本發(fā)明涉及空氣凈化器及用于與這樣的空氣凈化器一起使用的催化轉化器。本發(fā)明還涉及用于消減空氣中的諸如voc(揮發(fā)性有機化合物)的可轉化化合物的方法。

背景技術：

空氣凈化系統(tǒng)在本領域中是已知的。例如，wo2004/112958描述了金/二氧化鈦光催化/熱催化涂層，其將吸附到涂層上的揮發(fā)性有機化合物和一氧化碳同時氧化成水、二氧化碳及其他物質。金具有小于3納米的大小。當紫外光的光子由金/二氧化鈦涂層吸附時，形成反應性的羥基自由基。當污染物被吸附到金/二氧化鈦涂層上時，羥基自由基將污染物氧化，以產生水、二氧化碳及其他物質。金是降低一氧化碳的能壘以將一氧化碳氧化成二氧化碳的氧化催化劑。因此，金/二氧化鈦涂層還可以同時將一氧化碳氧化成二氧化碳。

技術實現(xiàn)要素：

人們在室內度過約80％-90％的時間，且室內環(huán)境對人體健康和工作效率具有重要影響。室內空氣例如被定義為在住宅、辦公室、學校、購物中心、醫(yī)院和汽車、飛機座艙、潛艇艙等非工業(yè)區(qū)域中的空氣。室內空氣通常包含處于比室外空氣更高的濃度的、大量的揮發(fā)性有機化合物(voc，例如甲醛、苯、甲苯、二甲苯)。根據世界衛(wèi)生組織(who)的定義，voc被援引為在50℃-260℃的沸點范圍中的所有有機化合物，其中芳族化合物、醛類和鹵烴是出現(xiàn)最多的化合物。voc是病態(tài)建筑綜合癥(sbs)的主要誘因，其是對眼、鼻、喉及相關中樞神經系統(tǒng)(cns)的黏膜的刺激。許多voc還已知是有毒的并被認為是致癌的、誘變的或致畸的。怎樣消除連續(xù)釋放的voc，并防止其累積對人體健康是重要的。

消除voc的常見方法包括增大空氣交換速率和使用空氣凈化器。目前，空氣凈化器的使用對于封閉的室內空氣環(huán)境變得更受歡迎。傳統(tǒng)空氣凈化器使用吸附材料(例如，顆?；钚蕴?吸附voc。然而，這些技術僅將污染物轉變成另外的相，而不是將它們消除?；钚蕴康奈?飽和壽命約3個月/千克。后續(xù)需要額外的處置/處理步驟，以用于再生及防止二次污染。此外，對于具有低分子量(mw<50-60g/mol，少于四個原子)和低沸點(<0℃)的有機化合物，炭的吸附能力顯著降低。

一種備選的補救技術是使用熱催化氧化(tco)，該技術擁有多個優(yōu)于常規(guī)吸附技術的優(yōu)點。對于voc的消減，熱催化氧化(tco)是最有效的技術之一，因為在某些催化劑之上voc可以在低得多的溫度處氧化成co2，并且tco有望具有比各種吸附方法長的有效壽命。目前，一些基于商業(yè)tco的空氣凈化器已在市場中可獲得。這些產品聲稱它們可以在室溫下去除甲醛。

目前的tco材料存在若干問題。目前，大多數tco材料(例如mnox、ceo2、coox、feox)需要加熱到某一溫度以提高它們的催化性能。對于傳統(tǒng)加熱方法，電阻電熱絲是常用加熱源。在空氣凈化器中，我們需要考慮消防安全。因此，需要復雜的設計以確保空氣可以流過設備并且熱可以安全地被傳遞到tco催化層。在這種條件下，環(huán)境空氣將不可避免地升溫，這對于室內空氣凈化是能量浪費的、危險及不舒服的。另外，大多數tco材料是具有低表面積(約1m²/g-5m²/g)的固體顆粒，這難以捕獲并催化氣流中的污染氣體。此外，壽命可能是個問題。大多數tco催化劑在使用期間逐漸失去活性?；謴突钚缘囊环N有效方式是在高溫下再生催化劑。常規(guī)加熱方法將導致各種危害，諸如火災、有害氣體的釋放。

因此，本發(fā)明的一個方面是提供一種備選的空氣凈化器，其優(yōu)選地進一步、至少部分地消除了上述缺點中的一項或多項。另外，本發(fā)明的一個方面是提供一種備選的催化轉化器，其優(yōu)選地進一步、至少部分地消除了上述缺點中的一項或多項。此外，本發(fā)明的一個方面是提供一種備選的空氣凈化方法，其優(yōu)選地進一步、至少部分地消除了上述缺點中的一項或多項。

因此，在第一方面中，本發(fā)明提供了一種包括(a)催化轉化器的空氣凈化器(在本文中也被指示為“凈化器”或“設備”)，該催化轉化器包括(i)催化活性材料(在本文中也被指示為“催化材料”)及(ii)與所述催化活性材料熱接觸的可加熱材料，其中可加熱材料是通過交變電場和交變磁場中的一項或多項可加熱的，該空氣凈化器進一步包括(b)場發(fā)生器，該場發(fā)生器特別地被配置為不與可加熱材料電接觸，并被配置為在空氣凈化器的操作期間通過交變電場和交變磁場中的一項或多項來加熱可加熱材料。

在又一方面中，本發(fā)明還提供了催化轉化器本身，即包括(i)催化活性材料及(ii)與所述催化活性材料熱接觸的可加熱材料的催化轉化器，其中可加熱材料是通過交變電場和交變磁場中的一項或多項可加熱的。

利用這樣的空氣凈化器和/或這樣的催化轉化器，揮發(fā)性有機化合物和/或諸如nox和/或co的其他化合物可以利用相對低的能量輸入并以相對節(jié)約的方式被消減(例如通過分解和/或轉化)?？杉訜岵牧吓c催化活性材料處于熱接觸，并可以以這種方式、以非常高效的方式將熱能提供給催化材料。因此，熱管理可能是優(yōu)異的，并且能量的浪費可以被最小化。以這種方式，在處理凈化器方面的風險也可以最小化，因為可能不存在熱能的不必要的多余生成，熱能的不必要的多余生成會引起可能對于使用是危險的和/或可能導致凈化器比必要壽命短的壽命的熱點。

本發(fā)明的元件包括催化轉化器，其可以由如本文所限定的空氣凈化器包括。這種催化轉化器可以是顆粒狀材料。然而，催化轉化器也可以是固體結構，諸如涂覆有催化活性材料和/或其他材料的線。催化轉化器也可以包括層狀結構。另外，催化轉化器可以包括基底，其包括功能材料(諸如催化活性材料及可加熱材料，以及可選地，多孔材料(還見于下文))。然而，催化轉化器也可以包括前面提及的實施例之一的混合結構。下文更詳細地闡述催化轉化器的一些實施例。

催化活性材料(功能材料之一)特別地包括催化劑，其被配置為用于催化氧化和/或分解有機化合物，特別是揮發(fā)性有機化合物，和/或用于氧化和/或分解空氣中可獲得的另外的物質，諸如nox(即no2、no、n2o等)、co和臭氧(o3)中的一種或多種，特別是nox和/或臭氧。因此，在一個實施例中，催化活性材料包括熱催化氧化材料和/或熱催化分解材料。另外，在一個實施例中，催化轉化器可以(因此)包括熱催化氧化劑。熱能特別地用于增大催化分解和/或催化氧化的反應速度。由場發(fā)生器感生的熱能的使用(進一步參見下文)不排除另外輻射源的使用，以例如通過向催化活性材料提供uv輻射、可見輻射和ir輻射中的一種或多種來(進一步)促進催化過程。

可以由催化活性材料包括的催化活性物質可以例如選擇自本領域中已知的金屬和金屬氧化物。這樣的催化活性材料可以可選地主要由這樣的催化活性物質組成，但在一些其他實施例中可以例如包括含有這樣的金屬和/或金屬氧化物的、諸如多孔材料(也見于下文)的支撐件。催化活性物質可以例如包括元素pt、pd、rh、ir、rh、ag、au、co、mn、fe、cu、ni、ti、zr、la、cr、nd、mo、w、sn、zn、cr、ru、y、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、tb、er、ho、dy、tm、yb和lu中的一種或多種。備選地或另外地，催化活性物質可以例如包括這樣的元素中的兩種或更多種元素的一種或多種合金。此外，備選地或另外地，催化活性物質可以例如包括這樣的元素中的一種或多種元素的氧化物(諸如fe2o3、mno等)。在本文中，如“催化活性物質”或“氧化物”等的術語也可以分別指代不同催化活性物質的組合以及不同氧化物的組合(也包括混合氧化物)。適當的催化劑的示例可以包括例如mnox(其中特別是x＝1-3.5)、ceo2、coox(其中特別是x＝1-1.33)、feox(其中特別是x＝1.33-1.5)、ag等中的一種或多種。術語“mnox”可以除其他外指代μno2、mno、μn⁴⁺(1-x)μn²⁺xo(2-x)(οη)2x(其中x等于約0.06到約0.07)和kmn⁴⁺6mn²⁺2o16中的一種或多種。然而，如上文所指示的，還可以應用其他催化活性物質。

在本文中也被指示為“熱生成材料”的可加熱材料(另一功能材料)可以例如包括含有鐵的材料(例如粉末、顆粒、纖維、線)和磁性材料(例如fe2o3、fe2mno4、fe2coo4等)中的一種或多種。特別地，可加熱材料可以是當經受交變電場和/或交變磁場時生成熱的任何固體材料。可以用于加熱的磁性材料是例如在磁熱療應用中也是已知的。短語“被配置為不與可加熱材料電接觸”特別地指示可加熱材料的加熱不是以常規(guī)方式通過在閉合電路中引導電力通過導電材料來完成的。在此，在本發(fā)明中，在場發(fā)生器與可加熱材料之間可以不存在物理接觸。另外，可加熱材料可以可選地被配置為與任何電氣電路處于電隔離。

適當的電場發(fā)生器的一個示例包括例如在操作中具有交變電流的感應線圈。原則上，交變電流的頻率可以從20khz調整到40khz。電壓可以被設計為例如在100v-240v范圍中的正常電氣應用。適當的磁場發(fā)生器的一個示例可以包括銅線圈(例如具有16mm的直徑)，其在操作中產生在300khz-1.1mhz頻率范圍中且具有高達例如27ka/m的振幅的交變磁場。磁場強度可以例如從5a/m調整到40ka/m，頻率可以從60hz調整到1.2mhz。

另外，還可以應用多孔材料(作為第三功能材料，其是可選的)。

因此，在一個實施例中，空氣凈化器(特別是催化轉化器)可以進一步包括多孔材料，其中多孔材料可以特別地包括所述催化活性材料。在又一實施例中，多孔材料可以進一步包括所述可加熱材料。多孔材料可以包括催化活性材料和可加熱材料中的一種或多種的多孔形式。

然而，多孔材料也可以是具有孔隙率的另一材料，其中多孔材料可以可選地進一步包括所述催化活性材料和所述可加熱材料中的一種或多種。多孔材料可以是宏觀多孔、介觀多孔或微觀多孔中的一種或多種。特別地，可以應用諸如多孔氧化鋁和/或多孔二氧化硅中的一種或多種的多孔材料。備選地或另外地，可以應用沸石。然而，還可以應用其他類型的具有孔隙率的例如al-si或al-p系統(tǒng)?？梢允褂玫姆惺姆窍拗菩允纠梢赃x擇自zsm-5、y型沸石、β沸石的組。備選地或另外地，可以應用絲光沸石。例如，可以應用諸如例如沸石、金屬-有機骨架(mof)、介觀多孔二氧化硅、活性炭等的多孔吸附劑材料。術語“多孔材料”可以可選地還指代多種多孔材料。當多孔材料包括催化活性材料和可加熱材料中的一種或多種時，這樣的功能材料可以在多孔材料的孔內和/或在多孔材料的孔上。將功能材料引入到孔中的方法是本領域中已知的，并且包括例如初濕含浸法和交換方法中的一種或多種。

因此，例如鐵質材料和磁性材料可以生成熱并將熱限制在低至甚至納米級的空間之內，以及將熱傳遞到tco催化劑。多孔材料可以從空氣(流)中捕獲并聚集(有機)污染物氣體(例如voc)，這將增加與tco催化劑的接觸和反應時間。tco催化劑可以在升高的溫度處將(有機)污染化合物(例如voc)分解成例如co2和h2o。因此，在一個具體實施例中，催化活性材料被配置為消減揮發(fā)性有機化合物(voc)。在又一實施例中，催化活性材料被配置為消減空氣中的以下各項中的一種或多種：(i)揮發(fā)性有機化合物(voc)，(ii)臭氧(o3)，(iii)nox和(iv)顆粒狀材料(諸如超細顆粒)。備選地或另外地，催化活性材料被配置為(諸如通過氧化成co2)消減co。鐵質材料和磁性材料可以分別通過外部生成的交變感應場和磁場來生成熱。鐵質材料和磁性材料的大小和形狀可以根據要求來調整。通過使用例如納米大小的材料，加熱空間可以被限制低至納米級。熱將直接被傳遞到每個所接觸的tco催化劑單元并高效地消耗。熱將基本上不擴散到環(huán)境中，這是節(jié)能的并提高了安全性。多孔材料可以具有大的表面積(例如>300m²/g)和可調整的孔徑大小(諸如例如0.3nm-50nm)，其可以捕獲并聚集各種voc(例如，直徑：甲醛～0.45nm、苯～0.58nm、甲苯～0.6nm、二甲苯～0.63-0.69nm)。通過將多孔材料與tco催化劑接觸，所捕獲的voc分子將擴散到tco催化劑的表面上，voc分子將在某些溫度處分解。另外，中間tco產物可以由多孔/吸附材料重新吸附，并通過釋放和分解的循環(huán)而完全分解。多孔材料和tco催化劑的協(xié)同效應可以增加它們的壽命和延長它們的壽命。同樣地，這可以應用到除tco催化劑以外的催化劑。

如上文所指示的，更詳細地闡述催化轉化器的一些實施例。

在一個實施例中，空氣凈化器(特別是催化轉化器)可以包括顆粒狀材料，其中顆粒狀材料包括催化活性材料和可加熱材料的混合物。這種實施例可以包括不同的變體，諸如顆粒狀材料具有不同的顆粒，其中顆粒的每個子集包括功能材料中的一種，因此至少具有顆粒狀材料的兩個子集(催化(顆粒狀)材料和可加熱(顆粒狀)材料)。然而，實施例也可以具有以下的變體：其中功能材料中的兩種或更多種已被組合并被處理成包括兩種或更多種功能材料的雜化顆粒(并且因此具有兩種或更多種功能)。因此，在一個實施例中，顆粒狀材料包括至少含有催化活性材料和可加熱材料的顆粒。在又一具體實施例中，顆粒狀材料包括含有芯和殼的顆粒，其中芯包括所述可加熱材料，殼包括所述催化活性材料。在又一實施例中，顆粒狀材料進一步包括多孔材料。這種多孔材料可以作為單獨的顆粒而被提供。然而，這種多孔材料也可以作為殼或層而被提供在可加熱材料芯上。備選地或另外地，它可以作為殼或層而被提供在催化活性材料層或殼(或者可選地，芯)上。而在另一變體中，它可以作為殼或層而被提供在可加熱材料芯上，其中催化活性材料由多孔材料(層或殼)包括。

因此，除上文所列舉的、而不是窮盡的多個不同實施例是可能的。在可以與上文所描述的實施例組合的另外的一般實施例中，催化活性材料和可加熱材料中的一種或多種獨立地被配置為(i)顆粒狀材料、(ii)層和(iii)線中的一種或多種，并且其中獨立地，(i)顆粒狀材料、(ii)層和(iii)線中的一種或多種具有至少一個50μm或更小的尺寸，例如在5nm到50μm的范圍中，諸如10nm到40μm。短語“獨立地被配置”指示催化活性材料或可加熱材料或這兩種材料如本文所進一步描述的那樣被配置。另外，短語“被配置為……中的一種或多種”指示可以提供如下的催化轉化器：其中例如催化活性材料可以作為顆粒和/或作為層而被提供。另外，關于一個或多個尺寸的條件可以僅與顆粒、或僅與層、或與顆粒和層兩者有關。

因此，上文的實施例包括例如其上具有大(>50μm)或小(≤50μm)顆粒的、厚(>50μm)或薄(≤50μm)層的可加熱材料，但是其中這些尺寸中的至少一個尺寸為50μm或更小。術語“尺寸”可以特別地與長度、寬度、高度和直徑有關。例如，可以提供具有50μm高度的層。注意，本發(fā)明還可以包括有更小的尺寸。例如，可加熱材料可以包括顆粒狀的可加熱材料，顆粒狀的可加熱材料具有在10μm或更小的范圍中的顆粒尺寸，諸如1μm或更小，或甚至100nm或更小，即在納米大小范疇中。同樣地，這可以應用到(主要)包括催化活性材料的層或顆粒或線。術語“線”還可以包括纖維。

在另一具體實施例中，催化轉化器包括層狀結構，該層狀結構至少包括含有所述催化活性材料的層及含有所述可加熱材料的層?？蛇x地，這些層中的一個或兩個可以是多孔的。在又一實施例中，在這些功能層之間可能存在多孔層。一般而言，這樣的中間層將是薄的(諸如<10μm，如<5μm，特別是<1μm，或甚至更小，諸如<0.1μm)，以便保持熱接觸。

當功能材料彼此物理接觸時，對于良好的熱接觸是特別有益的。因此，在又一具體實施例中，可加熱材料被配置為與所述催化活性材料物理接觸。當可加熱材料和催化活性材料不彼此物理接觸時，特別地，這些材料之間的距離是小的(諸如<10μm，如<5μm，諸如<1μm，或甚至更小，諸如<0.1μm)，和/或可以存在布置在可加熱材料與催化活性材料之間的導熱材料。因此，以這些方式，在可加熱材料與催化活性材料之間也存在熱接觸。

可以以不同的方式應用空氣凈化器。例如，它可以集成在已有通風系統(tǒng)或已有空調系統(tǒng)等中。因此，在這樣的應用中，空氣凈化器不需要與空氣凈化器集成的氣流發(fā)生器，因為在這樣的實施例中可以使用外部氣流發(fā)生器。然而，備選地或另外地，在一個實施例中，空氣凈化器可以進一步包括氣流發(fā)生器，其被配置為促使空氣與催化活性材料接觸。氣流發(fā)生器可以包括泵、風扇或如通過煙囪效應的其他方式等中的一種或多種。另外，“氣流”和“氣流發(fā)生器”特別地分別是空氣流和空氣流發(fā)生器。

在又一實施例中，空氣凈化器可以進一步包括控制單元以及特別地被配置為感測空氣中的分子的傳感器，其中控制單元被配置為根據傳感器的傳感器信號與所述分子的預先確定水平來控制場發(fā)生器。術語“分子”也可以與多種(不同的)分子有關。備選地或另外地，控制單元被配置為根據傳感器的傳感器信號與所述分子的預先確定水平來控制(可選的)氣流發(fā)生器。另外，備選地或另外地，傳感器可以被配置為測量溫度、濕度、壓力、(空間中)人的存在等中的一項或多項。此外，控制單元被配置為根據傳感器的傳感器信號來控制場發(fā)生器和可選的氣流發(fā)生器中的一項或多項。術語“傳感器”也可以可選地指代多個(不同的)傳感器。同樣地，這可以應用到術語“傳感器信號”。以這種方式，取決于傳感器信號，空氣凈化器可以例如以較低水平或較高水平操作。例如，當空間中有較多人時和/或在分子水平比期望水平高時，空氣凈化器可以以較高水平操作，即具有可氧化氣體分子的較高消減?？諝庵幸桓袦y的分子可以例如從由voc、nox、co等組成的組中選擇。備選地或另外地，空氣凈化器可以進一步包括特別地被配置為感測諸如超細顆粒之類的、空氣中的顆粒的傳感器。特別地，ufp被限定為納米級大小、特別是直徑小于100nm的(經空氣傳播的)顆粒狀物質(或者在非球形顆粒情況下的等價直徑，即當具有相同體積的顆粒是球形顆粒時將獲得的直徑)。

與空氣凈化器的位置或與空氣凈化方法的使用有關的術語“空間”可以例如涉及(部分)接待區(qū)域，諸如餐館、酒店、診所或醫(yī)院等。術語“空間”還可以涉及(部分)辦公室、百貨商店、倉庫、電影院、教堂、劇院、圖書館等。然而，術語“空間”還可以涉及交通工具中的(部分)工作空間，諸如卡車的艙室、飛機的機艙、船只(船)的艙室、汽車的艙、吊車的艙、如拖車的工程交通工具的艙等。術語“空間”還可以涉及(部分)工作空氣，諸如辦公室、(生產)工廠、發(fā)電廠(如核電廠、燃氣發(fā)電廠、煤電廠等)等。例如，術語“空間”還可以涉及控制室、安全室等。

空氣凈化器可以被配置為設備，特別是集成設備。然而，空氣凈化器也可以被配置為系統(tǒng)或由系統(tǒng)包括，諸如功能地連接到彼此的分離項的組合。例如，系統(tǒng)可以包括特別是(集成)空氣凈化器設備的空氣凈化器，氣流發(fā)生器，傳感器及控制單元(被配置為特別是根據傳感器的傳感器信號來控制空氣凈化器設備及氣流發(fā)生器)。

因此，如上文所指示的，在又一方面中本發(fā)明還提供了催化轉化器本身。

在又一方面中，本發(fā)明還提供了用于消減空氣中的可轉化化合物的方法，該方法包括使用如本文所限定的空氣凈化器，在接觸階段使所述空氣與催化活性材料接觸，同時在接觸階段之前和/或在至少部分接觸階段期間使可加熱材料至少暫時地經受交變電場和交變磁場。如上文所指示的，接觸可以通過集成在設備中的氣流發(fā)生器和/或完全在設備外部的氣流發(fā)生器來促進。另外，催化活性材料(經由可加熱材料)的加熱可以在接觸階段期間完成，或者可以在接觸階段之前完成。一般而言，在設備應當轉化(消減)不期望物質的整個時段期間，交變場被施加到可加熱材料。在接觸階段期間，不期望物質可以通過處于升高的溫度的催化活性材料得以消減(例如被氧化和/或被分解)。特別地，交變場/場發(fā)生器用于將催化活性材料加熱到從30℃-600℃范圍所選擇的溫度，諸如50℃-500℃。

在本文中，諸如在“基本上由……組成”中的術語“基本上”將由本領域的技術人員理解。術語“基本上”也可以包括具有“全部”、“完全”、“所有”等的實施例。因此，在實施例中形容詞基本上也可以去除。在適用的情況下，術語“基本上”也可以與90％或更高，諸如95％或更高，特別是99％或更高，甚至更特別地99.5％或更高，包括100％有關。術語“包括”也包括其中術語“包括”意味著“由……組成”的實施例。術語“和/或”特別地與在“和/或”之前和之后提到的項中的一項或多項有關。例如，短語“項1和/或項2”及類似短語可以與項1和項2中的一項或多項有關。術語“含有”在一個實施例中可以與“由……組成”有關，而在另一實施例中還可以與“至少包含所限定的物質且可選地包含一種或多種其他物質”有關。

此外，說明書及權利要求中的術語第一、第二、第三等用于區(qū)分類似的要素，而不一定用于描述相繼次序或時間順序。應當理解，如此使用的術語在合適的情況下是可互換的，并且本文所描述的、本發(fā)明的實施例能夠以除本文所描述或說明的次序之外的其他次序操作。

本文中的設備除其他外在操作期間被描述。如本領域的技術人員將清楚的，本發(fā)明不限于操作方法或操作中的設備。

應當注意，上文所提到的實施例對本發(fā)明進行了說明而不是限制本發(fā)明，并且本領域的技術人員將能夠設計許多替換實施例而不脫離所附權利要求的范圍。在權利要求中，括號之間的任何符號不應當被解釋為限制權利要求。動詞“包括”及其變化形式的使用不排除除權利要求中所聲明的那些元素或步驟以外的元素或步驟的存在。元素之前的不定冠詞“一”不排除多個這樣的元素的存在。本發(fā)明可以借助于包括若干獨特元件的硬件，以及借助于適當編程的計算機來實施。在枚舉了若干器件的設備權利要求中，這些器件中的數個可以由硬件的同一項來體現(xiàn)。在互相不同的從屬權利要求中記載的某些措施的純粹事實并不指示這些措施的組合不可以有利地使用。

本發(fā)明進一步適用于包括說明書中所描述的和/或附圖中所示的特征中的一個或多個的設備。本發(fā)明進一步涉及包括說明書中所描述的和/或附圖中所示的特征中的一個或多個的方法或工藝。

本專利中所討論的各種方面可以組合，以便提供附加優(yōu)點。此外，特征中的一些可以形成一個或多個分案申請的基礎。

附圖說明

現(xiàn)在僅通過示例的方式，參考隨附的示意圖來描述本發(fā)明的實施例，在附圖中對應的參考符號指示對應的部分，且其中：

圖1a-圖1b示意性地描繪了空氣凈化器的一些方面；

圖2a-圖2g示意性地描繪了催化轉化器的一些方面；

圖3示意性地描繪了空氣凈化器的一個實施例；

圖4示出了(a)磁性氧化鐵納米顆粒(～110nm)、(b)mno2納米顆粒(～20nm-30nm)、(c)emt-沸石納米顆粒(～15nm)的tem圖像；

圖5示出了(a)磁性氧化鐵納米顆粒(22nm)、(b)mno2納米顆粒(～25nm)、(c)mno2納米管(直徑：100nm，壁厚：30nm，長度：幾微米)、(d)emt-沸石納米顆粒(～15nm)的tem和sem圖像；

圖6示出了(a)多孔mnox分子篩(k-oms-2)、(b)磁性氧化鐵納米顆粒(～110nm)的tem圖像；以及

圖7示出了(a)多孔磁性氧化鐵納米顆粒(>100nm)、(b)mno2納米顆粒(～25nm)的tem圖像。

示意圖不一定按比例。

具體實施方式

圖1a-圖1b示意性地描繪了包括催化轉化器100的空氣凈化器1的實施例。催化轉化器100包括催化活性材料120及與所述催化活性材料120熱接觸的可加熱材料130。另外，可加熱材料130是由通過參考標記141所指示的、交變電場和交變磁場中的一項或多項可加熱的?？諝鈨艋?進一步包括場發(fā)生器140，其特別地被配置為不與可加熱材料130電接觸，但至少被配置為在空氣凈化器1的操作期間通過交變電場和交變磁場141中的一項或兩項來加熱可加熱材料130。參考標記f指示氣流(即，特別是空氣流)。

參考標記300指示氣流發(fā)生器(被配置為生成氣流f)，以及參考標記400和500分別指示傳感器和控制單元。這些可以被集成在空氣凈化器中或者可以被配置為與空氣凈化器分離。空氣凈化器1以及傳感器400和控制單元500特別地功能地耦合到彼此(例如，在一個集成設備中或作為系統(tǒng))。圖1a中的短劃線可以指示殼體，其可以包括場發(fā)生器并且其可以至少部分地圍住催化轉化器100。

圖1b示意性地描繪了具有被包括在空氣凈化器1中的氣流發(fā)生器300的一個變體。為此，空氣凈化器1可以包括圍住氣流發(fā)生器300以及催化轉化器100和場發(fā)生器140的腔室。

在本發(fā)明中，我們提出了一系列除其他外的用于空氣凈化的新的多功能tco。在新材料中，通過材料工程實現(xiàn)了新穎的局部加熱。材料結構設計可以除其他外基于材料功能、大小及形狀。圖2a-圖2g示意性地圖示了催化轉化器的數個可能結構，而不是窮盡的，其中參考標記120指示催化材料，參考標記130指示可加熱材料，及參考標記200指示多孔材料，并且其中參考標記d1、d2和d3分別指示這些功能材料的尺寸，特別地在這些示例中指示它們的厚度。參考標記11指示顆粒并且參考標記10指示顆粒狀材料(包括這些顆粒11)。

在圖2a中，示出了隨機混合結構。上述三種功能材料可以混合，并且可選地，這些材料可以其后?；善谕拇笮『托螤?。因此，功能材料可以作為顆粒狀材料而混合，并如此使用，或者可以進一步?；蕴峁秃项w粒。在圖2a中，通過使用商業(yè)產品，作為加熱生成材料的鐵粉(圖4a)(或磁性氧化鐵粉末)、作為多孔材料的沸石粉末(圖4c)、作為tco材料的mnox粉末(圖4b)，并將它們與穩(wěn)定的結合劑(例如膨潤土)混合在一起并?；善谕念w粒，然后以高溫(例如200℃-500℃)煅燒?；念w粒，以激活多孔材料和tco催化劑。

參見例如圖2b，也可以提供芯/殼結構，其中芯通過參考標記12指示并且殼通過參考標記13指示。例如，通過將加熱生成材料用作芯、將tco催化劑用作中間殼以及將多孔材料用作外殼。芯的大小和殼的厚度可以通過納米精度以及甚至通過原子尺度的精確度來控制(圖2b)。

還可以提供異質結構，諸如，具有例如作為中間層的tco催化劑以及作為外層的加熱生成材料和多孔材料的夾層結構。每層的厚度可以通過納米精度以及甚至通過原子尺度的精確度來控制。圖2c和圖2d中示意性地描繪了兩個變體，其中參考標記15指示層。

還可以例如通過將多孔mnox用作多孔材料和tco材料兩者并且然后將其與磁性材料組合(圖2e)，或者通過將多孔feox用作多孔材料和磁性材料兩者并且然后將其與tco材料組合(圖2f)，來提供混合物、合金或異質結構。

在一些上文的實施例中，還包括多孔材料200。如上文所提到的，這種功能材料是可選的。

圖2g示意性地描繪了具有可加熱材料130的層15以及在層15上的線160和顆粒11的催化轉化器100的一個實施例，線160和顆粒11包括催化活性材料120。

圖3示意性地描繪了催化轉化器100的一個實施例，包括催化轉化器100的一部分的放大圖。其中的催化轉化器100包括含有可加熱材料130的線網。催化活性材料120可以作為顆粒11而被施加在線網的線16上。備選地或另外地，顆粒11包括可加熱材料130(也見于上文)。當可加熱材料包括磁性材料時，磁力還可以用于使顆粒附著于鐵或其他的磁性支撐件，諸如此處的線16。

圖4示出了(a)磁性氧化鐵納米顆粒(～110nm)、(b)mno2納米顆粒(～20nm-30nm)、(c)emt-沸石納米顆粒(～15nm)的tem圖像。

圖5示出了(a)磁性氧化鐵納米顆粒(22nm)、(b)mno2納米顆粒(～25nm)、(c)mno2納米管(直徑：100nm，壁厚：30nm，長度：幾微米)、(d)emt-沸石納米顆粒(～15nm)的tem和sem圖像。異質結構設計更靈活，且合成方法與芯/殼結構類似。例如，夾層結構(圖2c)，相似大小的磁性氧化鐵納米顆粒(圖5a)和多孔沸石材料(圖5d)可以在mno2納米顆粒(圖5b)的相反晶體面上外延生長。通過使用較大大小的mno2納米管(圖5c)，較小大小的磁性氧化鐵納米顆粒(圖5a)和多孔沸石材料(圖5d)可以被加載在納米管表面或填充到納米管中。

圖6示出了(a)多孔mnox分子篩(k-oms-2)、(b)磁性氧化鐵納米顆粒(～110nm)的tem圖像。在圖2e中，例如，通過將多孔mnox分子篩(k-oms-2)(圖6a)用作多孔材料和tco材料兩者，然后將其與磁性氧化鐵納米顆粒(圖6b)組合。

圖7示出了(a)多孔磁性氧化鐵納米顆粒(>100nm)、(b)mno2納米顆粒(～25nm)的tem和sem圖像。在圖2f中，例如，通過將多孔磁性fe2o3(圖7a)用作多孔材料和磁性材料兩者，然后將其與mno2(圖7b)tco材料組合。

因此，在本文中，我們提出了除其他外的用于空氣凈化的新型多功能tco材料。多功能tco材料是至少兩種類型的以下功能材料的組合和集成：熱生成材料，諸如tco催化劑之類的催化劑以及可選地，多孔材料。熱生成材料可以生成熱并將熱限制在低至納米級的空間之內。熱將直接被傳遞到幾乎接觸的tco催化劑單元，并高效地消耗。熱可以基本上不擴散到環(huán)境中，這是節(jié)能和安全的。多孔材料可以捕獲并聚集來自氣流的有機污染物氣體(例如voc)，這將增加與tco催化劑的接觸和反應時間。材料結構設計是靈活的，諸如隨機混合結構、芯/殼結構、異質結構及合金結構，這可以基于材料功能、大小和形狀。部分結構可以與磁性材料組合，因此它們可以自動地且魯棒地吸附在鐵質基底(例如鐵網)上，這可以顯著地簡化涂覆過程。

以上，描述了關于tco催化劑的許多實施例。然而，如上文所指示的，在其他實施例中同樣可以應用其他催化劑。