專利名稱：一種吸附法與低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電氣工程與環(huán)境保護的交叉領(lǐng)域，涉及一種室內(nèi)空氣凈化方法，特別涉及一種吸附法和低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法。
背景技術(shù)：
空氣中的主要污染物包括懸浮顆粒、病原微生物(細菌、真菌和病毒)、氮氧化合物、硫氧化合物，碳氫化合物等，目前，室內(nèi)空氣凈化方法主要有吸附、靜電、負離子、光催化、低溫等離子體等。吸附法是利用某些有吸附能力的物質(zhì)如活性炭、活性氧化鋁、硅膠和分子篩等吸附空氣中的懸浮顆粒、微生物和有害氣體，從而達到凈化空氣的目的。但是，該方法存在幾點不足，包括不能分解空氣中的有害氣體，存在二次污染；不能殺死病原微生物，使得它們在吸附材料上積聚、生長并繁殖，吸附材料成為了滋生病原的土壤；吸附材料的吸附能力存在飽和問題且難以再生，使用成本高。靜電技術(shù)具有高效的除塵作用(除塵效率在90％以上)，并能同時除菌，但該方法不能有效除去空氣中的氮氧化合物、硫氧化合物等，也不能有效地降解有機污染物。光催化法能分解空氣里的有機污染物并殺滅微生物，但是去除效率并不高，且不能去除空氣中的懸浮物等，同時催化劑容易被水蒸氣或灰塵覆蓋，導(dǎo)致催化劑失效。低溫等離子技術(shù)能有效去除空氣中的懸浮顆粒、病原微生物、氮氧化合物、硫氧化合物和碳氫化合物，但是存在著能量利用效率不高，會產(chǎn)生二次污染氣體(如臭氧)的缺點。
采用多項技術(shù)相結(jié)合進行空氣凈化已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注。如專利號為03128125.7，專利名稱為“一種空氣凈化方法及其裝置”，該方法利用紫外光、微波、臭氧、光催化降解和吸附過濾協(xié)同一體實現(xiàn)過濾降解有毒有害有機物，達到凈化空氣的目的。該方法具有凈化速度快等優(yōu)點，但是，該方法本身比較復(fù)雜，對應(yīng)的裝置體積大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功耗大，清洗更換困難。又如專利號為03100288.9，專利名稱為“一種空氣凈化方法”，該方法協(xié)調(diào)利用靜電捕塵作用、臭氧和·OH、·HO2、·O等活性基團對有機物的分解作用、過濾作用、吸附作用和催化作用，實現(xiàn)室內(nèi)污染物的去除。該方法提高了凈化效率，并防止了二次污染，但是，吸附材料需要更換，且能耗大，能量利用率低。又如專利號為200510095093.1，專利名稱為“吸附-低溫等離子體同步脫硫脫硝裝置及方法”，該方法結(jié)合了吸附和低溫等離子體方法，提高了能量利用效率，適用于工業(yè)廢氣處理，但是該方法采用多個凈化室，比較復(fù)雜，沒有換氣扇，且吸附劑填充式結(jié)構(gòu)不利于空氣流動和脫附，也不利于等離子體均勻分布，不適用于室內(nèi)空氣凈化。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述現(xiàn)有室內(nèi)空氣凈化方法存在的諸多不足，本發(fā)明的目的在于，提供吸附法與低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法，該方法結(jié)合吸附法和低溫等離子體方法的優(yōu)點，采用吸附法富集懸浮物和有害氣體，再通過低溫等離子體分解有害氣體和有機污染物并再生吸附劑。這種方法用于空氣凈化，適應(yīng)面廣、節(jié)能、高效、吸附劑無需更換、無二次污染、設(shè)備簡單、成本低廉。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種吸附法與低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法，其特征在于，該方法采用空氣凈化裝置將待凈化的空氣借助電風(fēng)扇首先通過粗濾網(wǎng)，過濾掉比較大的懸浮物，再通過吸附劑床層和高壓電源電暈放電或者介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的等離子體區(qū)域，使其它有害氣體和懸浮物在進入吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域后，先通過吸附劑床層的吸附劑吸附，再用低溫等離子體區(qū)域進行等離子體凈化，如此循環(huán)，達到徹底凈化空氣。
本發(fā)明主要涉及以下三個方面的內(nèi)容(1)將低溫等離子體方法與吸附法相結(jié)合用于空氣凈化，利用吸附劑的吸附功能將有害氣體和懸浮物集中并通過等離子體分解凈化，既解決了單獨采用吸附法所不能解決二次污染的問題，又提高了等離子體方法的能量利用效率；(2)創(chuàng)造性的提出了利用等離子體再生吸附劑的方法，即吸附劑采用薄板或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，處于等離子體區(qū)域中或者緊貼著等離子體區(qū)域，這樣等離子體的電磁場作用和電子碰撞作用可以促使吸附劑解吸，從而使吸附劑在等離子體空氣凈化過程中再生。這樣吸附劑幾乎無需更換，節(jié)約了成本；(3)提出了一種全新的空氣凈化流程，即先通過吸附劑富集污染氣體和懸浮顆粒，在吸附接近飽和的時候啟動低溫等離子體一段時間，依靠等離子體解吸并分解富集的氮氧化物、硫氧化物、有機污染物等，從而使吸附劑再生。如此循環(huán)，可使空氣凈化具有節(jié)能、高效、無二次污染等優(yōu)點。


圖1為空氣凈化器整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為吸附劑床層與高壓極板垂直結(jié)構(gòu)立體圖，其中(a)對應(yīng)電暈放電，(b)對應(yīng)介質(zhì)阻擋放電；圖3為吸附劑床層與高壓極板垂直結(jié)構(gòu)剖視圖，其中(a)對應(yīng)電暈放電，(b)對應(yīng)介質(zhì)阻擋放電；圖4為吸附劑床層與高壓極板平行結(jié)構(gòu)立體圖，其中(a)對應(yīng)電暈放電，(b)對應(yīng)介質(zhì)阻擋放電；圖5為吸附劑床層與高壓極板平行結(jié)構(gòu)左視(剖視)圖，其中(a)對應(yīng)電暈放電，(b)對應(yīng)介質(zhì)阻擋放電；圖6為控制電路原理圖；圖7為控制電路的程序流程圖；
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的基本原理和實現(xiàn)方式作詳細說明具體實施方式
參見圖1，實現(xiàn)本發(fā)明的方法采用的空氣凈化裝置包括五部分，分別是電風(fēng)扇1、粗濾網(wǎng)2、吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域3、高壓電源4和控制設(shè)備5。借助風(fēng)扇1，使待凈化的空氣首先通過粗濾網(wǎng)2，再通過吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域3。粗濾網(wǎng)2過濾掉比較大的懸浮物，其它有害氣體和懸浮物在進入吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域3后，被吸附劑床層吸附，進而被高壓電源4在該區(qū)域產(chǎn)生的等離子體分解，達到徹底凈化空氣的目的。
本發(fā)明的凈化流程是先通過吸附劑吸附，再用等離子體凈化，如此循環(huán)。吸附劑吸附階段，電風(fēng)扇1高速旋轉(zhuǎn)，促進空氣在凈化器中流動，使得吸附劑床層盡快吸附有害氣體和微小懸浮物，此時高壓電源4的放電回路處于斷開狀態(tài)，直至吸附劑接近飽和，則斷開電風(fēng)扇1的電源，接通放電回路一段時間。放電產(chǎn)生的低溫等離子體使被吸附的有害氣體和懸浮物脫離吸附劑約束，并進而被分解為無害的氣體，實現(xiàn)空氣凈化。
低溫等離子體可以迅速分解氮氧化物、硫氧化物、有機污染物等。等離子體內(nèi)部有著強烈的電子和離子碰撞，使得污染物分子的化學(xué)鍵被打開成為活性離子，同時水分子和氧氣分子的化學(xué)鍵也被打開而形成活性基團·O，·OH和·HO2等，它們相互作用并重新組合為N2、H2SO4、CO2和H2O等無害物質(zhì)。本發(fā)明利用低溫等離子體分解被吸附的有害物質(zhì)，實現(xiàn)空氣凈化。
參見圖2～圖5，在本發(fā)明中，吸附劑床層8和低溫等離子體區(qū)域可以有多種結(jié)構(gòu)，大致可以分為吸附劑床層8與放電極板6和9平行和垂直兩種情況，這兩種情況下氣流的運動情況幾乎是一致的。通過擋板7與吸附劑床層8的配合，使得氣流必須穿越吸附劑床層8，并且在穿越過程中，氣流速度會降低，這有利于吸附劑吸附其中的污染物。在放電階段，這些被吸附的物質(zhì)(吸附質(zhì))會溢出到板板間的區(qū)域，而被處于吸附劑床層8表面或者極板間的等離子體分解，從而實現(xiàn)空氣凈化。特別要指出的是，低溫等離子體凈化過程會產(chǎn)生一些臭氧等中間產(chǎn)物，如果溢出到凈化器外，將會造成二次污染。本發(fā)明中，吸附材料可以適當阻止這些中間產(chǎn)物外溢，同時由于這些產(chǎn)物的不穩(wěn)定性，在等離子體區(qū)域內(nèi)會再次被分解為無害氣體，所以避免了中間產(chǎn)物的二次污染。
參看圖2～圖5，吸附劑床層8與放電電極6和9垂直的結(jié)構(gòu)下，放電時吸附劑床層8緊貼著低溫等離子體區(qū)域；吸附劑床層8與放電電極6和9平行的結(jié)構(gòu)下，放電時吸附劑床層8處于低溫等離子體區(qū)域中。低溫等離子體的作用不僅僅是分解有害氣體和其它污染物，還包括再生吸附劑。吸附劑通過范得華力吸附空氣中的極性分子、大分子和顆粒物，并通過內(nèi)擴散作用使得吸附質(zhì)傳遞到吸附劑孔隙內(nèi)部。對于常見的通過吸附劑凈化空氣的方法，吸附劑床層往往比較厚，并且長時間工作而不加以處理，使得吸附質(zhì)通過內(nèi)擴散作用進入吸附劑很深的區(qū)域，吸附劑再生非常困難。
本發(fā)明的吸附劑床層8具有三個特點(1)采用多層薄板或者網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；(2)吸附劑床層處于等離子體產(chǎn)生的區(qū)域，或者緊貼等離子體產(chǎn)生的區(qū)域；(3)吸附與等離子體凈化交叉進行，每一個循環(huán)時間不長，吸附質(zhì)不會與吸附劑深度粘合。正是因為這三個特點，使得吸附質(zhì)不可能通過內(nèi)擴散進入吸附劑太深，容易溢出，所以通過等離子體的電磁場作用和電子碰撞作用，吸附質(zhì)就會脫離吸附劑的范得華力約束而溢出到空氣中，進而被分解凈化。吸附劑在等離子體作用下解吸，并得以再生。
參看圖2～圖5，低溫等離子體的產(chǎn)生方式也可以是電暈放電和介質(zhì)阻擋放電兩種形式，這在結(jié)構(gòu)上體現(xiàn)為放電極板6和9之間是否有介質(zhì)阻擋板10。如圖2～圖5中，(a)圖對應(yīng)于電暈放電，(b)圖對應(yīng)于介質(zhì)阻擋放電。如果采用電暈放電，放電電壓選取范圍在4kV～20kV之間；如果采用介質(zhì)阻擋放電，放電電壓選取范圍在8kV～40kV之間。放電能量密度介于1W/m3～300W/m3之間。放電電極采用針極-平板結(jié)構(gòu)，陽極是針板6，放電針11高度在1mm～20mm之間，放電針11間距在15mm～30mm之間。針板結(jié)構(gòu)有利于降低放電所需要的電壓，同時促進了放電區(qū)域的低溫等離子體的均勻性。相對而言，介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的低溫等離子體更加均勻，但是需要的電源電壓較高，電暈放電與介質(zhì)阻擋放電在本發(fā)明中各有利弊。如果采用介質(zhì)阻擋放電，介質(zhì)板選取活性氧化鋁材料，其介電系數(shù)很大(一般在10～10.4之間)，且同時也是吸附材料。
本發(fā)明是通過循環(huán)利用吸附劑的吸附功能和等離子體的分解和再生功能來實現(xiàn)空氣凈化的。待凈化氣體的污染程度不同、污染物不同等，必然導(dǎo)致等離子體凈化的時間間隔和每次的持續(xù)時間不同。污染濃度越高，時間間隔越短；污染物越不容易被等離子體分解，每次等離子體凈化的時間就越長。因此，為了使本發(fā)明具有比較廣的適應(yīng)能力，必需對等離子體凈化的時間間隔和每次的持續(xù)時間進行控制，其控制設(shè)備4主要通過圖6中的電路和圖7中的程序流程加以實現(xiàn)。
參看圖6和圖7，通過5個按鍵設(shè)置單片機的定時器1和定時器2的定時時間，其中P1.3按鍵是“確認”鍵，P1.4按鍵是“0、1邏輯選擇”鍵。定時器1可以設(shè)置為三個檔，分別對應(yīng)三個時間間隔，其時間間隔對應(yīng)每個工作循環(huán)中吸附劑吸附的時間；定時器2可以設(shè)置為普通檔和強化檔兩個時間間隔，對應(yīng)于等離子體凈化的時間。定時器1和定時器2的總時間對應(yīng)一個工作循環(huán)。當氣體污染濃度很低時，可以按下P1.0按鍵，設(shè)置定時器1為第1檔；當氣體污染濃度一般時，可以按下P1.1按鍵，設(shè)置定時器1為第2檔；當氣體污染濃度很高時，可以按下P1.2按鍵，設(shè)置定時器1為第3檔。吸附時間關(guān)系為第1檔＞第2檔＞第3檔。當污染物容易分解時，可以將P1.4置于“0”位置，設(shè)置定時器2為普通檔，否則將P1.4置于“1”位置，設(shè)置定時器2為強化檔。等離子體凈化的時間關(guān)系為普通檔＜強化檔。對于各個檔位的具體時間，根據(jù)實際情況決定。
權(quán)利要求
1.一種吸附法與低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法，其特征在于，該方法采用空氣凈化裝置將待凈化的空氣借助電風(fēng)扇首先通過粗濾網(wǎng)，過濾掉比較大的懸浮物，再通過吸附劑床層和高壓電源電暈放電或者介質(zhì)阻擋放電產(chǎn)生的等離子體區(qū)域，使其它有害氣體和懸浮物在進入吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域后，先通過吸附劑床層的吸附劑吸附，再用低溫等離子體區(qū)域進行等離子體凈化，如此循環(huán)，達到徹底凈化空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的空氣凈化裝置由電風(fēng)扇、粗濾網(wǎng)、吸附劑床層和高壓電源低溫等離子體區(qū)域、以及控制電路組成，控制電路用于控制高壓電源的放電回路的通斷，以及電風(fēng)扇轉(zhuǎn)速。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸附劑床層和低溫等離子體區(qū)域吸附凈化流程是吸附劑床層的吸附劑吸附階段，電風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，促進空氣在凈化器中流動，使得吸附劑床層盡快吸附有害氣體和微小懸浮物，此時高壓電源4的放電回路處于斷開狀態(tài)，直至吸附劑接近飽和，則斷開電風(fēng)扇的電源，接通放電回路，放電產(chǎn)生的低溫等離子體使被吸附的有害氣體和懸浮物脫離吸附劑約束，并進而被高壓電源產(chǎn)生的等離子分解為無害的氣體。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述吸附劑床層的吸附劑為活性炭、分子篩、沸石或活性氧化鋁。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸附劑床層為薄板或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，處于等離子體的區(qū)域中，或者緊貼著等離子體區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的吸附劑在等離子體電磁場的作用和電子碰撞作用下解吸，進而再生。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的介質(zhì)阻擋放電所采用的介質(zhì)阻擋板是厚度為1～3mm的活性氧化鋁板材。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的空氣凈化流程，其特征在于吸附劑富集有害氣體和懸浮顆粒的階段，風(fēng)扇高速旋轉(zhuǎn)，放電回路處于斷開狀態(tài)；等離子體凈化階段，風(fēng)扇停止轉(zhuǎn)動或低速旋轉(zhuǎn)，放電回路處于導(dǎo)通狀態(tài)，高壓電源作用于針板—平板電極上產(chǎn)生低溫等離子體。
全文摘要
本發(fā)明公開了吸附法與低溫等離子體相結(jié)合的室內(nèi)空氣凈化方法，涉及一種將空氣中的有害氣體和懸浮物分離出來并分解，從而得到潔凈空氣的方法。本發(fā)明的吸附劑床層處于低溫等離子區(qū)域或者緊貼這一區(qū)域，使低溫等離子體能有效作用于吸附劑。凈化空氣時，先通過吸附劑富集污染氣體和懸浮顆粒，在吸附接近飽和的時候啟動低溫等離子體一段時間，依靠等離子體的電磁場作用、電子碰撞作用解吸和再生吸附劑，并分解釋放出來的氮氧化物、硫氧化物、有機污染物等，如此循環(huán)以實現(xiàn)空氣凈化。本發(fā)明具有適應(yīng)面廣、節(jié)能、高效、成本低、無二次污染、吸附劑無需更換等優(yōu)點。
文檔編號A61L9/01GK1931377SQ20061010465
公開日2007年3月21日 申請日期2006年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月26日
發(fā)明者榮命哲, 劉定新, 王小華, 吳翊 申請人:西安交通大學(xué)