專利名稱:協(xié)同利用流光放電和光催化作用凈化空氣污染物的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種對通風(fēng)不暢的地上、半地下和地下建筑物內(nèi)部,或密閉和半密閉艙室空氣中的多種污染物進(jìn)行凈化的方法,屬于公共衛(wèi)生和環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域,具體涉及一種基于協(xié)同利用過濾、流光放電、光催化、吸附和催化作用同時凈化空氣中的多種污染物(塵粒、細(xì)菌、病毒、香煙煙霧、油煙、二氧化硫、氮氧化物、硫化氫、氨氣、甲醛和揮發(fā)性有機化合物等),從而獲得潔凈空氣的方法。
背景技術(shù):
住宅、地下停車場、人防工程、地下通道、人群密集的公共場所和建筑物內(nèi)部,以及各類交通、運輸工具的艙室的環(huán)境空氣質(zhì)量與人體健康、生命安全、體能發(fā)揮,以及武器裝備、儀器儀表性能息息相關(guān)。然而,由于建筑材料或其它構(gòu)筑材料的圍隔作用,使得室內(nèi)或艙室的空氣有別于室外或艙外。美國環(huán)境保護(hù)署最近的一項研究顯示,人們在室內(nèi)接受某些污染物的程度超過室外100倍。香港環(huán)保部門的一項研究指出,約有1/3的辦公樓室內(nèi)空氣質(zhì)量不符合世界衛(wèi)生組織及其它相關(guān)組織的標(biāo)準(zhǔn)。澳大利亞的研究者認(rèn)為,室內(nèi)空氣的污染程度超過室外5到20倍。類似地,一些密閉或半密閉艙室的空氣污染物也是多種多樣,而且濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過安全范圍。如在潛艇艙室檢測出的有害氣體多達(dá)400余種,這些有害氣體分別有毒性、刺激性和腐蝕性等危害,特別是其累積協(xié)同作用會對艇員、武器裝備甚至潛艇本身構(gòu)成嚴(yán)重的災(zāi)難。通過檢測,確定了在俄羅斯“和平”號空間站艙室的微量污染物有28類基本化學(xué)物質(zhì),分成脂族和芳香族碳?xì)浠衔铩⒋碱?、醛類、酮類、酯類和鹵代碳水化合物等。建筑物內(nèi)部或艙室空氣中污染物多種多樣,成分復(fù)雜,既有氣態(tài)污染物,包括甲醛、苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯等有機化合物,二氧化硫、氮氧化物、二氧化碳、硫化氫、氨氣之類無機化合物,以及顆粒物,包括細(xì)菌、煙霧和塵埃等。圍繞這類室內(nèi)或艙內(nèi)空氣環(huán)境中污染物的凈化處理,目前研究較多的方法是過濾、吸附、光催化、等離子體、負(fù)氧離子、生物降解、臭氧消毒等,這些方法能在一定程度上起到凈化空氣污染物的作用,但都存在局限。比如,過濾只能去除較粗的顆粒物質(zhì)。吸附雖然脫除大分子有機氣體效率高,但不能高效脫除低分子有害有機化合物。另外,還存在吸附飽和后需要定期更換,且易被顆粒物堵塞,可能成為有害細(xì)菌繁衍的溫床,引發(fā)更嚴(yán)重的二次污染等問題。光催化是近年來國內(nèi)外的研究熱點,借助光催化作用產(chǎn)生的羥基自由基等強氧化性物質(zhì),可有效分解部分有機物和殺滅細(xì)菌、病毒,但處理苯、甲苯、二甲苯之類建筑物內(nèi)部或艙室環(huán)境常見有機物時,活性迅速下降。等離子體技術(shù)是借助高能電子,以及由此激發(fā)產(chǎn)生的氧化性自由基打開有害氣體分子的化學(xué)鍵,實現(xiàn)污染物的凈化,可以作用于多種污染物質(zhì)。但是,在產(chǎn)生等離子體的同時,通常生成大量臭氧。盡管臭氧也具有很強的氧化分解有機污染物和滅菌消毒能力,但也往往導(dǎo)致臭氧嚴(yán)重超標(biāo)。其它方法也都存在類似的不足。
發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的對環(huán)境中污染物進(jìn)行凈化處理的方法各自存在局限性,或不能對多種空氣污染物進(jìn)行凈化,或會產(chǎn)生二次污染的不足,本發(fā)明的目的是提出一種對建筑物內(nèi)部或艙室內(nèi)多種污染物共存體系進(jìn)行空氣凈化方法。更具體地說,是在分析建筑物內(nèi)部或艙室內(nèi)主要空氣污染物類型及其凈化途徑的基礎(chǔ)上,提出協(xié)同利用過濾、流光放電、光催化、吸附和催化作用實現(xiàn)多種空氣污染物的凈化,而且不產(chǎn)生二次污染的方法。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下一種協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,該方法借助風(fēng)機動力使待處理空氣依次通過粗濾網(wǎng)、流光放電—光催化反應(yīng)段、吸附—催化反應(yīng)段后輸出潔凈空氣,該方法的步驟是(1)待處理的空氣在風(fēng)機抽力的作用下,通過粗濾網(wǎng)分離去除空氣中的較粗大的顆粒物;(2)通過將高電壓施加在接電極與放電極之間產(chǎn)生流光放電,將流光放電產(chǎn)生的等離子體作用于經(jīng)步驟(1)處理后的氣態(tài)污染物,使部分氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為無害的產(chǎn)物或需進(jìn)一步處理的中間產(chǎn)物;(3)通過流光放電反應(yīng)段的高電壓場的作用,使經(jīng)步驟(1)處理后未從氣流中分離出來的顆粒物沉積到接地極和放電極上;(4)通過流光放電發(fā)出的流光,在進(jìn)行步驟(2)、(3)的同時結(jié)合接地極上涂覆的光催化材料,對經(jīng)步驟(1)處理后的氣態(tài)污染物進(jìn)行光催化凈化,并滅菌消毒;(5)通過兼具吸附和催化作用的材料去除粗濾和流光放電—光催化反應(yīng)段未凈化的污染物,以及流光放電—光催化反應(yīng)段產(chǎn)生的臭氧,輸出潔凈空氣。
本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明方法借助風(fēng)機動力使待處理空氣依次通過粗濾網(wǎng)、流光放電—光催化反應(yīng)段、吸附—催化反應(yīng)段,借助過濾、流光放電、光催化、吸附和催化作用的協(xié)調(diào)利用,使得在一個緊湊的凈化系統(tǒng)內(nèi)能實現(xiàn)顆粒物(包括細(xì)菌、病毒、煙霧等)和多種氣態(tài)污染物的高效分離或凈化;2、流光放電產(chǎn)生的活性粒子或直接分解污染物,或與污染物質(zhì)一起吸附富集在吸附/催化材料表面,強化了催化分解作用,提高了凈化效率;3、利用流光放電產(chǎn)生的流光作光催化作用所需光源,不需設(shè)置專門的光催化反應(yīng)光源;4、吸附/催化材料不僅對污染物分解凈化有效,而且能有效地富集、分解臭氧等有害副產(chǎn)物,確保不產(chǎn)生二次污染;5、由于過濾、流光放電、光催化和催化作用,使得吸附材料的吸附有效作用時間比缺乏上述作用時長得多。
圖1是本發(fā)明協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法的系統(tǒng)流程示意2是實施本方法所采用的凈化裝置的示意中,1.粗濾網(wǎng) 2.流光放電—光催化反應(yīng)段 3.吸附—催化反應(yīng)段 4.多孔阻火板 5.放電板 6.接地板具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
請參見圖1所示的本發(fā)明協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法的流程圖,該方法借助風(fēng)機動力使待處理空氣依次通過粗濾網(wǎng)、流光放電—光催化反應(yīng)段、吸附—催化反應(yīng)段后輸出潔凈空氣。實施本發(fā)明方法的凈化裝置如圖2所示,該凈化裝置的主體部件包括粗濾網(wǎng)1、流光放電-光催化反應(yīng)段2和吸附-催化反應(yīng)段3,用風(fēng)機驅(qū)動氣流通過整個凈化系統(tǒng),風(fēng)機可設(shè)置在系統(tǒng)的前部、中部或尾部。在流光放電-光催化反應(yīng)段前后設(shè)置了多孔阻火板4。流光放電-光催化反應(yīng)段包括放電板5,接地板6,在接地板表面涂覆了光催化材料。
本發(fā)明結(jié)合圖1和圖2實施協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的步驟為(1)待處理的空氣在風(fēng)機抽力作用下通過粗濾網(wǎng)1,粗濾網(wǎng)的作用是過濾去除空氣中夾雜的粗大異物、顆粒物或纖維,粗濾網(wǎng)材料為纖維或致密絲網(wǎng)。
(2)在流光放電—光催化反應(yīng)段的接地極與放電極之間施加高電壓,高電壓供電方式包括單相工頻直流、三相工頻直流、單相高頻直流、三相高頻直流、以及在上述供電基礎(chǔ)上疊加單極性脈沖或高頻交流。其中,直流電壓為4kV-90kV,單極性脈沖電壓為8kV--40kV,高頻交流峰-峰電壓為4kV-30kV??刹捎眠B續(xù)供電,也可采用間歇供電,而且間歇供電的時間長度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。
(3)在流光放電-光催化反應(yīng)段2,利用流光放電產(chǎn)生的高能電子、臭氧和OH、O、HO2等活性粒子與空氣污染物發(fā)生作用,一方面可促使經(jīng)步驟(1)處理后的顆粒物荷電并定向遷移、沉積在與自身所帶電荷相反的電極上;另一方面,經(jīng)步驟(1)處理后的部分氣態(tài)污染物被氧化,生成二氧化碳和水,或其它中間產(chǎn)物。在這個過程中,空氣中的細(xì)菌和病毒也被滅殺。
(4)在流光放電-光催化反應(yīng)段2,利用流光放電產(chǎn)生的流光照射接地極上涂覆的光催化材料,對經(jīng)步驟(1)處理后的氣態(tài)污染物進(jìn)行光催化凈化,在光催化材料表面也發(fā)生污染物的分解,以及滅菌消毒作用。光催化材料以二氧化鈦及摻雜貴金屬或過渡金屬的二氧化鈦作為主活性成分,催化材料涂覆在流光放電電場的接地極表面。
(5)吸附-催化反應(yīng)段3的吸附起著富集以氣體狀態(tài)存在的空氣污染物,以及流光放電產(chǎn)生的臭氧和OH、O、HO2之類活性基因污染物,防止其穿過凈化系統(tǒng)而逸入室內(nèi)或艙內(nèi)空間的作用;催化則起著催化分解污染物的作用。針對的污染物包括流光放電反應(yīng)段未作用的污染物、有害中間產(chǎn)物和臭氧等。其中,臭氧也起著氧化分解有機污染物的作用,即富集的有機化合物與臭氧和OH、O、HO2之類活性基因反應(yīng),分解為CO2、H2O和O2。
吸附-催化反應(yīng)段3用到的兼具吸附和催化作用的材料包括顆?;钚蕴俊⑻坷w維、分子篩或活性氧化鋁等,也可在其表面負(fù)載氧化錳、氧化鐵、硫化鈉、溴酸鉀、高錳酸鉀等。
為防止靜電和流光放電引起火災(zāi),流光放電-光催化反應(yīng)段與過濾段之間,以及流光放電-光催化反應(yīng)段與吸附-催化反應(yīng)段之間,應(yīng)通過電絕緣件連接,而且流光放電-光催化的反應(yīng)段需可靠接地,在其進(jìn)、出口側(cè)還需設(shè)置多孔阻火板4。
由于過濾、流光放電、光催化和催化作用,使得吸附有效作用時間比缺乏上述作用時長得多。
總的來說,本發(fā)明涉及的室內(nèi)或艙室多種空氣污染物凈化方法集過濾作用,流光放電產(chǎn)生的非熱等離子體的捕塵、滅菌消毒和分解氣態(tài)污染物的作用,基于流光放電產(chǎn)生的流光的光催化作用,吸附富集氣態(tài)污染物作用,以及催化分解污染物作用于一體。通過合理地組織流過凈化系統(tǒng)的氣流,使各種作用產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),從而實現(xiàn)全面凈化多種污染物,并防止臭氧等二次污染物進(jìn)入建筑物內(nèi)部或艙室空間的目的。
用本發(fā)明凈化裝置通過不同的參數(shù)設(shè)置和各種不同的材料按本發(fā)明方法進(jìn)行試驗,其試驗結(jié)果舉例如下實施例1在流光放電-光催化反應(yīng)段的兩電極間施加單相工頻直流高壓,電壓為20kV,接地極涂覆二氧化鈦。以浸漬了氧化錳的顆?;钚蕴孔魑?催化材料。將含有10.5ppm甲醛、15.1ppm甲苯的空氣通入凈化系統(tǒng),連續(xù)運行240小時后,測得流光放電-光催化反應(yīng)段出口的甲苯和臭氧濃度分別為3.6ppm和4.4ppm,甲醛未檢出;吸附/催化反應(yīng)段出口三者均未檢出。
實施例2反應(yīng)器僅包含流光放電-光催化反應(yīng)段,其中設(shè)置了正電暈放電極和接地極。施加單相工頻直流疊加高頻交流高壓,工頻直流電壓為70kV,高頻交流峰-峰電壓為20kV,在接地極涂覆摻雜鉑的二氧化鈦。使含有18.5ppm甲醛、15.2ppm苯乙烯的空氣通過反應(yīng)器,氣體在反應(yīng)器的停留時間為1秒,檢測得到出口甲醛、苯乙烯和臭氧的濃度分別為1.5ppm、2.2ppm和3.8ppm。
實施例3將基于本方法制作的一簡易凈化器放置在體積為3m3的試驗箱中。流光放電—光催化反應(yīng)段施以三相高頻直流電壓,電壓值為10kV。以浸漬了高錳酸鉀的炭纖維作吸附/催化材料。試驗箱內(nèi)初始苯、二甲苯濃度分別為15.5ppm和18.7ppm,開啟凈化系統(tǒng)1小時后,試驗箱內(nèi)苯、二甲苯濃度分別為2.8ppm和3.2ppm,臭氧未檢出。開啟凈化系統(tǒng)3小時后,試驗箱內(nèi)苯、二甲苯和臭氧濃度均未檢出。
實施例4流光放電-光催化反應(yīng)段施以單相高頻直流電壓,電壓值30kV,接地極涂覆摻雜三氧化二鐵的二氧化鈦。以浸漬了氧化錳的分子篩為吸附/催化材料。將含有11.1ppm二氧化硫、8.2ppm一氧化氮和27.9mg/m3可吸入顆粒物(PM10)的空氣通入凈化系統(tǒng),連續(xù)運行48小時后,測得流光放電—光催化反應(yīng)段出口的二氧化硫、一氧化氮和臭氧濃度分別為8.5ppm、3ppm和3.9ppm,可吸入顆粒物未檢出。吸附/催化反應(yīng)段出口的二氧化硫、一氧化氮、可吸入顆粒物(PM10)和臭氧均未檢出。
實施例5流光放電-光催化反應(yīng)段施以三相工頻直流,電壓為40kV,接地極涂覆二氧化鈦。以浸漬了溴酸鉀和氧化鐵的活性炭顆粒作為吸附/催化材料。將含菌落總數(shù)為8700cfu/m3、總揮發(fā)性有機物(TVOC)濃度為21ppm的空氣通入凈化系統(tǒng),工作24小時后,測得流光放電-光催化反應(yīng)段出口菌落總數(shù)、總揮發(fā)性有機物濃度和臭氧濃度分別為1200cfu/m3、7ppm和2.2ppm,而且細(xì)菌均已滅活。吸附/催化反應(yīng)段出口三者未均檢出。
本發(fā)明方法的各步驟可以以凈化裝置的形式單獨實施,從而輸出潔凈的空氣;也可以與空調(diào)系統(tǒng)的制冷、制熱和濕度調(diào)節(jié)等單元組合在一起,以空調(diào)系統(tǒng)的一個構(gòu)成單元的形式實施,從而輸出所需溫度、濕度的潔凈空氣。
本發(fā)明方法可廣泛用于住宅、地下停車場、人防工程、地下通道、公共場所和建筑物內(nèi)部,以及各類交通運輸工具艙室空氣的凈化處理。
權(quán)利要求
1.一種協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于該方法借助風(fēng)機動力使待處理空氣依次通過粗濾網(wǎng)、流光放電-光催化反應(yīng)段、吸附-催化反應(yīng)段后輸出潔凈空氣,該方法的步驟是(1)待處理的空氣在風(fēng)機抽力的作用下,通過粗濾網(wǎng)分離去除空氣中的較粗大的顆粒物;(2)通過將高電壓施加在接電極與放電極之間產(chǎn)生流光放電,將流光放電產(chǎn)生的等離子體作用于經(jīng)步驟(1)處理后的氣態(tài)污染物,使部分氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為無害的產(chǎn)物或需進(jìn)一步處理的中間產(chǎn)物;(3)通過流光放電反應(yīng)段的高電壓場的作用,使經(jīng)步驟(1)處理后未從氣流中分離出來的顆粒物沉積到接地極和放電極上;(4)通過流光放電發(fā)出的流光,在進(jìn)行步驟(2)、(3)的同時,結(jié)合接地極上涂覆的光催化材料,對經(jīng)步驟(1)處理后的氣態(tài)污染物進(jìn)行光催化凈化,并滅菌消毒;(5)通過兼具吸附和催化作用的材料去除粗濾和流光放電-光催化反應(yīng)段未凈化的污染物,以及流光放電-光催化反應(yīng)段產(chǎn)生的臭氧,輸出潔凈空氣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于所述的步驟(2)中的高電壓的供電方式包括單相工頻直流、三相工頻直流、單相高頻直流、三相高頻直流、或在上述供電基礎(chǔ)上疊加單極性脈沖或高頻交流;供電機制可以是連續(xù)的,也可以是間歇的,所述的間歇供電的時間可以根據(jù)需要調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于所述的步驟(4)中的光催化的光源是流光放電發(fā)出的流光;所述的光催化劑以二氧化鈦或摻雜貴金屬或過渡金屬的二氧化鈦作為主活性成分;所述的催化劑涂覆在步驟(2)所述的接地極表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于在所述的步驟(2)、(3)、(4)的流光放電-光催化反應(yīng)段設(shè)置可靠接地,并在其進(jìn)出口斷面設(shè)置阻火多孔板;在步驟(2)、(3)、(4)的流光放電-光催化反應(yīng)段與步驟(1)的粗濾網(wǎng)之間,以及步驟(2)、(3)、(4)的流光放電-光催化反應(yīng)段與步驟(5)的吸附-催化反應(yīng)段之間,通過電絕緣件連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于所述的步驟(5)吸附-催化反應(yīng)段的主體是兼具吸附和催化作用的材料,這類材料包括顆?;钚蕴?、炭纖維、分子篩或活性氧化鋁,也可將這些材料作為載體,在其表面負(fù)載氧化錳、氧化鐵、硫化鈉、溴酸鉀、高錳酸鉀組分;這種兼具吸附和催化作用的材料或填充在床層之中、或制成多孔蜂窩狀、或敷設(shè)在支撐結(jié)構(gòu)材料上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的協(xié)同利用流光放電、光催化、過濾、吸附和催化作用凈化空氣污染物的方法,其特征在于所述的凈化空氣的方法的各步驟可通過以凈化裝置的形式單獨實施,從而輸出潔凈的空氣;也可以與空調(diào)系統(tǒng)的制冷、制熱和濕度調(diào)節(jié)等單元組合在一起,以作為空調(diào)系統(tǒng)的一個構(gòu)成單元的形式實施,從而輸出所需溫度、濕度的潔凈空氣。
全文摘要
一種凈化空氣中多種污染物的方法,涉及協(xié)同利用過濾、流光放電、光催化、吸附和催化作用將空氣中所含的顆粒物、細(xì)菌、病毒、有害有機和無機氣態(tài)化合物從氣流中分離出來,或轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì),并防止流光放電和光催化反應(yīng)過程產(chǎn)生的臭氧等有害氣體從凈化系統(tǒng)排出,進(jìn)入室內(nèi)空間。整個凈化過程為借助風(fēng)機動力使待處理空氣依次通過粗濾網(wǎng)、流光放電—光催化反應(yīng)段、吸附-催化反應(yīng)段,最后輸出潔凈空氣。本發(fā)明方法可廣泛用于住宅、地下停車場、人防工程、地下通道、公共場所和建筑物內(nèi)部,以及各類交通運輸工具艙室空氣的凈化處理??勺鳛橐粌艋到y(tǒng)單獨設(shè)置,也可與空調(diào)系統(tǒng)匹配,成為空調(diào)系統(tǒng)的一個組成單元。
文檔編號F24F3/16GK1597068SQ20041000950
公開日2005年3月23日 申請日期2004年9月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月2日
發(fā)明者朱天樂, 康飛宇, 郝吉明 申請人:朱天樂, 康飛宇, 郝吉明