專利名稱：吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置及專用光催化劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置及專用光催化劑。

背景技術：
隨著經濟的發(fā)展和社會的進步，人們對家庭、辦公室、商店、娛樂場所等地方的室內裝修越來越重視；但是在裝修過程中由于采用了大量含甲醛的裝飾材料，導致近年來室內空氣污染加重，并已對人體健康產生了重大的影響；現有室內空氣凈化器主要是采用活性碳吸附法，但是這種方法只有在如轎車內這樣的小環(huán)境中才具有較好的效果；且需要經常更換吸附劑，更換掉的吸附劑對環(huán)境將產生污染；且價格較貴；TiO2用于室內空氣凈化的光催化劑是最有開發(fā)前途的綠色環(huán)保催化劑之一，然而目前大多數研究局限于TiO2粉末分散懸浮體系。由于懸浮體系存在難以分離和回收，容易中毒和凝聚的缺點，限制了其發(fā)展。由于光催化反應發(fā)生在催化劑表面，只有吸附在催化劑表面的有機物才能被降解，目前已見報導的裝置中，多采用單一的光催化氧化法凈化空氣中的有機物，或者采用光觸媒涂層進行催化。而且必須頻繁更換空氣凈化裝置，降解率低。
本發(fā)明的目的在于提供一種具有高活性、安全、廉價、無污染的一種吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置及專用光催化劑。
吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置包括兩端為通風口的外殼、引風系統(tǒng)、紫外光燈管、環(huán)繞在紫外光燈管外面的光催化劑層，其特征在于，所述光催化劑層是竹炭負載Ce摻雜納米TiO2多層梯形柵式圓片形催化劑層，多層梯形柵式圓片形催化劑層從內向外由小漸大地環(huán)繞在紫外光燈管外面，催化劑的厚度為1-4mm，在每層之間有10-40mm的空間距離。
所述不同直徑的不銹鋼絲網的直徑依次為6、7、8、9、……厘米。
多層梯形柵式圓片形催化劑層的層數為12-20層。
所述引風系統(tǒng)包括安裝在外殼一端將室內風引入裝置的排風扇和靠近排風扇部位的漏斗形氣流分布器，所述漏斗形氣流分布器的大端正對著排風扇，在漏斗形氣流分布器外殼上設有通風孔。
所述紫外光燈管的波長在254mm和365nm之間，紫外光燈管為長條形，長條形紫外光燈管的一端固定在漏斗形氣流分布器末端的燈座上，另一端由支架支撐。
所述外殼內壁粘貼或涂有一層反光材料。
所述竹炭負載Ce摻雜納米TiO2多層梯形柵式圓片形催化劑層的制備方法，包括以下步驟 (1)Ce摻雜納米TiO2在竹炭上的負載 制作厚度為2mm的竹炭片。將經過超聲波清洗的竹炭基材浸入新制的Ce摻雜納米TiO2溶膠中3-8min，在60-100℃烘干，再經粉碎過200-300目篩后制成的竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑粉末，其中納米TiO2/竹炭(質量)＝0.05-0.1。
(2)用粉末-鋼絲圈壓片法將竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑粉末壓在不同直徑的不銹鋼絲網上，其厚度為1-4mm；，所述不同直徑的不銹鋼絲網的直徑依次為6、7、8、9、……厘米；在每層圓片形催化劑層中部設有穿過紫外光燈管的孔。
使用時接通電源，紫外光燈發(fā)光，風扇開始轉動，將含有甲醛的空氣吹入凈化裝置內，氣體先通過漏斗形氣流分布器使氣體均勻分布，且減緩風速，再軸向依次接觸多層梯形柵式環(huán)狀竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑層，甲醛被竹炭吸收，又在Ce摻雜納米TiO2催化劑作用下被降解成水和二氧化碳，排出裝置；未及反應的甲醛被吸附在竹炭中等待降解。從而實現空氣的凈化。
本發(fā)明的優(yōu)點采用竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑層，其竹炭吸收效率高；提高了催化劑的利用率，使未及催化的甲醛可滯后降解，也有利于TiO2的吸收?？朔艘延屑夹g中只有吸附在催化劑表面的有機物才能被降解的缺點，大大提高了TiO2催化劑的降解能力；，又采用多層梯形柵式環(huán)狀，進一步增加了光照表面，提高光反應效率，在反應器內側設有反光材料，可加強光反射和隔絕催化劑與容器壁的接觸?？稍诔爻合聦⒓兹┑扔袡C物降解為水和二氧化碳，不會產生二次污染；經實驗本發(fā)明的甲醛凈化效率在二小時內可達94％以上；且納米TiO2性質穩(wěn)定，無毒無害；Ce摻雜納米TiO2/竹炭催化劑可以循環(huán)使用，解決了消費者頻繁更換反應器的煩惱；其結構簡單實用，成本低。符合消費者物美價廉的要求，又適應時代潮流，環(huán)保節(jié)能。



圖1為實施例2總體結構示意圖； 圖2為圓片形催化劑層結構示意圖。
實施例1吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置 參見圖1和圖2 本實施例設有兩端為通風口的有機玻璃外殼1、在外殼一端裝有一臺將室內風引入裝置的排風扇2，靠近排風扇部位裝有一個漏斗形氣流分布器3，在漏斗形氣流分布器外殼上設有通風孔4，漏斗形氣流分布器的大端正對著排風扇；在漏斗形氣流分布器的末端設有燈座5，長條形紫外光燈管6的一端固定在燈座5上。將每層圓片形催化劑層7中部的孔8穿過紫外光燈管，構成多層梯形柵式環(huán)狀的竹炭負載Ce摻雜納米TiO2光催化劑層；并從內向外由小漸大地環(huán)繞在紫外光燈管外面，在每層之間有20mm的空間距離9。在有機玻璃外殼內壁反應器內側粘貼一層涂有反光材料的錫箔10。加強光反射和隔絕催化劑與容器壁的接觸。
實施例2梯形柵式圓片形催化劑層的制作 (1)Ce摻雜納米TiO2在竹炭上的負載 制作厚度為2mm的竹炭片。將經過超聲波清洗的竹炭基材浸入新制的Ce摻雜納米TiO2溶膠中，5min后取出，在80℃烘干，用二次去離子水沖洗，再烘干后經粉碎過200-300目篩后制成的粉末，其中納米TiO2/竹炭(質量)＝0.05-0.1。
參見圖2(2)用粉末鋼絲圈壓片法將竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑粉末12壓在不同直徑的不銹鋼絲網11上，其厚度為1-4mm；，所述不同直徑的不銹鋼絲網的直徑依次為6、7、8、9、……厘米；在每層圓片形催化劑層中部設有穿過紫外光燈管的孔8。
效果假設體積為60m3的房間內甲醛濃度在4h內達到穩(wěn)定時，其甲醛濃度為0.8mg/m3，則房間內甲醛的量為60×0.8＝48mg，而1g竹炭在4h內吸附68.5mg甲醛，并在這段時間內降解吸附量的15％，即68.5×15％＝10.275mg，所以，要使空氣中的甲醛含量達到國家標準(假設甲醛全部被降解)，一間60m3規(guī)格的房間需要的摻雜Ce的納米TiO2/竹炭的量為(1×48)/10.275＝4.67g 實施例2中實際設計的光催化反應器中裝載的納米TiO2/竹炭的量為100g，按上述方法計算可得4h內該裝置可吸附甲醛的量為68.5×100＝6850mg 降解甲醛的量為6850×15％＝1027.5mg 遠遠超出房間內產生的甲器的甲醛降解能力可靠。其他規(guī)格的房間可根據房間的大小比例依次增加凈化器的數量或使用更大規(guī)格的凈化器。
根據實驗只要凈化2小時，其納米TiO2光催化氧化甲醛的降解率可達94％，參見表1。
表1納米TiO2光催化氧化甲醛的降解率


權利要求
1.一種吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，包括兩端為通風口的外殼、引風系統(tǒng)、紫外光燈管、環(huán)繞在紫外光燈管外面的光催化劑層，其特征在于，所述光催化劑層是竹炭負載Ce摻雜納米TiO2多層梯形柵式圓片形催化劑層，多層梯形柵式圓片形催化劑層從內向外由小漸大地環(huán)繞在紫外光燈管外面，催化劑的厚度為1-4mm，在每層之間有10-40mm的空間距離。
2.根據權利要求1所述的吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，其特征在于，所述不同直徑的不銹鋼絲網的直徑依次為6、7、8、9、……厘米。
3.根據權利要求1所述的吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，其特征在于，所述多層梯形柵式圓片形催化劑層的層數為12-20層。
4.根據權利要求1所述的吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，其特征在于，所述引風系統(tǒng)包括安裝在外殼一端將室內風引入裝置的排風扇和靠近排風扇部位的漏斗形氣流分布器，所述漏斗形氣流分布器的大端正對著排風扇，在漏斗形氣流分布器外殼上設有通風孔
5.根據權利要求1所述的吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，其特征在于，所述紫外光燈管的波長在254mm和365nm之間，紫外光燈管為長條形，長條形紫外光燈管的一端固定在漏斗形氣流分布器末端的燈座上，另一端由支架支撐。
6.根據權利要求1所述的吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置，其特征在于，所述外殼內壁粘貼或涂有一層反光材料。
7.一種權利要求1所述吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置的竹炭負載Ce摻雜納米TiO2多層梯形柵式圓片形催化劑層的制備方法，其特征在于，包括以下步驟
(1)將竹炭片浸入Ce摻雜納米TiO2溶膠中3-8min，在60-100℃烘干，再經粉碎過200-300目篩后制成的竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑粉末，其中納米TiO2/竹炭(質量)＝0.05-1；
(2)用粉末-鋼絲圈壓片法將竹炭負載Ce摻雜納米TiO2催化劑粉末壓在不同直徑的不銹鋼絲網上，其厚度為1-4mm；，所述不同直徑的不銹鋼絲網的直徑依次為6、7、8、9、……厘米；在每層圓片形催化劑層中部設有穿過紫外光燈管的孔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種吸附-光催化室內空氣高效凈化裝置及專用光催化劑。包括兩端為通風口的外殼、引風系統(tǒng)、紫外光燈管、環(huán)繞在紫外光燈管外面的光催化劑層，其特征在于，所述光催化劑層是竹炭負載Ce摻雜納米TiO2多層梯形柵式圓片形催化劑層，多層梯形柵式圓片形催化劑層從內向外由小漸大地環(huán)繞在紫外光燈管外面，催化劑的厚度為1-4mm，在每層之間有10-40mm的空間距離。本發(fā)明大可在常溫常壓下將甲醛等有機物降解為水和二氧化碳，不會產生二次污染；經實驗本發(fā)明的甲醛凈化效率在二小時內可達94％以上；且納米TiO2性質穩(wěn)定，無毒無害；Ce摻雜納米TiO2/竹炭催化劑可以循環(huán)使用，解決了消費者頻繁更換反應器的煩惱；其結構簡單實用，成本低。
文檔編號A61L9/00GK101607095SQ200910304868
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月27日 優(yōu)先權日2009年7月27日
發(fā)明者楊道武, 慧 劉, 宇 蘇, 韓慧慧, 艷 姚, 卓 任 申請人:長沙理工大學