包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)和制造該吸附單元的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種空氣凈化系統(tǒng)，其具有配備有催化劑的吸附單元，所述空氣凈化系統(tǒng)包括：第一凈化單元，其具有包括吸附部分和催化部分的結(jié)構(gòu)，所述吸附部分用于對在外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物進行吸附，所述催化部分用于通過氧化反應(yīng)來對在所述吸附部分上吸附的氣體污染物進行凈化；解吸單元，用于通過向所述第一凈化單元供應(yīng)空氣來解吸在所述第一凈化單元中吸附的氣體污染物；以及，第二凈化單元，用于對包含從所述第一凈化單元解吸的氣體污染物的空氣進行凈化，其中，所述解吸單元在旋轉(zhuǎn)所述第一凈化單元的同時解吸在所述第一凈化單元的預(yù)定區(qū)域上吸附的氣體污染物。所述空氣凈化系統(tǒng)的益處在于：可以對在流入的空氣中包含的氣體污染物進行一級和二級凈化，因此改善凈化性能。
【專利說明】包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)和制造該吸附單元的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)和制造該吸附單元的方法，并且更具體地涉及包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)和制造該吸附單元的方法，該吸附單元能夠有效地從被污染的空氣中去除氣體污染物。
【背景技術(shù)】
[0002]通常，空氣凈化系統(tǒng)被廣泛用作處理污染物的方法，諸如針對在家庭住宅、大型設(shè)施或工業(yè)場合的空氣中所含的細菌、異味、揮發(fā)性有機化合物(VOC )以及其他有害成分進行處理，來提供清潔的空氣。
[0003]此類空氣凈化系統(tǒng)包括:多個用于處理諸如灰塵和細菌等顆粒物質(zhì)的過濾器；以及用于處理諸如異味、揮發(fā)性有機化合物和有害成分等氣體物質(zhì)的除臭過濾器。作為用于處理顆粒物質(zhì)的過濾器，一般使用利用顆粒篩分效果的篩式過濾器和利用靜電現(xiàn)象的靜電過濾器。
[0004]而且，對于用于處理氣體物質(zhì)的除臭過濾器，一般使用利用活性炭和沸石的固定床吸附過濾器和利用臭氧的臭氧氧化過濾器。
[0005]然而，固定床吸附過濾器的問題在于:被吸附污染物的解吸受到諸如溫度和濃度等的外部因素的影響，因為平衡吸附率(equilibium adsorptivity)在低溫下變得低，并且污染物的吸附是通過物理結(jié)合來進行的，并且其使用期限縮短，因為它沒有自我再生(self-regeneration)功倉泛。
[0006]臭氧氧化過濾器的益處在于:它可以長時間被使用而無需更換，因為它使用的是臭氧的氧化能力，但是它的問題在于:當未反應(yīng)的臭氧被排放到外部時，會引起哮喘和過敏等，因為臭氧是環(huán)境污染物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]因此，設(shè)計出本發(fā)明來解決上述問題，并且本發(fā)明的目的是提供一種包括吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)和一種制造吸附單元的方法，其中，該吸附單元可以更有效率地針對在流入的空氣中所包含的氣體污染物進行凈化，并且可以將凈化效率維持很長時間。
[0009]對于問題的解決方案
[0010]為了實現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明的一個方面提供了一種具有配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)，所述空氣凈化系統(tǒng)包括:第一凈化單元，其具有包括吸附部分和催化部分的結(jié)構(gòu)，所述吸附部分用于對在外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物進行吸附，所述催化部分用于通過氧化反應(yīng)來凈化在所述吸附部分上吸附的氣體污染物；解吸單元，用于通過向所述第一凈化單元供應(yīng)空氣來解吸在所述第一凈化單元中吸附的氣體污染物；以及，第二凈化單元，用于對包含從所述第一凈化單元解吸的氣體污染物的空氣進行凈化，其中，所述解吸單元在所述第一凈化單元被旋轉(zhuǎn)的同時解吸在所述第一凈化單元的預(yù)定區(qū)域上吸附的氣體污染物。
[0011]在此，所述催化部分可以包括選自由鉬、銠、鈷、鑰和鈀構(gòu)成的組的至少一種。
[0012]而且，當通過所述解吸單元解吸氣體污染物時，可以進行氧化反應(yīng)。
[0013]而且，所述吸附部分可以包括選自由沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅構(gòu)成的組的至少一種。
[0014]而且，所述第二凈化單元可以包括:熱交換單元，用于對包含從所述第一凈化單元解吸的氣體污染物的空氣進行熱交換；污染物回收單元，用于從已經(jīng)通過所述熱交換單元的空氣中回收氣體污染物和水；以及，空氣供應(yīng)單元，用于向所述第一凈化單元供應(yīng)已經(jīng)通過所述污染物回收單元的空氣。
[0015]而且，所述污染物回收單元可以是冷凝器。
[0016]所述空氣凈化系統(tǒng)可以進一步包括污染物去除單元，其位于所述第一凈化單元的上游處，并且去除在所述外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物。
[0017]為了實現(xiàn)上面的目的，本發(fā)明的另一個方面提供了一種制造配備有催化劑的吸附單元的方法，包括步驟:(a)將催化部分溶解于溶劑中，以形成第一溶液；(b)向所述第一溶液加入吸附部分，以形成第二溶液；(C)對所述第二溶液進行超聲波處理以將所述催化部分與所述吸附部分結(jié)合；(d)對與所述催化部分結(jié)合的所述吸附部分進行干燥；并且，Ce)對干燥后的與所述催化部分結(jié)合的吸附部分進行活化。
[0018]本發(fā)明的有益效果
[0019]根據(jù)本發(fā)明的空氣凈化系統(tǒng)的益處在于:可以針對在流入的空氣中所包含的氣體污染物進行一級和二級凈化，因此改善凈化性能。
[0020]而且，根據(jù)本發(fā)明的空氣凈化系統(tǒng)的益處在于:在低溫下進行使用催化氧化來針對氣體污染物進行凈化的工藝，使得不另外需要空氣加熱器、氧化反應(yīng)器和溫度控制器等，由此減小其大小和生產(chǎn)成本。
[0021]而且，根據(jù)本發(fā)明的空氣凈化系統(tǒng)的益處在于:可以更容易地回收氣體污染物，因為它們可以被液化。
[0022]而且，根據(jù)本發(fā)明的空氣凈化系統(tǒng)的益處在于:在所述第一凈化單元中連續(xù)地吸附和解吸氣體污染物，因此保持了所述第一凈化單元的凈化效率，并且同時增大所述第一凈化單元的使用期限。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]通過結(jié)合附圖進行的下面的詳細說明，將更清楚地理解本發(fā)明的上述和其他目的、特征和其他優(yōu)點，在附圖中:
[0024]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)的框圖；
[0025]圖2和圖3是說明空氣凈化系統(tǒng)的第一凈化單元的操作的示意圖；
[0026]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)的框圖；以及
[0027]圖5是示出制造吸附單元的方法的流程圖?！揪唧w實施方式】
[0028]以下，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。在所有附圖中，相同的附圖標號用于指明相同或類似的部件，并且省略了重復(fù)的說明。而且，在本發(fā)明的說明中，當確定現(xiàn)有技術(shù)的詳細說明將混淆本發(fā)明的主旨時，將省略其說明。而且，本發(fā)明的技術(shù)思想不限于這些實施例，并且可以被本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員執(zhí)行。
[0029]圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)的框圖，并且圖2和圖3是說明空氣凈化系統(tǒng)的第一凈化單元的操作的示意圖。
[0030]如圖1至圖3中所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的空氣凈化系統(tǒng)I包括第一凈化單元10、解吸單元20和第二凈化單元30。
[0031]第一凈化單元10針對在外部供應(yīng)的空氣(al)中所包含的氣體污染物進行吸附和凈化。
[0032]在該情況下，第一凈化單元10可以具有包括下述部分的結(jié)構(gòu):吸附部分，用于對在流入的空氣(al)中所包含的氣體污染物進行吸附；以及，催化部分，用于通過氧化反應(yīng)來針對在吸附部分上吸附的氣體污染物進行凈化。
[0033]而且，可以在預(yù)定方向上旋轉(zhuǎn)第一凈化單元10，并且可以在低溫(例如，20?200°C )下執(zhí)行在催化部分中的氣體污染物的氧化反應(yīng)。
[0034]而且，吸附部分可以包括沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅中的至少一種，并且催化部分可以包括鉬、銠、鈷、鑰和鈀中的至少一種。作為包括吸附部分和催化部分的結(jié)構(gòu)的實例，當吸附材料是多孔二氧化硅時，該結(jié)構(gòu)可以被配置使得使用催化部分來涂敷在吸附部分中形成的多個孔。
[0035]因此，在第一凈化單元10中，該吸附部分包含對氣體污染物具有優(yōu)良吸附性的沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅中的至少一種，可以針對在外部供應(yīng)的空氣(al)中所包含的氣體污染物進行吸附，而該催化部分包含對氣體污染物具有優(yōu)良反應(yīng)性的鉬、銠、鈷、鑰和鈀中的至少一種，可以通過在低溫下對氣體污染物進行氧化反應(yīng)來針對氣體污染物進行凈化。
[0036]解吸單元20通過向第一凈化單元10供應(yīng)空氣來從第一凈化單元10解吸在第一凈化單元10中吸附的氣體污染物。
[0037]在該情況下，解吸單元20可以通過向第一凈化單元10的預(yù)定吸附區(qū)域供應(yīng)空氣來從第一凈化單元10解吸在第一凈化單元10中吸附的氣體污染物。以下，將參考圖2來詳細描述使用解吸單元20解吸在第一凈化單元10中吸附的氣體污染物的工藝。
[0038]解吸單元20可以進一步包括加熱單元，用于加熱向第一凈化單元10的預(yù)定吸附區(qū)域供應(yīng)的空氣(a3)。
[0039]在此，解吸單元20包括用于對向第一凈化單元10的預(yù)定吸附區(qū)域供應(yīng)的空氣(a3)進行加熱的加熱單元的原因在于，通過使得向第一凈化單元10的吸附區(qū)域供應(yīng)的空氣(a3)的溫度等于或高于氣體污染物的吸附溫度，可以容易地進行氣體污染物離開第一凈化單元10的吸附區(qū)域的解吸，以及由催化部分進行的氣體污染物的氧化反應(yīng)。
[0040]被加熱單元加熱的空氣(a3)的溫度可以是50?500°C，并且優(yōu)選地是100?300。。。[0041]第二凈化單元30對空氣進行凈化，接受凈化的空氣中包含副產(chǎn)物、水以及氣體污染物，這些副產(chǎn)物、水以及氣體污染物是由于解吸單元20從第一凈化單元10解吸出氣體污染物，然后該氣體污染物經(jīng)過氧化反應(yīng)而產(chǎn)生的。
[0042]在該情況下，第二凈化單元30包括:熱交換單元32，用于對包含從第一凈化單元10解吸的氣體污染物的空氣(a4)進行熱交換；污染物回收單元34，用于從已經(jīng)通過熱交換單元32的空氣(a5)中回收氣體污染物和水；以及，空氣供應(yīng)單元36，用于向第一凈化單元10供應(yīng)已經(jīng)通過污染物回收單元34的空氣(a6)。
[0043]在此，污染物回收單元34可以是冷凝器，其可以通過使氣體污染物液化來回收氣體污染物。
[0044]如此一來，在第二凈化單元30中，污染物回收單元34通過使氣體污染物液化來從已經(jīng)通過熱交換單元32的空氣(a5)中回收氣體污染物，并且空氣供應(yīng)單元36將空氣(a6)(污染物回收單元34從空氣a6中回收氣體污染物)供應(yīng)至第一凈化單元10，以使得被供應(yīng)到第一凈化單元10的空氣(a7)中剩余的氣體污染物得到進一步的凈化。
[0045]如圖2中所示，第一凈化單元可以在外部供應(yīng)的空氣(al)通過第一凈化單元10時對在該空氣中包含的氣體污染物進行吸附。
[0046]第一凈化單元10在預(yù)定方向上連續(xù)地旋轉(zhuǎn)。在該情況下，因為氣體污染物被吸附在第一凈化單元10的吸附區(qū)域(d2)上并且然后通過第一凈化單元10的旋轉(zhuǎn)被定位在其解吸區(qū)域(dl)上，所以可以通過向其解吸區(qū)域(dl)供應(yīng)的空氣(a3)來從第一凈化單元10解吸氣體污染物。
[0047]因此，在第一凈化單元10中，因為連續(xù)地吸附和解吸氣體污染物，所以可以自我再生第一凈化單元10，因此保持了針對氣體污染物的凈化效率，并且同時增大了第一凈化單元10的使用期限。
[0048]而且，如圖3中所示，包含氣體污染物的外部供應(yīng)的空氣(al)通過第一凈化單元10的吸附區(qū)域(d2)，并且然后被凈化，并且可以通過從解吸單元20向其解吸區(qū)域(dl)供應(yīng)的空氣(a3)來解吸位于其解吸區(qū)域(dl)上的氣體污染物。
[0049]在該情況下，可以將外部供應(yīng)的空氣(al)的一部分(all)用作空氣(a3)。該空氣(all)用于冷卻在將解吸區(qū)域(dl)轉(zhuǎn)換為吸附區(qū)域(d2)之前存在的區(qū)域(d3)。
[0050]圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)的框圖。
[0051]如圖4中所示，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的空氣凈化系統(tǒng)I包括:第一凈化單元10 ;污染物去除單元40，其位于第一凈化單元10的上游，并且從外部供應(yīng)的空氣中去除氣體污染物；后處理單元50，其位于第一凈化單元10的下游，并且去除在已經(jīng)通過第一凈化單元10的空氣中剩余的顆粒污染物和氣體污染物；解吸單元20 ;以及，第二凈化單元30。
[0052]在此，污染物去除單元40可以是初級空氣過濾器(air filter)、中性能空氣過濾器(medium filter)、HEPA過濾器(高效顆?？諝膺^濾器)或靜電過濾器，并且后處理單元50可以是用于去除氣體污染物的活性炭過濾器或用于去除顆粒污染物的HEPA或靜電過濾器。多個污染物去除單元40和多個后處理單元50可以分別位于第一凈化單元10的上游和下游。
[0053]圖5是示出制造配備有催化劑的吸附單元的方法的流程圖。[0054]如圖5中所示，制造配備有催化劑的吸附單元的方法包括下面的步驟。首先，將催化部分溶解于溶劑中(S10)。
[0055]在步驟10 (SlO)中，溶劑可以是水、乙醇或水和乙醇的混合溶劑，并且催化部分可以包括鉬、銠、鈷、鑰和鈀中的至少一種。催化部分可以以基于吸附部分的量的0.01?25wt%的量被置于水、乙醇或水和乙醇的混合溶劑內(nèi)。
[0056]在步驟10 (SlO)后，該方法可以進一步包括步驟:攪拌包含催化部分的溶液。
[0057]隨后，向包含催化部分的溶液加入吸附部分(S20)。
[0058]在步驟20 (S20)中，吸附部分可以包括沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅中的至少一種。
[0059]隨后，對包含催化部分和吸附部分的溶液進行超聲波處理，以將催化部分與吸附部分結(jié)合(S30)。
[0060]在步驟30 (S30)中，可以通過超聲波發(fā)生器來進行吸附部分的超聲波處理，并且其超聲波處理時間可以是2小時或更少，并且優(yōu)選地是20?60分鐘。
[0061]隨后，取出與催化部分結(jié)合的吸附部分并對其進行干燥(S40)。
[0062]在步驟40 (S40)中，可以在溫度50?200°C下干燥與催化部分結(jié)合的吸附部分。進行與催化部分結(jié)合的吸附部分的干燥以便去除和干燥在吸附部分中剩余的漿液。
[0063]隨后，使用氫氣或諸如氦氣或氮氣的惰性氣體來以催化方式活化干燥后的吸附部分(S50)。
[0064]在步驟50 (S50)中，可以在溫度100?500°C，并且優(yōu)選地在200?300°C下進行干燥后的吸附部分的催化活化，并且，其催化活化時間可以是5小時或更少，并且優(yōu)選地為2小時。
[0065]而且，在步驟50 (S50)中，當以催化方式活化與催化部分結(jié)合的吸附部分時，制備出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的配備有催化劑的吸附單元。配備有催化劑的吸附單元可以是包括下述部分的結(jié)構(gòu):吸附部分，其包括沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅中的至少一種；以及，催化部分，其包括鉬、銠、鈷、鑰和鈀中的至少一種。
[0066]根據(jù)本發(fā)明的包括配備有催化劑的吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)I允許第一凈化單元10通過將在外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物吸附來對這些氣體污染物進行一級凈化，并且允許第二凈化單元20通過針對由解吸單元20從第一凈化單元10解吸的氣體污染物進行液化和回收來針對這些氣體污染物進行二級凈化，由此改善空氣凈化系統(tǒng)I的凈化性能。
[0067]而且，根據(jù)空氣凈化系統(tǒng)1，通過使用催化部分的氣體污染物的催化氧化來針對在吸附部分上吸附的氣體污染物進行凈化的工藝是在低溫下進行的，使得不另外需要空氣加熱器、氧化反應(yīng)器和溫度控制器等，由此降低其大小和生產(chǎn)成本。
[0068]而且，根據(jù)空氣凈化系統(tǒng)1，因為污染物回收單元34可以通過將氣體污染物和水冷凝來回收氣體污染物，所以可以更容易地去除氣體污染物。
[0069]而且，根據(jù)空氣凈化系統(tǒng)1，在第一凈化單元10中連續(xù)地吸附和解吸氣體污染物，使得可以自我再生第一凈化單元10，由此保持了第一凈化單元10的凈化效率并且同時增大第一凈化單元10的使用期限。
[0070]將根據(jù)本發(fā)明的包括吸附單元(包含0.lwt%的鉬)的空氣凈化系統(tǒng)的凈化性能與傳統(tǒng)的空氣凈化系統(tǒng)作比較，并且在下面的表1中給出其結(jié)果。而且，在下面的表2中給出根據(jù)本發(fā)明的包括吸附單元的空氣凈化系統(tǒng)的凈化性能的測量結(jié)果。
[0071]表1
[0072]
[0073][表]
[0074]
【權(quán)利要求】
1.一種空氣凈化系統(tǒng)，其具有配備有催化劑的吸附單元，所述空氣凈化系統(tǒng)包括: 第一凈化單元，其具有包括吸附部分和催化部分的結(jié)構(gòu)，所述吸附部分用于對在外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物進行吸附，所述催化部分用于通過氧化反應(yīng)來針對在所述吸附部分上吸附的氣體污染物進行凈化； 解吸單元，用于通過向所述第一凈化單元供應(yīng)空氣來解吸在所述第一凈化單元中吸附的氣體污染物；以及 第二凈化單元，用于凈化包含從所述第一凈化單元解吸的氣體污染物的空氣， 其中，所述解吸單元在所述第一凈化單元被旋轉(zhuǎn)的同時解吸在所述第一凈化單元的預(yù)定區(qū)域上吸附的氣體污染物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化系統(tǒng)，其中，所述催化部分包括選自由鉬、銠、鈷、鑰和鈀構(gòu)成的組的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化系統(tǒng)，其中，當通過所述解吸單元解吸氣體污染物時，進行所述氧化反應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化系統(tǒng)，其中，所述吸附部分包括選自由沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅構(gòu)成的組的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化系統(tǒng)，其中，所述第二凈化單元包括:熱交換單元，用于對包含從所述第一凈化單元解吸的氣體污染物的空氣進行熱交換；污染物回收單元，用于從已經(jīng)通過所述熱交換單元的空氣中回收所述氣體污染物和水；以及，空氣供應(yīng)單元，用于向所述第一凈化單元供應(yīng)已經(jīng)通過所述污染物回收單元的空氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的空氣凈化系統(tǒng)，其中，所述污染物回收單元是冷凝器。`
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化系統(tǒng)，進一步包括污染物去除單元，其位于所述第一凈化單元的上游處并且去除在所述外部供應(yīng)的空氣中所包含的氣體污染物。
8.—種制造配備有催化劑的吸附單元的方法，包括步驟: Ca)將催化部分溶解于溶劑中，以形成第一溶液； (b)向所述第一溶液加入吸附部分，以形成第二溶液； (c)對所述第二溶液進行超聲波處理以將所述催化部分與所述吸附部分結(jié)合； Cd)對與所述催化部分結(jié)合的所述吸附部分進行干燥；并且 (e)對干燥后的與所述催化部分結(jié)合的吸附部分進行活化。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(a)中，所述催化部分包括選自由鉬、銠、鈷、鑰和鈀構(gòu)成的組的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(a)中，所包含的所述催化部分的量是基于所述吸附部分的量的0.01~25wt%。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(a)中，所述吸附部分包括選自由沸石、活性氧化鋁和多孔二氧化硅構(gòu)成的組的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(c)中，進行所述超聲波處理20~60分鐘。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(d)中，在50~200°C下進行與所述催化部分結(jié)合的所述吸附部分的所述干燥。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，在步驟(e)中，使用氦、氮或氫在100~500°C的溫度下進行所述催化活`化。
【文檔編號】B01J23/42GK103517752SQ201280023029
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月12日
【發(fā)明者】李賢宰, 金世中 申請人:恩必安有限公司