專利名稱：一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，以及該反應(yīng)器的制備工藝。
背景技術(shù)：
隨著生活水平的不斷提高，人們對室內(nèi)空氣質(zhì)量的要求也越來越高，現(xiàn)有的空氣凈化技術(shù)主要目的是除煙塵、有機物，殺菌、消毒、除臭，根據(jù)工作原理可以分為過濾、吸收、活性炭吸附、高壓靜電和低溫等離子、紫外線、光觸媒等幾種，現(xiàn)有技術(shù)往往是上述一種或幾種技術(shù)手段的組合。采用過濾技術(shù)可以除掉一些中、粗顆粒，但是氣溶膠難以除去；采用吸收技術(shù)清除有機物，需要周期性的更換，而且在倒掉吸取液時會污染環(huán)境；活性炭吸附使用的最多，但是在吸附飽和后，需要更換活性炭，使用不方便；在使用活性炭催化劑時，因為C和O3會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)方程式為，使活性炭有消耗，而且會產(chǎn)生二次污染CO；采用低溫等離子和高壓靜電除塵時因為會產(chǎn)生O3，需要專門設(shè)催化反應(yīng)器來除掉O3，使結(jié)構(gòu)變的龐大，該種催化反應(yīng)器需要加熱才能達到工作要求，而且，該種催化反應(yīng)器對于低濃度大風(fēng)量的有機物的凈化效果也不好，耗能大、不經(jīng)濟；在采用紫外線和光觸媒的結(jié)合技術(shù)時，實際效果也不好，而且需要一定的水分子的存在，反應(yīng)不徹底，存在二次污染。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、耗能少，可以消除O3二次污染，可以處理含有可揮發(fā)性有機物含量低、大風(fēng)量的空氣，并且可以長期使用、性能穩(wěn)定、維護保養(yǎng)方便的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器。
本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝。
發(fā)明內(nèi)容為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，包括電暈放電高壓電源和一個以上的電暈放電器，所述的電暈放電器為管線式或板線式結(jié)構(gòu)，所述的電暈放電器之間采用并聯(lián)方式連接，在所述電暈放電器的正極內(nèi)側(cè)有一個催化劑襯網(wǎng)，所述催化劑襯網(wǎng)的形狀和尺寸與電暈放電器正極的形狀和尺寸相應(yīng)，所述催化劑襯網(wǎng)由不銹鋼絲網(wǎng)和包覆在不銹鋼絲網(wǎng)上的催化層組成，所述催化層由載體材料和活性成分組成，所述載體材料包括100重量份的γ-Al2O3，10～15重量份的CeO2，3～5重量份的La2O3，2重量份的ZrO2，所述活性成分由0.1～0.5重量份的Pd、Rh、Pt元素中的任何一種或兩種構(gòu)成。
作為優(yōu)選方案，管線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)可以為圓筒狀，所述的圓筒狀催化劑襯網(wǎng)的外徑略小于正極管的內(nèi)徑；板線線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)也可以為板狀，所述的板狀催化劑襯網(wǎng)的面積略小于正極板的面積。
作為優(yōu)選方案，所述催化劑襯網(wǎng)可以與電暈放電器的正極內(nèi)壁接觸。
作為優(yōu)選方案，還可以在管線式或者板線式電暈放電器的正極內(nèi)壁上有一個厚度為3～5μm的催化劑涂層，所述催化劑涂層含有Pd、Rh、Pt元素中的一種或兩種，正極板由如下工藝步驟制備①將剪裁合用的板材粗糙化；②除油后用水清洗，在草酸中腐蝕，然后陽極氧化，清洗后干燥；③直接在正極板上涂刷Pd黑、Rh黑或Pt黑，或者在正極板上噴涂或涂刷濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2或者RhCl3溶液后，干燥，用氫氣還原，當噴涂或涂刷的為Pd或Rh元素的溶液時，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當噴涂或涂刷為的為Pt元素的溶液時，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時間均為2小時。
所述重量份是指克、千克、公斤、噸等。
電暈放電器的電暈線可以采用鉬絲或不銹鋼絲，正極可以采用鋁板或不銹鋼板。
本發(fā)明還提供了一種用于低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝，其催化劑的制備包括以下步驟①將不銹鋼絲網(wǎng)制成板狀或卷成筒并對卷筒接縫進行焊接；②將步驟①所得的不銹鋼網(wǎng)在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽極氧化，在不銹鋼絲上形成一層氧化膜；③取100重量份的γ-Al2O3加水潤濕，攪勻，加入1重量份的HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑，再加入10～15重量份的CeO2粉體，3～5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，將由②步驟所得的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3～5分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時后，在溫度為500℃的條件下進行一小時的燒結(jié)；④將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2、RhCl3中的一種或一種以上的化合物溶液中浸漬3～5分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時，然后用氫氣還原，當浸漬的金屬為Pd或Rh元素時，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當浸漬的金屬為Pt元素時，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時間均為2小時。
本發(fā)明所采用的電源為直流電壓為7～10KV，脈沖電壓為7～20KV。
在進行燒結(jié)時，可以采用管式爐連續(xù)進出料，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
本發(fā)明采用的粘結(jié)劑可以為Al(NO3)3·9H2O。
本發(fā)明低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器工作原理為空氣進入電暈放電器并從管線式電暈放電器的正極管內(nèi)或板線式電暈放電器的上下極板之間穿過正負極之間的電離場，電暈放電器通電后產(chǎn)生大量的高能電子，高能電子撞擊空氣中的可揮發(fā)性有機物，形成有機自由基和碎片，這些物質(zhì)具有高化學(xué)活性，同時高能電子也會撞擊空氣中的氧氣形成氧原子和臭氧分子，這些物質(zhì)具有較高的氧化能力，不銹鋼絲網(wǎng)上的催化劑吸附上述物質(zhì)，進行催化反應(yīng)，將空氣中的有害的可揮發(fā)性有機物反應(yīng)成為無害的二氧化碳和水，將臭氧反應(yīng)成為氧氣；同時催化劑也可以吸附空氣中的氨氣，使之與氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成氮氣和水，從而將空氣中的有機揮發(fā)物和氨氣變成了無害的物質(zhì)，凈化了空氣，又不會產(chǎn)生臭氧等二次污染，其反應(yīng)方程式如下消除苯的反應(yīng)方程式，………①消除氨氣的反應(yīng)方程式………②消除臭氧的反應(yīng)方程式………③………④消除甲醛的反應(yīng)方程式………⑤通過①和⑤反應(yīng)空氣中的有機揮發(fā)物變成了無害的二氧化碳和水；通過②反應(yīng)空氣中的氨氣變成了無害的氮氣和水；通過③和④反應(yīng)使臭氧變成了氧氣，從而消除了二次污染。
本發(fā)明的有益效果和優(yōu)點在于(1)本發(fā)明通過在電暈放電器的極板內(nèi)側(cè)放置催化劑內(nèi)襯的方法來實現(xiàn)發(fā)明目的，從而使發(fā)明產(chǎn)品結(jié)構(gòu)緊湊。
(2)本發(fā)明在發(fā)生低溫等離子的條件下，利用催化劑加速化學(xué)反應(yīng)，可以處理有機物含量低，大風(fēng)量的空氣。
(3)本發(fā)明的催化劑可以長期使用，不需更經(jīng)常更換催化劑，維護保養(yǎng)方便。
(4)本發(fā)明的技術(shù)方案的實現(xiàn)不需要有空氣中水分的介入，因此空氣凈化效果不受空氣中水份含量的影響。
(5)本發(fā)明將在高能電子撞擊空氣產(chǎn)生的臭氧通過催化反應(yīng)變成了無害的氧氣，因此沒有臭氧的二次污染。


圖1為管線式電暈放電器示意圖；圖2為管線式電暈放電器組合示意圖；圖3為板線式電暈放電器示意圖；圖4為板線式電暈放電器組合示意圖；其中圖1為正極管，2為電暈線，3為催化劑涂層，4為催化劑網(wǎng)，5為電源，6為不銹鋼棒組成電暈極框。
具體實施例方式
本發(fā)明實施例僅用于解釋本發(fā)明，不能限制本發(fā)明。
實施例1取含Cr25％絲徑為0.3mm，網(wǎng)孔邊長為1mm的不銹鋼絲網(wǎng)，將鋼網(wǎng)卷成筒并對接縫進行焊接；在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽極氧化，在絲上形成一層氧化膜；取100重量份的γ-Al2O3加水潤濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑Al(NO3)3·9H2O，再加入10重量份的CeO2粉體，3重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，然后將氧化后的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時后進行烘干，可以采用管式爐自動連續(xù)進出料，進出爐燒結(jié)時間為一小時，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
將上述步驟所得的燒結(jié)有涂層的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCl6溶液中浸漬3分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時，然后在管式爐溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時，然后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為450℃，還原時間為2小時。
參照圖1和圖2，催化劑網(wǎng)(4)放入鋁制的正極管(1)內(nèi)，催化劑卷筒(4)可以與正極管(1)內(nèi)壁接觸。所有的正極管(1)并聯(lián)擠緊，使正極管(1)外壁之間緊密接觸，并且裝在由塑料制成的架座上，將由鉬絲制成的電暈線(2)置于正極管(1)的中心線上，然后用不銹鋼棒(6)將所有的電暈線(2)并聯(lián)起來，電暈線(2)可以用彈簧調(diào)節(jié)擠緊，避免在工作狀態(tài)因溫度變化鋁管(1)伸長將電暈線(2)拉斷，將已組裝好的并聯(lián)的電暈放電器與直流電壓為7～10KV、脈沖電壓為7～20KV的電源(5)串聯(lián)在一起。
本實施例所得的產(chǎn)品編號為1，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當不銹鋼絲網(wǎng)上的金屬元素為Pd或Rh時，也可以起到同樣的效果。
實施例2參照圖1和圖2，使用實施例1所述的方法制備產(chǎn)品時，可以對正極管的內(nèi)壁進行處理，使正極管內(nèi)壁上附著一層化學(xué)成分為Pt元素的為催化劑，其工藝包括以下步驟(1)將鋁板粗糙化，可以用砂紙磨毛表面，然后除油，水清洗，在2％的草酸中腐蝕，然后陽極氧化，清洗后干燥；(2)在步驟(1)所得的鋁板上噴涂濃度為10克/升的Pt元素的鹽溶液，干燥后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為480℃，還原時間為2小時。
也可以在鋁板上直接刷涂Pt黑，使Pt黑的厚度為5μm。
本實施例所得的產(chǎn)品編號為2，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當正極管的內(nèi)壁的催化劑化學(xué)成分為Pd或Rh元素時，也可以起到同樣的效果。
實施例3取含Cr25％絲徑為0.3mm、網(wǎng)孔邊長為1mm的不銹鋼絲網(wǎng)，將不銹鋼網(wǎng)制成板狀，在6％草酸中腐蝕，清水沖洗，陽極氧化，在絲上形成一層氧化膜；取100重量份的γ-Al2O3加水潤濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑Al(NO3)3·9H2O，再加入15重量份的CeO2粉體，5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，然后將氧化后的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，4分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時后進行烘干，可以采用管式爐連續(xù)進出料，爐中間段為恒溫段，恒溫溫度為500℃。
將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的RhCl3的溶液中浸漬4分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時，再用氫氣還原兩小時，還原反應(yīng)的溫度為300℃。
參照圖3和圖4，將制成板狀的催化劑網(wǎng)(4)放在不銹鋼制成的正極板(1)的內(nèi)側(cè)，板狀的催化劑網(wǎng)(4)可以與正極板(1)內(nèi)壁接觸。所有的正極板(1)并聯(lián)擠緊，并使正極板緊密接觸，然后裝在由塑料制成的架座上，將由不銹鋼絲制成的電暈線(2)置于正極板(1)之間，然后用不銹鋼棒(6)將所有的電暈線(2)并聯(lián)起來，電暈線(2)可以用彈簧調(diào)節(jié)擠緊，避免在工作狀態(tài)因溫度變化鋁管伸長將電暈線(2)拉斷，將已組裝的并聯(lián)的電暈放電器與直流電壓為7～10KV、脈沖電壓為7～20KV的電源(5)串聯(lián)在一起。
本實施例所得的產(chǎn)品編號為3，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當不銹鋼絲網(wǎng)上的催化劑活性成分為Pd或Pt元素時，可以起到同樣的效果。
實施例4參照圖3和圖4，在使用實施例3所述的方法制備產(chǎn)品時，還可以對不銹鋼正極板的內(nèi)壁進行處理，使正極板內(nèi)壁上附著一層化學(xué)成分為Pd元素的為催化劑，其工藝包括步驟(1)將不銹鋼板粗糙化，可以用砂紙磨毛表面，然后除油，水清洗，在5％草酸中腐蝕，然后陽極氧化，清洗后干燥；(2)在步驟(1)所得的不銹鋼板上噴涂或刷涂噴涂濃度為10克/升的Pd元素的鹽溶液，干燥后用氫氣還原，還原反應(yīng)溫度為300℃，還原時間為2小時。
也可以在鋁板上直接刷涂Pd黑，使Pd黑的厚度為3μm。
本實施例所得的產(chǎn)品編號為4，其凈化效果如表1～4所示。
同理，當正極管的內(nèi)壁的催化劑化學(xué)成分為Pt或Rh元素時，也可以起到同樣的效果。
表1.清除空氣中氨氣的凈化效果 檢測標準GB50325-2001.6.0.4表2.清除空氣中甲醛的凈化效果 檢測標準GB50325-2001.6.0.4表3.清除空氣中苯的凈化效果 檢測標準GB50325-2001.6.0.4表4.工作狀態(tài)下臭氧的清除效果 使用碘量法，檢測標準參照CJ/T3028.2-94。
上述實驗數(shù)據(jù)均是在30立方米標準實驗氣室內(nèi)進行實驗所測試得到。
權(quán)利要求
1.一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，包括電暈放電高壓電源和一個以上的電暈放電器，所述的電暈放電器為管線式或板線式結(jié)構(gòu)，所述的電暈放電器之間采用并聯(lián)方式連接，其特征在于，在所述電暈放電器的正極內(nèi)側(cè)有一個催化劑襯網(wǎng)，所述催化劑襯網(wǎng)的形狀和尺寸與電暈放電器正極的形狀和尺寸相應(yīng)，所述催化劑襯網(wǎng)由不銹鋼絲網(wǎng)和包覆在不銹鋼絲網(wǎng)上的催化層組成，所述催化層包括載體材料和活性成分，所述載體材料由100重量份的γ-Al2O3，10～15重量份的CeO2，3～5重量份的La2O3，2重量份的ZrO2組成，所述活性成分由0.1～0.5重量份的Pd、Rh、Pt元素中的任何一種或兩種組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，管線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)為圓筒狀，所述的圓筒狀催化劑襯網(wǎng)的外徑略小于正極管的內(nèi)徑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，板線線式電暈放電器正極管內(nèi)的催化劑襯網(wǎng)為板狀，所述的板狀催化劑襯網(wǎng)的面積略小于正極板的面積。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，所述催化劑襯網(wǎng)可以與電暈放電器的正極內(nèi)壁接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，在管線式或者板線式電暈放電器的正極內(nèi)壁上有一個厚度為3～5μm的催化劑層，所述催化劑層含有Pd、Rh、Pt元素中的一種或兩種，由如下工藝步驟制備①將剪裁合用的板材粗糙化；②除油后用水清洗，在草酸中腐蝕，然后陽極氧化，清洗后干燥；③直接在正極板上涂刷Pd黑、Rh黑或Pt黑，或者在正極板上噴涂或涂刷濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2或者RhCl3溶液后，干燥，用氫氣還原，當噴涂或涂刷的為Pd或Rh元素的溶液時，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃，當噴涂或涂刷為的為Pt元素的溶液時，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時間均為2小時。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器，其特征在于，電暈放電器的電暈線采用鉬絲或不銹鋼絲，正極板采用鋁板或不銹鋼板。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝，其特征在于，所述催化劑襯網(wǎng)的制作包括以下步驟①將不銹鋼絲網(wǎng)制成板狀或卷成筒并對卷筒接縫進行焊接；②將步驟①所得的不銹鋼網(wǎng)在草酸中腐蝕，清水沖洗，陽極氧化，在不銹鋼絲上形成一層氧化膜；③取100重量份的γ-Al2O3加水潤濕，攪勻，加入1重量份的濃HNO3打漿，加入1重量份的粘結(jié)劑，再加入10～15重量份的CeO2粉體，3～5重量份的La2O3粉體，2重量份的ZrO2粉體攪勻成為漿料，將由②步驟所得的不銹鋼網(wǎng)浸入所得的漿料，3～5分鐘后取出，用壓縮空氣吹去多余的涂料部分然后在溫度為100℃條件下干燥兩小時后，在溫度為500℃的條件下進行一小時的燒結(jié)；④將上述步驟所得的不銹鋼絲網(wǎng)，在濃度為10克/升的H2PtCL6、PdCl2、RhCl3中的一種或一種以上的化合物溶液中浸漬3～5分鐘，取出后在溫度為100℃的條件下干燥兩小時，然后在溫度為500℃的條件下燒結(jié)一小時，然后用氫氣還原，當浸漬的金屬為Pd或Rh元素時，還原反應(yīng)的溫度應(yīng)為300℃；當浸漬的金屬為Pt元素時，還原反應(yīng)溫度為450到500℃，還原時間均為2小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器的制備工藝其特征在于，所述粘結(jié)劑為Al(NO3)3·9H2O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低溫等離子空氣凈化催化反應(yīng)器及其制備工藝，可以消除O
文檔編號B01D53/86GK1698937SQ20051006653
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月28日
發(fā)明者李毅民, 孫世玉 申請人:北京碧空催化劑有限公司