基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，包括過濾單元、光纖單元和催化單元，過濾單元為筒狀過濾單元，徑向橫截面為環(huán)狀，上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連；催化單元為筒狀催化單元，徑向橫截面為環(huán)狀，高度與過濾單元一致，直徑小于過濾單元，與過濾單元組成同心套筒型結(jié)構(gòu)；頂端蓋的中央設(shè)置有出氣口；頂端蓋設(shè)置有頂端安裝孔；底端蓋均勻設(shè)置有底端安裝孔；光纖單元選用纖維狀彌散光纖，一端與頂端安裝孔相連，另一端與底端安裝孔相連。本實(shí)用新型采用360度側(cè)面進(jìn)風(fēng)，能夠有效減少光催化反應(yīng)的副產(chǎn)物帶來的二次污染，在提高紫外光利用率的同時(shí)，提高空氣凈化效率，適用于飛機(jī)、地鐵、工廠等封閉、易燃易爆環(huán)境。
【專利說明】基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于空氣凈化【技術(shù)領(lǐng)域】，更加具體地說，涉及利用光催化反應(yīng)對(duì)空氣中的有害物質(zhì)高效凈化的光催化空氣凈化裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球現(xiàn)代化進(jìn)行和物質(zhì)精神文明的不斷提高，由工業(yè)化帶來的環(huán)境污染以及生態(tài)破壞受到大家廣泛重視。為此國內(nèi)外專家研發(fā)了多種空氣凈化裝置，用以改善提高周圍的生活環(huán)境。目前，國內(nèi)外使用的空氣凈化系統(tǒng)大多采用活性炭吸附技術(shù)、臭氧凈化技術(shù)、負(fù)離子除塵技術(shù)、高壓靜電技術(shù)和光催化技術(shù)。近年來，光催化凈化技術(shù)因?yàn)楦咝У秃?、安全無毒、滅菌除臭等優(yōu)勢(shì)而得到廣泛研究發(fā)展。
[0003]光催化空氣凈化技術(shù)基于半導(dǎo)體理論，其降解污染物的原理是:當(dāng)其光子能量大于或等于半導(dǎo)體材料的禁帶寬度時(shí)，會(huì)形成光生電子-空穴對(duì)，當(dāng)其被移動(dòng)到催化劑表面，那可以有效的氧化或還原吸附在催化劑表面的有害氣體分子，并將其徹底礦化為無毒無害的水和二氧化碳等物質(zhì)。經(jīng)專利檢索發(fā)現(xiàn)，光催化凈化技術(shù)的專利有:中國專利號(hào)1486778A,名稱為:光催化凈化器；中國專利號(hào)1605808A，名稱為:光催化空氣凈化器等。現(xiàn)有的光催化反應(yīng)器大都采用紫外燈管作為直接光源，不可避免電、熱與工作環(huán)境的直接接觸，主要針對(duì)室內(nèi)空氣，無法適用于飛機(jī)、地鐵、火車、工廠等封閉、易燃易爆環(huán)境，且無法解決光催化過程催化效率低、二次污染等問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于彌散光纖的新型光催化空氣凈化裝置，并且結(jié)合活性炭吸附技術(shù)能夠有效減少光催化反應(yīng)的副產(chǎn)物帶來的二次污染的影響，在HEPA、活性碳纖維表面同時(shí)負(fù)載二氧化鈦，提高紫外光利用率的同時(shí)，有效的提高空氣凈化效率，可適用于飛機(jī)、地鐵、火車、工廠等封閉、易燃易爆環(huán)境。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)目的通過下述技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，包括過濾單元、光纖單元和催化單元，其中:
[0007]所述過濾單元為筒狀過濾單元，其徑向橫截面為環(huán)狀，并具有一定高度，其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連；
[0008]所述催化單元為筒狀催化單元，其徑向橫截面為環(huán)狀，其高度與過濾單元高度一致，其直徑小于過濾單元直徑，與過濾單元組成同心圓套筒型結(jié)構(gòu)；其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連；
[0009]所述頂端蓋的中央設(shè)置有出氣口，通過管路和泵相連；所述頂端蓋設(shè)置有頂端安裝孔；所述底端蓋均勻設(shè)置有底端安裝孔；
[0010]所述光纖單元選用纖維狀彌散光纖，其一端與設(shè)置在頂端蓋上的頂端安裝孔固定相連，另一端與設(shè)置在底端蓋上的底端安裝孔固定相連。[0011 ] 在上述技術(shù)方案中，所述過濾單元選用HEPA過濾單元，能夠有效截留空氣中的污染物顆粒；所述HEPA過濾單元為圓筒結(jié)構(gòu)，其表面為褶皺型蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)；所述HEPA過濾單元的材質(zhì)選擇PP濾紙、玻璃纖維、由PP和PET組成的復(fù)合濾紙或者活性炭纖維，所述蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)中孔型選擇為三角形、方形、多邊形、圓形或瓦楞形。
[0012]在上述技術(shù)方案中，所述過濾單元選擇HEPA過濾單元，其內(nèi)壁表面(即筒狀過濾單元的環(huán)狀內(nèi)表面)設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層，或者負(fù)載有二氧化鈦光催化劑。
[0013]在上述技術(shù)方案中，在頂端蓋上，優(yōu)選所述出氣口的直徑與催化單元的內(nèi)徑相等。
[0014]在上述技術(shù)方案中，所述頂端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在頂端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在頂端蓋平面上，以頂端蓋中心為圓心，在頂端蓋徑向上等間距設(shè)置若干圈頂端安裝孔，例如3— 6圈；所述底端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在底端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在底端蓋平面上，以底端蓋中心為圓心，在底端蓋徑向上等間距設(shè)置若干圈底端安裝孔，例如3— 6圈；所述頂端安裝孔和底端安裝孔在豎直方向上的投影相一致。
[0015]在上述技術(shù)方案中，所述纖維狀彌散光纖沿豎直方向與頂端蓋、底端蓋相連，并且與筒狀過濾單元平行。
[0016]在上述技術(shù)方案中，所述纖維狀彌散光纖均勻分布在由過濾單元、頂端蓋、底端蓋和催化單元形成的套筒空間中。
[0017]在上述技術(shù)方案中，所述纖維狀催化單元由彌散光纖組成，所述彌散光纖的一端和頂端安裝孔、另一端和底端安裝孔相連。
[0018]在上述技術(shù)方案中，所述催化單元選擇活性炭纖維布，其表面(筒狀催化單元的內(nèi)外環(huán)狀表面)設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層，或者負(fù)載有二氧化鈦光催化劑。
[0019]在上述技術(shù)方案中，所述二氧化鈦光催化劑選用二氧化鈦的片狀納米晶、納米管、納米線、石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料或者鉬金摻雜改型的二氧化鈦，將所述二氧化鈦光催化劑通過下述方法在活性炭纖維表面進(jìn)行負(fù)載，例如浸潰提拉、磁控濺射、溶膠一凝膠。通過負(fù)載后，活性炭纖維結(jié)構(gòu)上具備較大的二氧化鈦負(fù)載面積，能夠提高光催化去除空氣中污染物的效率，同時(shí)因?yàn)榛钚蕴勘旧砭哂休^強(qiáng)的吸附作用，能夠有效避免光催化反應(yīng)產(chǎn)生的二次污染對(duì)環(huán)境的影響。
[0020]上述進(jìn)行二氧化鈦光催化劑的制備和負(fù)載時(shí)，參考現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)不同類型二氧化鈦的制備方法及其負(fù)載方法，例如
[0021](I)片狀納米晶:
[0022]Synthesis and Characterization of TiO2 Nano-crystalIine with Differ entMorphologies by Low-temper atur e Hydrothermal Method ；ZHANG Xiaj ZHAO Yan, ZHANGCa1-Bei，MENG Hao ；Acta Phys.-Chim.Sin.，2007，23(6):856-860
[0023](2)石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料:
[0024]Preparation and photoactivity of graphene/Ti02 hybrid photocatalystsunder visible light irraditon;
[0025]LIU Huij DONG Xiao-nan，SUN Chao-chao;Journal of Shaannxi University ofScience & Technolog:1000-5811 (2013)01-0023-06
[0026](3)鉬金摻雜改型的二氧化鈦:[0027]Photocatalytic Activity of TiO2 Thin Film Doped by Pt with DifferentDistribution;WANG, Jun-Gang LI, Xin-Jun,ZHENG, Shao-Jian HE, Ming-Xing XU;ACTACHIMICA SINICA N0.7，592 ?596
[0028](4)納米管:
[0029]Research Advances in TiO2 Nanotubes;Kong Xiangrong, Peng Peng,SunGuixiang, Zheng Wenjun;ACTA CHIMICA SINICA N0.8, 1439 ?1444
[0030](5)納米線:
[0031]Recent Process in Metal-doped Titanium Oxide Nanowires;DU Jun, SHIJiaguang, HUANGJingjing, ZHANG ffenlong, LIU Fei ;材料導(dǎo)報(bào) 2012 年 2 月
[0032](6)浸潰提拉:
[0033]浸潰提拉法制備TiO2薄膜及其光催化性能的研究；南昌希，權(quán)伍榮，張敬愛，趙成男；太陽能學(xué)報(bào)Vol.21.N0.4
[0034](7)磁控濺射:
[0035]AFM Analysis on Ti02 Low-E Thin Films Deposited by MagnetronSputtering;ZHENG Z1-yao, WANG Zhu，LI Chun-1ing, ZHAO Qing-nan;SEMICONDUCTORoPTOELECTRoNICS V01.26N0.5
[0036](8)溶膠一凝膠:
[0037]So 1-ge I preparation and photocatalytic activities of TiO2nanoparticles;QIAN Dong, YAN Zao-xue, SHI Mao;The Chinese Journal of NonferrousMetals, N0.1004 0609(2005)05 081706
[0038]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的技術(shù)方案中將彌散光纖-活性炭纖維光催化單元在圓筒形反應(yīng)器內(nèi)部豎直均勻排布，同時(shí)選用現(xiàn)有技術(shù)中的彌散光纖，以實(shí)現(xiàn)全方位均勻發(fā)光，其結(jié)構(gòu)為石英纖芯、彌散層和透明硅橡膠包覆層，能夠?yàn)檎麄€(gè)光催化凈化裝置提供光源，即采用光纖導(dǎo)光，能夠有效避免由紫外燈源直接連接電源導(dǎo)致的熱、電帶來的安全隱患，同時(shí)能夠避免裝置中電源的直接引入，進(jìn)而在很大程度上能夠適用于飛機(jī)、地鐵、火車、工廠等封閉、易燃易爆環(huán)境。本實(shí)用新型技術(shù)方案在高效過濾空氣顆粒污染物的同時(shí)，能夠除菌消毒，并且有效的防止二次污染；將活性炭(ACF)的吸附性能(以及對(duì)各種波長(zhǎng)光具有較強(qiáng)吸收能力)和TiO2的光催化性能有機(jī)結(jié)合，能夠有效解決目前ACF飽和失效、二次污染及TiO2催化速率慢、礦化效率低等問題，為VOCs污染物的經(jīng)濟(jì)有效控制提供了一種切實(shí)可行的方法，提供高效利用光能、持續(xù)高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的多功能空氣凈化系統(tǒng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0039]圖1是本實(shí)用新型的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)俯視圖，其中I為頂端蓋，2為過濾單元,3為催化單元,4為頂端安裝孔,5為出氣口。
[0040]圖2是本實(shí)用新型的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)圖，即從中間剖開后向下俯視，其中2為過濾單元，3為催化單元，6為底端安裝孔，7為底端蓋。
[0041]圖3是本實(shí)用新型的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置結(jié)構(gòu)側(cè)視圖，其中I為頂端蓋，2為過濾單元,7為底端蓋。
[0042]圖4是本實(shí)用新型的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，其中2為過濾單元,3為催化單元,4為頂端安裝孔,6為底端安裝孔,8為光纖單元。
【具體實(shí)施方式】
[0043]下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。
[0044]如附圖1一4所示基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其中I為頂端蓋，2為過濾單元，3為催化單元,4為頂端安裝孔,5為出氣口，6為底端安裝孔,7為底端蓋,8為光線單元。
[0045]過濾單元為筒狀過濾單元，選用HEPA過濾單元，能夠有效截留空氣中的污染物顆粒；其徑向橫截面為環(huán)狀，并具有一定高度，其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連。
[0046]催化單元為筒狀催化單元，其徑向橫截面為環(huán)狀，其高度與過濾單元高度一致，其直徑小于過濾單元直徑，與過濾單元組成同心套筒型結(jié)構(gòu)；其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連；所述催化單元選擇活性炭纖維布。
[0047]頂端蓋的中央設(shè)置有出氣口，通過管路和泵相連，所述出氣口的直徑與催化單元的內(nèi)徑相等。
[0048]頂端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在頂端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在頂端蓋平面上，以頂端蓋中心為圓心，在頂端蓋徑向上等間距設(shè)置頂端安裝孔；底端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在底端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在底端蓋平面上，以底端蓋中心為圓心，在底端蓋徑向上等間距設(shè)置底端安裝孔；頂端安裝孔和底端安裝孔在豎直方向上的投影相一致。
[0049]光纖單元選用纖維狀催化單元，由彌散光纖組成，所述彌散光纖的一端和頂端安裝孔、另一端和底端安裝孔相連，沿豎直方向與頂端蓋、底端蓋相連，并且與筒狀過濾單元平行，并均勻分布在由過濾單元、頂端蓋、底端蓋和催化單元形成的套筒空間中。
[0050]在HEPA過濾單元內(nèi)壁表面(即筒狀過濾單元的環(huán)狀內(nèi)表面)設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層，或者負(fù)載有二氧化鈦光催化劑。
[0051]催化單元選擇活性炭纖維布，其表面(筒狀催化單元的內(nèi)外環(huán)狀表面)設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層，或者負(fù)載有二氧化鈦光催化劑。
[0052]使用的HEPA購自中山市潔鼎過濾制品有限公司，活性炭纖維布購自江蘇科凈碳纖維有限公司，彌散光纖購自南京春輝科技有限公司。
[0053]筒狀過濾單元HEPA中，圓筒外直徑(過濾單元的外徑)60cm,筒壁厚5cm，高度100cm，光纖排布20根，催化單元外徑為30cm，出氣口直徑為20cm (催化單元內(nèi)徑)，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中制備方法，將活性炭纖維布在溶膠一凝膠復(fù)合材料中浸潰提拉的次數(shù)為3次，后在氬氣氣氛下以2.50C /min升溫至250°C保溫lh，再以5°C /min升至450°C保溫2h，后得到催化單元；在過濾單元的內(nèi)壁上直接刷涂上述溶膠一凝膠復(fù)合材料，后在氬氣氣氛下以2.50C /min升溫至250°C保溫lh，再以5°C /min升至450°C保溫2h，后得到過濾單元。
[0054]石墨烯和二氧化鈦復(fù)合材料的溶膠一凝膠法:將天然鱗片石墨與硝酸鈉按質(zhì)量比1:1，在IOOml濃硫酸中混合均勻，保持溶液溫度不超過10°C，反應(yīng)30min ;緩慢加入一定量高錳酸鉀(10倍于石墨)，不斷攪拌，溶液溫度升至20°C -40°C，反應(yīng)30min ;分次加入150ml蒸餾水，控制溶液不沸騰，反應(yīng)30min ;加20ml, 30%的H2O2,攪拌均勻后，趁熱離心分離，用(1:10) HCl洗滌一次后，用蒸餾水洗滌數(shù)次，至濾液pH接近中性，凍干成粉即為氧化石墨。按C理論質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為1.5%、2%、3%、4%和5%，將氧化石墨于無水乙醇中充分分散，超聲剝離lh，加入3倍質(zhì)量的硼氫化鈉，振蕩16-17h，用無水乙醇洗滌數(shù)次，加入IOml鈦酸四丁酯，以冰醋酸為封端劑，不斷攪拌數(shù)天，得到凝膠態(tài)產(chǎn)物，充分干燥，在氬氣氣氛下以
2.50C /min升溫至250°C保溫lh，再以5°C /min升至450°C保溫2h。即可得TiO2-Gn(二氧化鈦一石墨烯)復(fù)合光催化劑。
[0055]進(jìn)氣口勻速通入O3含量為0.150ppm-0.200ppm的混合氣(臭氧與空氣的混合氣體)，出口流速控制為2111/8，在反應(yīng)器內(nèi)彌散光線照射下反應(yīng)301^11、601^11、901^11、1201^11和300min,檢測(cè)反應(yīng)后O3濃度,計(jì)算O3降解率。從測(cè)試結(jié)果來看，當(dāng)紫外光照30min時(shí)，O3降解率為25.26% ;而增長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間達(dá)到60min，03降解率快速增高至66.12% ;并且繼續(xù)延長(zhǎng)催化時(shí)間，降解后的O3濃度基本上不再出現(xiàn)較大下降，基本可以保持穩(wěn)定。
[0056]以上對(duì)本實(shí)用新型做了示例性的描述，應(yīng)該說明的是，在不脫離本實(shí)用新型的核心的情況下，任何簡(jiǎn)單的變形、修改或者其他本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠不花費(fèi)創(chuàng)造性勞動(dòng)的等同替換均落入本實(shí)用 新型的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，包括過濾單元、光纖單元和催化單元，其中: 所述過濾單元為筒狀過濾單元，其徑向橫截面為環(huán)狀，其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連； 所述催化單元為筒狀催化單元，其徑向橫截面為環(huán)狀，其高度與過濾單元高度一致，其直徑小于過濾單元直徑，與過濾單元組成同心圓套筒型結(jié)構(gòu)；其上、下兩端分別與頂端蓋和底端蓋相連；所述催化單元表面設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層； 所述頂端蓋的中央設(shè)置有出氣口 ；所述頂端蓋設(shè)置有頂端安裝孔；所述底端蓋均勻設(shè)置有底端安裝孔； 所述頂端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在頂端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在頂端蓋平面上，以頂端蓋中心為圓心，在頂端蓋徑向上等間距設(shè)置頂端安裝孔；所述底端安裝孔以同心圓方式設(shè)置在底端蓋上，位于過濾單元的內(nèi)壁和催化單元的外壁之間，沿著360度圓弧均勻分布，在底端蓋平面上，以底端蓋中心為圓心，在底端蓋徑向上等間距設(shè)置底端安裝孔；所述頂端安裝孔和底端安裝孔在豎直方向上的投影相一致； 所述光纖單元選用纖維狀彌散光纖，其一端與設(shè)置在頂端蓋上的頂端安裝孔固定相連，另一端與設(shè)置在底端蓋上的底端安裝孔固定相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，所述纖維狀彌散光纖沿豎直方向與頂端蓋、底端蓋相連，并且與筒狀過濾單元平行；均勻分布在由過濾單元、頂端蓋、底端蓋和催化單元形成的套筒空間中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，所述過濾單元選用HEPA過濾單元，其表面為褶皺型蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)；所述蜂窩狀多孔結(jié)構(gòu)中孔型選擇為三角形、方形、多邊形、圓形或瓦楞形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，所述過濾單元內(nèi)壁表面設(shè)置有二氧化鈦光催化劑層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，在頂端蓋上，所述出氣口的直徑與催化單元的內(nèi)徑相等。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，在頂端蓋平面上，以頂端蓋中心為圓心，在頂端蓋徑向上等間距設(shè)置頂端安裝孔的數(shù)量為3—6 圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于彌散光纖的套筒型光催化空氣凈化裝置，其特征在于，在底端蓋平面上，以底端蓋中心為圓心，在底端蓋徑向上等間距設(shè)置底端安裝孔的數(shù)量為3—6 圈。
【文檔編號(hào)】B01D46/24GK203507816SQ201320550502
【公開日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】商倩倩, 于濤, 王洪梅, 王鑫, 譚欣 申請(qǐng)人:天津大學(xué)