящем воздушном потоке концентрация паров ацетона составляла 20 ppm. Результаты измерения концентрации супероксидов на выходе из фотокаталитического устройства очитки воздуха в зависимости от толщины (длины) установленных каталитических фильтров представлены в таблице 2.Example 2. The catalytic filter is made in the form of an open-pore polyurethane plate with a pore number per 1 m N equal to 1000. The pore surface was coated with a superoxide decomposition catalyst. Plate thickness with dimensions mm ranged from 10 mm to 60 mm. The filter was installed as in example 1. The linear velocity of the air flow through the filter was maintained using fan 3 equal to 2.5 m / s. In the incoming air stream, the acetone vapor concentration was 20 ppm. The results of measuring the concentration of superoxides at the outlet of the photocatalytic air purification device depending on the thickness (length) of the installed catalytic filters are presented in table 2.

Таблица 2table 2 №п/пNo. Толщина каталитического фильтра, ммThe thickness of the catalytic filter, mm Концентрация супероксидов на выходе, ppbConcentration of superoxide at the outlet, ppb 1one 1010 1010 22 20twenty 55 33 30thirty менее 1less than 1 4four 4040 менее 1less than 1 55 50fifty менее 1less than 1 66 6060 менее 1less than 1

Концентрация супероксидов на выходе фотокаталитического устройства, не содержащего каталитический фильтр, в описанных выше условиях равнялась 15 ppb.The concentration of superoxides at the output of the photocatalytic device not containing a catalytic filter, under the conditions described above, was 15 ppb.

Сравнение экспериментально найденной минимальной толщины каталитического фильтра, при которой супероксиды полностью уничтожаются, с величиной L, вычисленной по формуле (2), при заданной скорости потока и числом пор на единицу длины пористого материала показывает возможность использования этой формулы для выбора изменяемого параметра каталитического фильтра, в данном случае L, при уничтожении супероксидов и связанного с ними неприятного запаха в очищаемом воздушном потоке.A comparison of the experimentally found minimum thickness of the catalytic filter, at which superoxides are completely destroyed, with the value L calculated by formula (2) at a given flow rate and the number of pores per unit length of the porous material shows the possibility of using this formula to select a variable parameter of the catalytic filter, in in this case, L, when destroying superoxides and the associated unpleasant odor in the cleaned air stream.

Предлагаемое фотокаталитическое устройство для очистки воздуха может найти широкое применение при создании и использовании оборудования для очистки воздуха в жилых и рабочих помещениях от различных органических и неорганических загрязнителей воздушной среды, т.к. позволяет обеспечить очистку воздушного потока на выходе фотокаталитического блока от продуктов неполного окисления углеводородов, образующихся при осуществлении фотокаталитичекой реакции в условиях высокой концентрации углеводородных загрязнителей в очищаемом воздухе, и, в частности, органических супероксидов, вредных для здоровья и обладающих резким неприятным запахом. При этом, достигается снижение уровня супероксидов до безопасного уровня и полное устранение неприятного запаха в жилых и рабочих помещениях, чем обеспечивается выполнение экологических требований.The proposed photocatalytic device for air purification can be widely used in the creation and use of equipment for air purification in residential and working premises from various organic and inorganic air pollutants, because It allows to purify the air stream at the output of the photocatalytic unit from products of incomplete oxidation of hydrocarbons formed during the photocatalytic reaction under conditions of high concentrations of hydrocarbon pollutants in the air being cleaned, and, in particular, organic superoxides that are harmful to health and have a sharp unpleasant odor. At the same time, a reduction in the level of superoxides to a safe level and the complete elimination of unpleasant odors in residential and work premises is achieved, which ensures compliance with environmental requirements.

Claims (5)

1. Фотокаталитическое устройство для очистки воздуха, содержащее корпус и размещенные в корпусе пылевой фильтр, фотокаталитический блок и вентилятор, отличающееся тем, что устройство снабжено каталитическим фильтром, установленным на выходе фотокаталитического блока по ходу воздушного потока.1. A photocatalytic device for air purification, comprising a housing and a dust filter placed in the housing, a photocatalytic unit and a fan, characterized in that the device is equipped with a catalytic filter mounted at the output of the photocatalytic unit along the air stream. 2. Фотокаталитическое устройство по п.1, отличающееся тем, что каталитический фильтр выполнен в виде однородной капиллярной структуры, каналы которой расположены по ходу воздушного потока, или из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, на внутренние стенки которых нанесен катализатор разложения супероксидов.2. The photocatalytic device according to claim 1, characterized in that the catalytic filter is made in the form of a homogeneous capillary structure, the channels of which are located along the air flow, or from a material having a porous structure with open pores, on the inner walls of which a superoxide decomposition catalyst is applied. 3. Фотокаталитическое устройство по п.2, отличающееся тем, что катализатор разложения супероксидов выполнен на основе наночастиц Fe/активный уголь.3. The photocatalytic device according to claim 2, characterized in that the superoxide decomposition catalyst is based on Fe / active carbon nanoparticles. 4. Фотокаталитическое устройство по п.2, отличающееся тем, что при выполнении фильтра в виде однородной капиллярной структуры, длину каналов и их диаметр выбирают из условия обеспечения по крайней мере одного соударения молекулы супероксида со стенкой канала и каталитической поверхностью согласно соотношению:4. The photocatalytic device according to claim 2, characterized in that when the filter is made in the form of a uniform capillary structure, the length of the channels and their diameter are selected from the condition of providing at least one collision of the superoxide molecule with the channel wall and the catalytic surface according to the ratio:
Figure 00000001
Figure 00000001
где d - диаметр канала, мм;where d is the diameter of the channel, mm; L - длина канала, мм;L is the length of the channel, mm; DSO - коэффициент диффузии молекул супероксида в воздухе при нормальных условиях, м2/с;D SO - diffusion coefficient of superoxide molecules in air under normal conditions, m 2 / s; DSO выбирается в диапазоне (6-8)·10-6 м2/с;D SO is selected in the range (6-8) · 10 -6 m 2 / s; V - линейная скорость движения воздушного потока по каналу, м/с.V is the linear velocity of the air flow along the channel, m / s.
5. Фотокаталитическое устройство по п.2, отличающееся тем, что при выполнении фильтра из материала, имеющего пористую структуру с открытыми порами, минимальную толщину фильтра и количество пор на единицу длины выбирают из условия обеспечения по крайней мере одного соударение молекулы супероксида со стенкой фильтра и каталитической поверхностью согласно соотношению:5. The photocatalytic device according to claim 2, characterized in that when the filter is made of a material having a porous structure with open pores, the minimum filter thickness and the number of pores per unit length are selected from the condition that at least one superoxide molecule collides with the filter wall and catalytic surface according to the ratio:
Figure 00000002
Figure 00000002
где L - минимальная толщина (длина) фильтра, мм;where L is the minimum thickness (length) of the filter, mm; N - количество пор на единицу длины (на 1 м) в любом направлении, 1/м;N is the number of pores per unit length (per 1 m) in any direction, 1 / m; DSO - коэффициент диффузии молекул супероксида в воздухе при нормальных условиях, м2/с;D SO - diffusion coefficient of superoxide molecules in air under normal conditions, m 2 / s; DSO выбирается в диапазоне
Figure 00000003
D SO is selected in the range
Figure 00000003
V - линейная скорость движения воздушного потока по каналу, м/с.
Figure 00000004
V is the linear velocity of the air flow along the channel, m / s.
Figure 00000004
RU2007120723/22U 2007-06-05 2007-06-05 PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING RU68353U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120723/22U RU68353U1 (en) 2007-06-05 2007-06-05 PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007120723/22U RU68353U1 (en) 2007-06-05 2007-06-05 PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU68353U1 true RU68353U1 (en) 2007-11-27

Family

ID=38960569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007120723/22U RU68353U1 (en) 2007-06-05 2007-06-05 PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU68353U1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108339395A (en) * 2018-03-02 2018-07-31 广州紫科环保科技股份有限公司 A kind of integral flat vulcanization emission-control equipment and method
RU2751199C1 (en) * 2020-12-11 2021-07-12 Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом ХИММЕД" Air purification device
CN114849413A (en) * 2022-05-28 2022-08-05 燕山大学 High-mixing-degree photocatalytic reaction device

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108339395A (en) * 2018-03-02 2018-07-31 广州紫科环保科技股份有限公司 A kind of integral flat vulcanization emission-control equipment and method
RU2751199C1 (en) * 2020-12-11 2021-07-12 Общество с ограниченной ответственностью "Торговый Дом ХИММЕД" Air purification device
CN114849413A (en) * 2022-05-28 2022-08-05 燕山大学 High-mixing-degree photocatalytic reaction device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN207815524U (en) A kind of air purifier having except ozone function
CN102811794B (en) System and method for air purification using enhanced multi-functional coating based on pn-situ photocatalytic oxidation and ozonation
JP2013099546A (en) Air purification apparatus
KR100807152B1 (en) Device for purifying polluted air
JP2006528056A (en) Air purification system containing gold / titanium dioxide photocatalyst
WO2017055094A1 (en) Air cleaning by photocatalytic oxidation system
KR20060103279A (en) Bifunctional layered photocatalyst/thermocatalyst for improving indoor air quality
CN1805780A (en) Air purification system comprising a catalyst and a light source
CN114570122A (en) Filtering device for air purifying equipment
US20040136863A1 (en) Filtering system including panel with photocatalytic agent
RU48815U1 (en) DEVICE FOR CLEANING AND DISINFECTION OF AIR (OPTIONS)
RU68353U1 (en) PHOTOCATALYTIC DEVICE FOR AIR CLEANING
KR20150002497A (en) Filter cartridge for an air purifier
WO2005099778A1 (en) Method for decomposing harmful substance and apparatus for decomposing harmful substance
CN1451917A (en) Indoor air purifying method and device
WO2006024212A1 (en) Process and equipment for fluid-purifying
JP2018143636A (en) Reaction tube and air purification device
KR100713173B1 (en) Air purifying device comprising gas-liquid two phase fluidized bed reactor
KR100628936B1 (en) Device and method for treating hybrid hazardous gas
CN111760455A (en) Volatile organic compound adsorption regeneration coupling filter element and purification device
KR200426286Y1 (en) Device for purifying polluted air
JP3089444U (en) Air cleaner
KR102534782B1 (en) Air purifying device
KR102395082B1 (en) Parallel type adsorption apparatus for odor removal and odor removal device using the same
KR102557943B1 (en) Physical and Chemical Deodorization System and Method using Gaseous Chlorine Dioxide Adsorption on Silica Gel and UV Irradiation as well as Adsorption-Desorption on-Shifts Process

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20090606

PC11 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110427

PC11 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20110624

MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20150606