專利名稱：等離子體放電催化空氣凈化器的制作方法
技術領域：
等離子體放電催化空氣凈化器屬于環(huán)境保護和醫(yī)療衛(wèi)生領域，特別涉及到空氣凈化技術領域。
背景技術：
隨著科技的進步和人類文明的發(fā)展，人類賴以生存的大氣質(zhì)量卻在下降，尤其是室內(nèi)空氣污染還在日益加劇。室內(nèi)空氣污染主要是有害難降解有機化合物污染和微生物污染。這些污染會導致多種疾病，如白血病、癌癥等。因此，如何創(chuàng)造一個清潔的人居綠色環(huán)境是關系到廣大人民群眾身體健康甚至生命安全的頭等大事。
為了凈化被污染的空氣，人們研制了各種空氣凈化器。室內(nèi)空氣凈化器主要是分為除塵式空氣凈化器、除菌式空氣凈化器和除揮發(fā)性有機化合物(VOC)式空氣凈化器三種類型。目前國內(nèi)市場上銷售的空氣凈化器主要是除塵式空氣凈化器，近幾年出現(xiàn)的光觸媒空氣凈化器雖然在原理上具有降解VOC的功能，但實際效率很不理想。
經(jīng)檢索，在現(xiàn)有文獻中沒有利用等離子體放電催化降解有害氣體的凈化技術。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提出了一種等離子體放電催化空氣凈化技術，本發(fā)明能夠很好地除塵，又能有效地降解VOC，并能滅菌消毒，是集三個功能于一體的新型空氣凈化技術。
本發(fā)明的特征在于，在凈化器的除塵區(qū)后有一個等離子體放電催化區(qū)，該等離子體放電催化區(qū)是等離子體放電產(chǎn)生等離子體和紫外光對半導體光催化劑進行催化，產(chǎn)生羥基自由基對有害氣體進行降解和滅菌消毒的等離子體放電催化區(qū)。
所述等離子體放電催化區(qū)含有能產(chǎn)生等離子體的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極。
所述等離子體放電催化區(qū)含有催化子區(qū)，該催化子區(qū)含有在氣路的垂直方向上依次排列的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極，所述負載有半導體光催化劑的電極之間相互并聯(lián)，在兩個相鄰的負載有半導體光催化劑的電極之間有相互并聯(lián)的電暈極。
所述等離子體放電催化區(qū)含有兩個或兩個以上在氣路上依次串聯(lián)的催化子區(qū)，且相鄰催化子區(qū)的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極的位置是錯開的。
上述的電暈極可以是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極。負載有半導體光催化劑的電極可以是網(wǎng)電極、板電極、型板電極、管電極或蜂窩狀電極。
所述半導體光催化劑是TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子，或摻雜有貴金屬Pt、Pd、Au、Rh或Ag中的任意一種或幾種的TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子，或由TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子間復合組成的復合半導體光催化劑，或由TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子中的任意一種或幾種與ZnO2、HgS、PbS、、AgI、SnO2、SiO2、ZrO2或Al2O3中的任意一種或幾種復合組成的復合半導體光催化劑。
所述除塵區(qū)可以采用極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生等離子體，使塵埃荷電，電暈極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極，另一電極為板電極或型板電極。所述除塵區(qū)還可以采用過濾除塵或吸附除塵。
所述除塵區(qū)可以為雙區(qū)，第I區(qū)為荷電區(qū)，第II區(qū)為收塵區(qū)。這時的等離子體放電催化空氣凈化器就變成了三區(qū)等離子體放電催化空氣凈化器，第I區(qū)為荷電區(qū)，第II區(qū)為收塵區(qū)，第III區(qū)為催化區(qū)。
實驗證明，本發(fā)明所提出的等離子體放電催化空氣凈化器能有效除塵，并有效降解VOC和滅菌消毒，達到了預期的目的。


圖1是三區(qū)等離子體放電催化空氣凈化器示意圖，圖1(a)為主視圖，圖1(b)為俯視圖。
圖2是另一種三區(qū)等離子體放電催化空氣凈化器的結(jié)構示意圖，圖中催化區(qū)只有一個催化子區(qū)，圖2(a)為主視圖，圖2(b)為俯視圖。
圖3是圖2催化區(qū)含有3個催化子區(qū)的結(jié)構示意圖。
上述圖中1為鋸齒形尖電極，2為板電極，3為網(wǎng)電極，4為鋸齒形尖電極組。
具體實施例方式本發(fā)明提出的“等離子體放電催化空氣凈化器”，分為兩個部分，除塵區(qū)和等離子體放電催化區(qū)。除塵區(qū)又可分為單區(qū)除塵和雙區(qū)除塵兩種結(jié)構。對于單區(qū)除塵，除塵區(qū)通過極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生等離子體，等離子體附著于灰塵上并使灰塵在電場力和機械力(由風機或中央空調(diào)系統(tǒng)中風力產(chǎn)生)作用下作定向運動，灰塵被吸附在電極上；對于雙區(qū)除塵，除塵區(qū)又分為荷電區(qū)和收塵區(qū)，其中荷電區(qū)與上述單區(qū)除塵的除塵區(qū)相同，在荷電區(qū)中沒有除凈的灰塵在電場力和機械力作用下到達收塵區(qū)，被收塵區(qū)的收塵電極吸附，所以雙區(qū)除塵的除塵效率比單區(qū)除塵的除塵效率高。除塵區(qū)也可以采用過濾和吸附形式。等離子體放電催化區(qū)將半導體光催化劑粒子(如TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe、WO3等)采用抗氧化AB膠負載于不銹鋼網(wǎng)電極(可以有許多個順序排列)上，光催化劑粒子在極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生的等離子體(可產(chǎn)生大量等離子體和紫外光)催化下可產(chǎn)生大量的電子一空穴對，空穴與催化劑表面的水反應生成氧化能力極強的羥基自由基。羥基自由基的氧化還原電位為2.80V，幾乎與自然界中氧化能力最強的氟(其氧化還原電位為2.87V)相當，因此，它可以氧化幾乎所有的有機物，甚至完全礦化，同時，羥基自由基可以有效地殺滅病菌病毒。由于該區(qū)采用極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生的等離子體和紫外光同時對催化劑進行催化，其催化作用要遠高于單純的光催化，因而降解VOC的效率和滅菌消毒效果要優(yōu)于單純的光催化。為了提高催化劑的催化能力，上述半導體光催化劑TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe、WO3等中可以摻雜Pt、Pd、Au、Rh、Ag等貴金屬；為了增大比表面積，提高反應速率，上述半導體光催化劑間可以復合組成復合半導體光催化劑，或上述半導體光催化劑可以與ZnO2、HgS、PbS、、AgI、SnO2、SiO2、ZrO2、Al2O3等復合組成復合半導體光催化劑。
圖1是三區(qū)等離子體放電催化空氣凈化器的內(nèi)部結(jié)構示意圖。
第I區(qū)為荷電區(qū)，采用極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生等離子體，使灰塵荷電，電暈電極是鋸齒形尖電極，電暈電極也可以為星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極等；另一電極為板電極，也可以為型板電極等。電壓可以為直流電壓，或脈沖電壓等。
第II區(qū)為收塵區(qū)，采用均勻電場或稍不均勻電場，電極為板電極，也可以是型板電極、柱形電極組合等。電壓可以為直流電壓，或脈沖電壓等。
第III區(qū)為催化區(qū)，采用極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生等離子體和紫外光，同時對催化劑進行催化，其催化作用要遠高于單純的光催化，因而降解VOC的效率和滅菌消毒的效果要優(yōu)于單純的光催化。電暈電極是鋸齒形尖電極，電暈電極也可以為星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極等。圖中負載催化劑的電極為不銹鋼網(wǎng)電極(可以有許多個)，也可以為板電極、型板電極、管電極或蜂窩狀電極等，以利于空氣流動；第III區(qū)的電極結(jié)構也可以與第I區(qū)相同，這時可將催化劑負載于板電極上。
另一種方案如圖2所示，其中第I區(qū)和第II區(qū)與圖1一致，第III區(qū)采用了另一種方式，由鋸齒形尖電極組(或其它電暈極)和負載半導體催化劑的板電極(或其它電極)在氣路的垂直方向上依次排列，板電極之間相互并聯(lián)，在兩個相鄰的板電極之間有相互并聯(lián)的鋸齒形尖電極組。
圖2中的催化區(qū)可以有兩個或兩個以上催化子區(qū)在氣路上串聯(lián)組成，如圖3所示。每個子區(qū)的內(nèi)部結(jié)構與圖2的催化區(qū)一樣，相鄰催化子區(qū)之間的電極相互錯開，即前一個催化子區(qū)的鋸齒形尖電極組對應后一催化子區(qū)的板電極；前一催化子區(qū)的板電極對應后一催化子區(qū)的鋸齒尖電極組。這樣通過前一催化子區(qū)鋸齒形尖電極位置而未與板電極上半導體光催化劑接觸的氣體在后一催化子區(qū)中就有機會與半導體光催化劑接觸，因而提高了降解VOCs和滅菌消毒的能力。如果在氣路中設置一個紊流裝置，效果會更好。
同樣，圖2和圖3所示方案中的電暈極也可以是星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極等，負載催化劑的電極也可以是型板電極、柱形電極組合、網(wǎng)電極、管電極等。
圖中的風機是為了使空氣定向運動，如果使用在中央空調(diào)系統(tǒng)中，可以不用風機。
權利要求
1.等離子體放電催化空氣凈化器，含有除塵區(qū)，其特征在于，在所述除塵區(qū)后還有一個等離子體放電催化區(qū)，該等離子體放電催化區(qū)是等離子體放電產(chǎn)生等離子體和紫外光對半導體光催化劑進行催化，產(chǎn)生羥基自由基對有害氣體進行降解和滅菌消毒的等離子體放電催化區(qū)。
2.如權利要求1所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述等離子體放電催化區(qū)含有能夠產(chǎn)生等離子體的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極。
3.如權利要求2所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，等離子體放電催化區(qū)含有催化子區(qū)，該催化子區(qū)含有在氣路的垂直方向上依次排列的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極，所述負載有半導體光催化劑的電極之間相互并聯(lián)，在兩個相鄰的負載有半導體光催化劑的電極之間有相互并聯(lián)的電暈極。
4.如權利要求3所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，等離子體放電催化區(qū)含有兩個或兩個以上在氣路上依次串聯(lián)的催化子區(qū)，且相鄰催化子區(qū)的電暈極和負載有半導體光催化劑的電極的位置是錯開的。
5.如權利要求2、3或4所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述電暈極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極。
6.如權利要求2、3或4所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述負載有半導體光催化劑的電極是網(wǎng)電極、板電極、型板電極、管電極或蜂窩狀電極。
7.權利要求1所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述半導體光催化劑是TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子，或摻雜有貴金屬Pt、Pd、Au、Rh或Ag中的任意一種或幾種的TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子，或由TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子間復合組成的復合半導體光催化劑，或由TiO2、ZnO、ZnS、Fe2O3、CdS、CdSe或WO3粒子中的任意一種或幾種與ZnO2、HgS、PbS、、AgI、SnO2、SiO2、ZrO2或Al2O3中的任意一種或幾種復合組成的復合半導體光催化劑。
8.如權利要求1所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述除塵區(qū)采用極不均勻電場的電暈放電產(chǎn)生等離子體，使塵埃荷電，電暈極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極或針電極，另一電極為板電極或型板電極。
9.如權利要求1所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述除塵區(qū)采用過濾除塵或吸附除塵。
10.如權利要求1所述的等離子體放電催化空氣凈化器，其特征在于，所述除塵區(qū)為雙區(qū)，第一區(qū)為荷電區(qū)，第二區(qū)為收塵區(qū)。
全文摘要
等離子體放電催化空氣凈化器屬于環(huán)境保護和醫(yī)療衛(wèi)生領域，特別涉及到空氣凈化技術領域。其特征在于，該凈化器含有等離子體放電催化區(qū)，該區(qū)利用等離子體放電產(chǎn)生等離子體和紫外光對半導體光催化劑進行催化，產(chǎn)生羥基自由基對有害氣體進行降解和滅菌消毒。產(chǎn)生等離子體的電暈極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極、針電極等，負載有半導體光催化劑的電極是網(wǎng)電極、板電極、型板電極、管電極、蜂窩狀電極等，半導體光催化劑是TiO
文檔編號F24F3/16GK1785485SQ20051011420
公開日2006年6月14日 申請日期2005年10月21日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者楊學昌, 周飛, 陳波 申請人:清華大學