光觸媒蜂窩組件及光觸媒凈化裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光觸媒蜂窩組件及光觸媒凈化裝置，更具體來說，本發(fā)明涉及一種利用光觸媒的原理對空氣進行凈化的光觸媒凈化裝置及其中所具有的光觸媒蜂窩組件。
【背景技術(shù)】
[0002]光觸媒是一種在光的照射下，自身不發(fā)生變化，但卻能促進化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)。光觸媒在光的照射下，可使材料表面所吸附的氧和水分活性化，產(chǎn)生具有氧化能力極強的自由氫氧基和活性氧，發(fā)生氧化反應(yīng)，以使有機物、細菌、病毒等徹底分解為二氧化碳和水。
[0003]光觸媒空氣凈化技術(shù)是當(dāng)前國際上治理環(huán)境污染的理想技術(shù)。其中，光觸媒凈化效果優(yōu)異與否的關(guān)鍵便在于能否更大程度地提高污染空氣與光觸媒的接觸面積以及能否更大程度地保證光觸媒表面得到足夠的光照射。另外，上述光觸媒不僅可以是通過照射紫外光而發(fā)生激發(fā)的光觸媒，也可以是通過照射其它的光(例如可見光)而發(fā)生激發(fā)的光觸媒。
[0004]另外，現(xiàn)有的光觸媒凈化裝置按結(jié)構(gòu)主要可分為單流道式、單流道型拓展表面式、蜂窩流道疊加式以及拓展光源式這幾種類型。以下，將分別對每種類型的裝置進行簡單說明。
[0005](I)單流道式
[0006]單流道式結(jié)構(gòu)是典型的光觸媒裝置結(jié)構(gòu)。在單流道式的光觸媒裝置中，僅包含一個流道，流道壁面涂有光觸媒涂層，而在流道中心布置紫外線燈，通過激發(fā)光觸媒來實現(xiàn)光催化氧化反應(yīng)過程。
[0007]上海理工大學(xué)的金寧等人將初級過濾、高效過濾、活性炭過濾及光觸媒催化過濾集成為一個裝置進行了研究。這種集成裝置IA的結(jié)構(gòu)如圖1所示?？諝庥蓤A柱筒1A的側(cè)壁1Al進入，在設(shè)于內(nèi)部的風(fēng)機20A的作用下，空氣會先后經(jīng)過多層過濾網(wǎng)(初效過濾網(wǎng)30A、HEPA高效過濾網(wǎng)40A、活性炭過濾網(wǎng)50A)，到達內(nèi)層的附著有T12 (光觸媒)的濾網(wǎng)60A上。由于在集成裝置IA的圓柱筒1A的中心布置有紫外線雙燈管70A，因此，光觸媒處于激發(fā)狀態(tài)，污染氣體在經(jīng)過光觸媒時會發(fā)生氧化還原反應(yīng)，由此利用多重過濾整體上實現(xiàn)空氣凈化的過程。
[0008]但是，如圖1所示，單流道式的缺點在于污染空氣與光觸媒(T12)接觸的面積小，因此，其發(fā)生反應(yīng)的反應(yīng)面積也較小。
[0009](2)單流道型拓展表面式
[0010]如上所述，由于單流道式的光觸媒裝置的反應(yīng)面積較小，因此，為了提高污染空氣與光觸媒的反應(yīng)面積，提出了單流道型拓展表面式結(jié)構(gòu)其中，上述單流道型拓展表面式結(jié)構(gòu)是在單流道式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，采用了其它形式的載體，以取代單純的流道壁面來作為光觸媒的附著表面。這種方式增加了光觸媒的表面積，由此能夠提高裝置的反應(yīng)效率。
[0011]閆其年等人對導(dǎo)流回旋風(fēng)道形式的光觸媒裝置進行了研究。這種導(dǎo)流回旋風(fēng)道形式的光觸媒裝置IB的結(jié)構(gòu)如圖2所示。相對于單流道式的光觸媒裝置，這種導(dǎo)流回旋風(fēng)道形式的光觸媒裝置IB采用隔板(未圖示)，形成螺旋流道20B J12涂層(光觸媒涂層)除了噴涂在管道壁IlB上之外，還噴涂附著在隔板上，由此來提高反應(yīng)面積。四支(在此僅示出了兩支)不同輻射波長的紫外燈管31A、32A布置于裝置中央軸線方向，由此來形成諧振光源，以使光觸媒處于高強度激發(fā)狀態(tài)。在圖2所示的導(dǎo)流回旋風(fēng)道形式的光觸媒裝置IB中，由于流道長度與涂層面積均有較大程度地拓展，因此，這兩個因素也成為反應(yīng)效率提高的關(guān)鍵。
[0012]此外，趙剛為鐵路客車設(shè)計了絲網(wǎng)式的光觸媒裝置，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種絲網(wǎng)式的光觸媒裝置IC安裝于回風(fēng)管路(未圖示)上，呈扁平的抽屜式結(jié)構(gòu)。流道的出口與入口距離較小，且兩個端面各布置有一層金屬絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)。T12涂層(光觸媒涂層)附著于絲網(wǎng)上，受到流道中間布置的兩支紫外燈管1C照射后達到激發(fā)狀態(tài)。由于此裝置特殊的外形要求，使得其涂層布置于垂直流道方向，又考慮到不可阻塞流道，因此采用了絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)。但是絲網(wǎng)結(jié)構(gòu)對面積拓展有限，并非理想載體形式，導(dǎo)致裝置的單次通過反應(yīng)效率較低。因此，圖3所示的這種絲網(wǎng)式的光觸媒裝置IC的結(jié)構(gòu)僅適用于可重復(fù)回風(fēng)且污染氣體濃度較低的情況。
[0013]另外，單興剛等人進行了光催化的實驗研究。該研究采用的實驗裝置為玻璃管套筒的結(jié)構(gòu)形式，在內(nèi)層的石英管中安裝紫外燈管，在外層的玻璃管套筒中填充小玻璃珠顆粒。將Ti02(光觸媒)以涂層形式噴涂附著在小玻璃珠上，而形成為填充床的形式，由此能大幅拓展反應(yīng)面積。
[0014]但是，上述三種情形的單流道型拓展表面式的光觸媒裝置均存在如下缺點:在流道中流動的空氣會受到較大的流阻，在對流阻較為敏感的通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，如交通工具的通風(fēng)系統(tǒng)中，很可能不滿足流阻要求。
[0015](3)蜂窩流道疊加式
[0016]蜂窩流道結(jié)構(gòu)與拓展表面式結(jié)構(gòu)同樣，都是為了增大反應(yīng)表面而提出的。但是，由于蜂窩流道較為密集，無法在每個流道內(nèi)部布置紫外光源，因此，只能在通道的入口與出口位置放置紫外燈管。另外，考慮到光線的照射范圍的局限性，流道又不可設(shè)置得過長，由此，也就出現(xiàn)了較短的蜂窩流道結(jié)構(gòu)與紫外燈疊加的所謂蜂窩流道疊加式的結(jié)構(gòu)。
[0017]北航王浚課題組為旅客機座艙設(shè)計的光觸媒裝置ID就屬于這種蜂窩流道疊加式的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。采用蜂窩流道的目的，是考慮到與填充床以及圖3所示的金屬網(wǎng)等形式的結(jié)構(gòu)相比，蜂窩流道式結(jié)構(gòu)的流阻要低得多。另外，將T12涂層(光觸媒涂層)30D噴涂附著在每個蜂窩流道1D的壁面位置，利用多組紫外燈20D與多個蜂窩流道1D的疊加結(jié)構(gòu)，能使大部分蜂窩通道1D中的紫外線光照條件良好，由此能實現(xiàn)較大的反應(yīng)效率。
[0018]另外，鹿院衛(wèi)等人同樣研究了這種蜂窩流道疊加式結(jié)構(gòu)。所采用的蜂窩流道層板尺寸為300mmX 300mm，厚度為6mm，蜂窩孔密度為250 X 250單元/m2。經(jīng)過計算驗證，研究提出蜂窩通道最佳縱橫比為1.5，這個結(jié)構(gòu)比例下，可保證光強得到充分利用。此外，谷昌軍等人也對這種結(jié)構(gòu)進行了研究。與鹿院衛(wèi)等人不同的是，谷昌軍等人采用了陶瓷網(wǎng)取代了金屬網(wǎng)，同樣也取得了較好的實驗效果。
[0019]但是，上述三種情形的蜂窩流道疊加式的光觸媒裝置也同樣存在如下缺點:在流道中流動的空氣會受到較大的流阻，在對流阻較為敏感的通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，如交通工具的通風(fēng)系統(tǒng)中，很可能不滿足流阻要求。
[0020](4)拓展光源式
[0021]除了上述較為常規(guī)的光觸媒裝置類型，還有些研究者另辟蹊徑，通過對光路拓展的方式使得光強分布更加均勻，以此提高反應(yīng)效率。
[0022]馮巧蓮等人提出了采用光纖作為拓展光源的想法，其構(gòu)想的光觸媒裝置IE如圖5所示。光纖LF替代了風(fēng)機BL的葉片，插在風(fēng)機BL的輪轂H上。而在光纖LF的表面，則覆蓋有T12的涂層。輪轂中央布置有紫外燈管20E，分布于徑向的光纖束可將紫外光源延展至涂層部位，激發(fā)光觸媒發(fā)生光催化反應(yīng)。但是，此想法并未通過實物實現(xiàn)，其實際效果如何有待驗證。
[0023]葉劍人則提出了以S12為光觸媒的載體，其制成的光觸媒裝置IF如圖6所示。實驗時，需先制備S12的三維骨架，其后將T12涂層附著于骨架上，并將骨架以填充床形式安置于裝置內(nèi)部。載體附近布置有紫外燈管。由于光源可通過S12擴展光路，因此這種形式的光觸媒也屬于光源拓展型，對反應(yīng)效率的提高有很大幫助。
[0024]通過上述介紹可知，在以往仍然無法存在一種光觸媒裝置，既能最大程度地提高污染空氣與光觸媒的接觸面積，又能最大程度地保證光觸媒表面得到足夠的光照射，同時，還能使在流道中流動的空氣所受到的流阻同樣滿足對流阻要求較高的通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，例如飛機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域。因此，如何能夠設(shè)計一種能夠同時滿足這些條件的光觸媒裝置便成為亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而作，其目的在于提供一種光觸媒蜂窩組件及光觸媒凈化裝置，使用這種光觸媒蜂窩組件及光觸媒凈化裝置，既能最大程度地提高污染空氣與光觸媒的接觸面積，又能最大程度地保證光觸媒表面得到足夠的紫外光照射，同時，還能使在流道中流動的空氣所受到的流阻同樣滿足對流阻要求較高的通風(fēng)系統(tǒng)領(lǐng)域，例如飛機通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計領(lǐng)域。
[0026]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的第一方面的第一技術(shù)方案提供一種光觸媒蜂窩組件，其特征是，所述光觸媒蜂窩組件包括光觸媒蜂窩組件殼體和一個或多個光觸媒蜂窩濾芯，所述光觸媒蜂窩濾芯由多個濾芯基本單元呈蜂窩式排布而構(gòu)成，各所述濾芯基本單元的端視呈多邊形或圓形，每個所述濾芯基本單元的多邊形或圓形內(nèi)表面中的一部分或全部上附著有光觸媒涂層，由所述濾芯基本單元的多邊形或圓形內(nèi)表面圍成的區(qū)域形成能供空氣流過的多邊形或圓形空氣通道。
[0027]另外，由于能使光觸媒蜂窩濾芯在光觸媒蜂窩組件的軸向方向上設(shè)置得較長，因此，能夠保持在光觸媒蜂窩濾芯的直徑不變的情況下提高總的空氣和光觸媒的接觸面積，因而，特別適用于安裝空間較為緊湊的航空器的布置中。
[0028]本發(fā)明的第一方面的第二技術(shù)方案的光觸媒蜂窩組件是