專利名稱：一種集成空氣凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保領(lǐng)域，涉及一種可以有效消除中、低濃度氣態(tài)污染物以及微生物的集成 式空氣凈化技術(shù)。該技術(shù)可用來改善室內(nèi)空氣質(zhì)量，特別是密閉和半密閉空間的空氣質(zhì)量， 同時也是解決中小型化工廠、制藥廠、造紙廠以及其它企業(yè)氣態(tài)污染物排放的一種有效方法。
背景技術(shù)：
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，其來 源主要有油漆、'膠粘劑、地毯、織物、化妝品、防蛀劑、空氣清新劑、干洗的衣物等，比較 常見且危害較大的有人造板材中揮發(fā)出的甲醛、家具中揮發(fā)出的溶劑甲苯、地墊中揮發(fā)的氯
乙烯等。目前，室內(nèi)空氣中已檢出350種不同的揮發(fā)性有機化合物，種類有脂肪烴、鹵代烴、 芳香烴、醇、醛、酮、酯等，其中主要的污染物為甲醛、苯、甲苯、氟里昂類化合物、氯仿 等。這些污染會導(dǎo)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(guān)系到廣大人民群眾身體健康甚至生命安全的頭等大事。
另外，在某些密閉或者半密閉空間，如太空艙、大型機房、潛艇、人防工事、地鐵、地下 工事等等中，與外界的通風(fēng)受到嚴格限制或根本不可能通風(fēng)。人員的生理活動、設(shè)備和機器 的運行、各種建筑材料、裝飾材料以及設(shè)備材料本身的釋放、甚至烹調(diào)做飯，都會產(chǎn)生大量 的有害氣體。室內(nèi)化學(xué)污染物對人體健康產(chǎn)生危害，即使低濃度的VOCs亦會導(dǎo)致急慢性病 的發(fā)生，比如苯、甲醛、三氯乙垸、三氯乙烯、多氯聯(lián)苯(PCB )己被確認為致癌物。由 于缺少與外界新鮮空氣的直接換氣，因此導(dǎo)致各種污染物的累積，如果這些氣態(tài)污染物不能 夠得到及時的消除，勢必會影響工作人員的身體健康。
再者，在某些中小型化工廠、制藥廠、造紙廠以及其它企業(yè)中，排放氣體中污染物的濃度 可能并不是很高，但卻要遠遠超過國家規(guī)定的排放標準。這種排放氣，如果采用傳統(tǒng)的吸附 方法， 一是處理量大，二是成本較高，需要經(jīng)常更換吸附材料，而廢棄的吸附材料還需要人 力的拆換，并進一步的銷毀處理。
目前普遍采用的過濾器僅對一定大小的懸浮顆粒污染物具有過濾作用，而且只能吸附一定量、特定種類的氣態(tài)污染物，對室內(nèi)或室外空氣中的多數(shù)氣態(tài)污染物沒有清除作用。吸附 法是目前廣泛應(yīng)用的室內(nèi)空氣凈化方法，活性炭類吸附劑具有廣譜、高效、吸附容量大的特 點，被應(yīng)用于居室、辦公室等內(nèi)部的空氣凈化，也應(yīng)用于芯片車間、潛艇工作艙、航天器座 艙等特殊的室內(nèi)環(huán)境的空氣凈化。吸附法只是有效的將氣體污染物降低到一定標準，并沒有 真正淸除氣態(tài)污染物。另外，吸附飽和后即失效，需要定期更換吸附材料。吸附法不能除去 甲烷、乙烯、 一氧化碳、氫氣等小分子污染物，對甲醛的去除效果也很差，同時對于微生物 也沒有任何的作用。針對這一點，在一些場合采用催化技術(shù)對甲烷、乙烯、 一氧化碳、氫氣 以及其它VOCs等污染物進行消除凈化。催化燃燒床的工作溫度高，通常在300 50(TC，需 要熱交換設(shè)備對排出氣降溫。同時催化材料凈化對象比較單一，尤其對于濃度低于1000ppm 的污染物氣體，處理起來的能量消耗比較大。近幾年發(fā)明的光催化技術(shù)，從原理上來說，可 以在溫和的溫度下處理各種氣態(tài)污染物和微生物，但是它的催化效率非常低，對于處理大風(fēng) 量的污染物來說，基本上沒有多大的效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種具有廣譜性和高效性的集成空氣凈化方法。 該方法集成了可再生吸附技術(shù)、低溫等離子體技術(shù)和催化技術(shù)。首先，采用可再生吸附 裝置對大風(fēng)量的、低濃度的有害氣體進行濃縮、富集，然后對吸附材料進行再生，釋放出高 濃度的、小風(fēng)量的氣態(tài)污染物進入到低溫等離子體反應(yīng)器中，并通過催化劑床層，有害氣體 被分解、礦化，有害的微生物、細菌被殺滅，得到潔凈空氣。本發(fā)明能夠處理大風(fēng)量的氣體， 并能同時有效地、無選擇的降解各種氣態(tài)污染物，以及滅菌消毒，是一種高效、廣譜的集成 式空氣凈化方法。
本發(fā)明的特征在于所述空氣凈化方法是由吸附濃縮、低溫等離子催化劑耦合凈化和尾氣 吸收組成。首先，釆用再生吸附裝置對50 1000mS/h風(fēng)量的、lppm 100ppm低濃度的有害氣 體進行濃縮、富集，得到的潔凈空氣可以直接排放，然后對吸附床層進行原位電加熱再生， 釋放出10ppm 2000ppm濃度的、2.5 50mS/h風(fēng)量的氣態(tài)污染物進入到低溫等離子體反應(yīng)器中， 并通過催化劑床層，有害氣體被分解、礦化，有害的微生物、細菌被殺滅，尾氣中的副產(chǎn)物 被吸收，得到潔凈空氣。
所述可再生吸附的特征在于采用的再生方法為電加熱脫附，在活性炭床層上加上2V至 380V的電壓，利用活性炭自身電阻產(chǎn)生熱，使其吸附的有機物脫附，脫附溫度5(TC至450 'C，脫附介質(zhì)為空氣，以及水蒸汽。吸附床層中裝填有活性炭，浸漬了其他組分的活性炭，.或多種活性炭的組合。
所述低溫等離子體的特征在于采用的放電方式為高頻高壓電源作用下的介質(zhì)阻擋放電； 頻率范圍在lKHz 100KHz之間，高壓在1KV 10KV之間，放電功率在20W 1000W之間； 阻擋介質(zhì)為石英玻璃、陶瓷或云母，阻擋方式為單介質(zhì)阻擋或雙介質(zhì)阻擋，反應(yīng)器為管式反 應(yīng)器或板式反應(yīng)器，高壓電極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極、管電極或針電極。 低壓電極可以采用金屬箔、金屬網(wǎng)、金屬管或鍍的金屬膜。
所述催化劑的特征在于催化材料的載體為氧化鋁、分子篩、介孔分子篩、氧化硅、活性炭 或活性炭纖維，活性組分為Fe、 Co、 Ti、 Cu、 Mn、 Pt、 Pd、 Au、 Rh或Ag中任意一種兩種 或三種的相應(yīng)的金屬或者氧化物，制備方法為等體積浸漬、陽離子交換法、改進的沉積沉淀 法、化學(xué)氣相沉積法或直流磁電管濺射法。等離子體技術(shù)和催化技術(shù)的耦合方式為催化劑被 裝填在等離子體內(nèi)的放電區(qū)、余輝區(qū)以及等離子體反應(yīng)器外，同時可以裝填一種、兩種或三 種催化劑。
本發(fā)明所述空氣凈化方法具有如下特征
(1) 具有髙效性， 一次性對氣態(tài)污染物的降解率在90%以上；
(2) 具有生物防護功能，對細菌、微生物的滅活率在95%以上；
(3) 具有廣譜性，對各種己知、未知氣態(tài)污染物都具有一定的降解能力；
(4) 沒有二次污染，礦化率可以高達85%以上；
(5) 處理能力大，即使是對于較大風(fēng)量的氣態(tài)污染物也能夠進行處理；
(6) 處理污染物濃度范圍比較大，從ppm級到百分含量級，都可以進行處理；
(7) 長壽命。吸附材料可以通過不斷地解吸脫附得到再生，因此具有較長的使用壽命， 而催化劑由于有等離子體場供給的高能量，不易受環(huán)境的干擾，因此也具有長期的 穩(wěn)定性。
(8) 適用范圍寬，可以用在任何需要凈化空氣的場合。
具體實施例方式
在體積為2001113的評價箱中，連續(xù)通入含有50ppm的苯、100ppm的甲醛、100ppm的三 氯甲烷、100ppm的CO的污染空氣，以200m3/h的風(fēng)量進入到可再生吸附塔。吸附塔裝填有 Fe/SBA-15，Ag/介孔Ti02,中孔活性炭。經(jīng)過10小時吸附后，用20m3/h風(fēng)量的150'C熱空氣 反向吹掃3小時，進行氣態(tài)污染物的解吸。解吸得到的含有較高濃度污染物的氣體進入到低 溫等離子體反應(yīng)器中。電源放電電壓為10 000V，頻率為120KHz，功率為IOOOW。采用管式.
介質(zhì)阻擋放電，單介質(zhì)阻擋，介質(zhì)為陶瓷管，高壓電極為管電極，低壓電極為金屬管。采用 改進沉積沉淀法制備的Au/Al203催化劑和采用離子交換法制備的Ag/ZSM-5被裝填在管式等 離子體反應(yīng)器的放電區(qū)。
適時檢測可再生吸附裝置出口氣體濃度，苯、甲醛、三氯甲烷的濃度都在(K10ppm之間， CO濃度在0 30ppm之間，氣體風(fēng)量為200mVh。等離子體和催化床層的出口污染物的濃度， 苯、甲醛、三氯甲垸的濃度都在0~20ppm之間，CO濃度在0 8ppm之間，氣體風(fēng)量為20m3/h。
權(quán)利要求
1. 一種集成空氣凈化方法，其特征是所述空氣凈化方法是由吸附濃縮、低溫等離子催化劑耦合凈化和尾氣吸收組成；首先采用再生吸附裝置對50～1000m3/h風(fēng)量的、1ppm～100ppm低濃度的有害氣體進行濃縮、富集，得到的潔凈空氣可以直接排放，然后對吸附床層進行原位電加熱再生，釋放出10ppm～2000ppm濃度的、2.5～50m3/h風(fēng)量的氣態(tài)污染物進入到低溫等離子體反應(yīng)器中，并通過催化劑床層，有害氣體被分解、礦化，有害的微生物、細菌被殺滅，尾氣中的副產(chǎn)物被吸收，得到潔凈空氣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化方法，其特征在于吸附濃縮采用的再生 方法為變電加熱脫附，在活性炭床層上加上2V至380V的電壓，利用活性炭自 身電阻產(chǎn)生熱，使其吸附的有機物脫附，脫附溫度5(TC至45(TC,脫附介質(zhì)為空 氣，以及水蒸汽；吸附床層中裝填有活性炭，浸漬活性炭，或多種的活性炭的組合。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化方法，其特征在于低溫等離子體所采用 的放電方式為高頻高壓電源作用下的介質(zhì)阻擋放電；頻率范圍在lKHz 100KHz 之間，高壓在1KV 10KV之間，放電功率在20W 1000W之間；阻擋介質(zhì)為 石英玻璃、陶瓷或云母，阻擋方式為單介質(zhì)阻擋或雙介質(zhì)阻擋，反應(yīng)器為管式反 應(yīng)器或板式反應(yīng)器，高壓電極是鋸齒形、星形、芒刺形、魚骨形、線電極、管電 極或針電極。低壓電極可以采用金屬箔、金屬網(wǎng)、金屬管或鍍的金屬膜。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空氣凈化方法，其特征在于催化劑的載體為氧化鋁、 分子篩、介孔分子篩、氧化硅、活性炭或活性炭纖維，活性組分為Fe、 Co、 Ti、 Cu、 Mn、 Pt、 Pd、 Au、 Rh或Ag中任意一種兩種或三種的相應(yīng)的金屬或者氧化 物，制備方法為等體積浸漬、陽離子交換法、改進的沉積沉淀法、化學(xué)氣相沉積 法或直流磁電管濺射法。等離子體技術(shù)和催化技術(shù)的耦合方式為催化劑被裝填在 等離子體內(nèi)的放電區(qū)、余輝區(qū)以及等離子體反應(yīng)器外，同時可以裝填一種、兩種 或三種催化劑。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種具有廣譜性和高效性的集成空氣凈化方法。該方法是由吸附再生、低溫等離子催化劑耦合凈化和尾氣吸收組成。首先，采用再生吸附裝置對50～1000m³/h風(fēng)量的、1ppm～100ppm低濃度的有害氣體進行濃縮、富集，得到的潔凈空氣可以直接排放，然后對吸附床層進行電加熱原位再生，釋放出10ppm～2000ppm濃度的、2.5～50m³/h風(fēng)量的氣態(tài)污染物進入到低溫等離子體反應(yīng)器中，并通過催化劑床層，有害氣體被分解、礦化，有害的微生物、細菌被殺滅，尾氣中的副產(chǎn)物被吸收，得到潔凈空氣。
文檔編號A61L9/014GK101204589SQ200610167759
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日
發(fā)明者史喜成, 張忠良, 王東輝, 白書培 申請人:中國人民解放軍63971部隊